[发明专利]电热变模温注塑模具加热系统设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及变模温注塑模具的加热系统优化方法领域，尤其涉及一种基于BP-NSGA2多目标优化与TOPSIS多属性决策的电热变模温注塑模具加热系统优化方法。

背景技术

传统注塑制品已越来越难以满足人们对注塑制品力学性能、外观质量等方面越来越高的要求。快速变模温注塑成型(RapidHeatCycleMolding,RHCM)技术是这些年来发展起来的一种新注塑成型技术，该技术可消除产品表面的熔接痕、流痕、浮纤等缺陷，提升制品表面质量。RHCM成型工艺与传统注塑成型工艺最大的不同之处在于，在聚合物熔体填充前模具型腔表面的温度被快速地加热到注塑制品材料玻璃化转变温度之上。模具的加热效率和加热后模腔表面的温度分布均匀性是RHCM成型工艺中的两个重要技术指标，前者影响变模温注塑生产效率，后者影响变模温注塑制品质量。

目前，RHCM注塑模具加热系统设计大多采用试错法调整设计参数，通过有限元分析获得达到设定温度所需的加热时间以及型腔表面的温度分布。然而，满足快速均匀加热型腔表面的最优设计参数是不容易获得的，这种基于模拟的试错设计法有着很大的局限性。基于此，国内外的学者对RHCM注塑模具加热系统优化设计进行了一些研究。文献1(XiaoCL,HuangHX.Multiobjectiveoptimizationdesignofheatingsysteminelectricheatingrapidthermalcyclingmoldforyieldinghighglossparts[J].JournalofAppliedPolymerScience,2014,131(6):596-602.即肖成龙,黄汉雄.高光无痕电热变模温注塑模具加热系统多目标优化[J].应用聚合物科学杂志,2014,131(6):596-602.)以加热元件的空间参数为设计变量，所需的加热时间和最高型腔表面温度为目标函数,结合试验设计、有限元分析、响应面代理模型对RHCM注塑模具加热系统进行了优化。文献2(宫宁宁,李熹平.高光注塑模具加热管道布局优化设计[J].模具技术,2012:20-23.)通过集成有限元模拟技术与智能算法，建立了模具加热/冷却管道的优化设计模型，实现了RHCM注塑模具加热/冷却管道布局参数的优化设计。文献3(WangGL,ZhaoGQ,LiHP,GuanYJ.Researchofthermalresponsesimulationandmoldstructureoptimizationforrapidheatcyclemoldingprocesses,respectively,withsteamheatingandelectricheating[J].Materials&Design,2010,31:382-395.即王桂龙,赵国群,李辉平,管延锦.蒸汽加热和电加热变模温注塑模具热响应研究以及模具结构优化[J].材料与设计,2010,31:382-395.)和文献4(WangG,ZhaoG,LiH,GuanY.Researchonoptimizationdesignoftheheating/coolingchannelsforrapidheatcyclemoldingbasedonresponsesurfacemethodologyandconstrainedparticleswarmoptimization[J].ExpertSystAppl,2011,38:6705-6719.即王桂龙,赵国群,李辉平,管延锦.基于响应曲面法和粒子群算法的快速变模温注塑模具加热/冷却管道最优化设计研究[J].专家系统及其应用,2011,38:6705-6719.)结合有限元法、响应面代理模型和多目标粒子群算法进行多目标优化，从而实现RHCM注塑模具加热系统的优化设计，获得可行的加热效率和均匀的型腔表面温度。文献1中的获得的最优pareto解集最后需要人工进行主观判断，存在着主观随意性。文献2中的优化设计方法，加热的管道布局设计变量部分被设为定值且优化迭代过程复杂，耗时时间长。文献3和文献4中建立的采用二阶多项式模型建立精确的数学模型不能很好的反映设计参数与优化目标之间的关系，局限于其搜索空间。在注塑成型工艺中，作为一种广泛使用的电热变模温(ElectricalRapidHeatCycleMolding,ERHCM)注塑模具,有必要形成一种完善的加热系统设计方法，提高模具的加热效率，改善型腔表面的温度均匀性，提高模具的开发效率，缩短开发成本以及开发周期。

发明内容