[发明专利]3D玻璃热弯机模具加热系统群智能优化设计方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种3D玻璃热弯机模具加热系统群智能优化设计方法，涉及模具电加热系统设计技术领域。

背景技术

随着曲面玻璃在手机(后盖保护片)大规模的应用,3D曲面玻璃热弯成了一个非常重要的问题。3D玻璃热弯机作为3D玻璃生产制造里程最关键的一站，它的稳定性直接影响到了3D玻璃的产品稳定性。3D玻璃热弯机的模具温度均匀性直接决定着曲面玻璃的成型质量，曲面玻璃的成型工艺共有11道工序左右，每道工序都要求很高的模具的温度，其中模具温度最高可达800℃，且要保持恒定高温，而目前较为成熟的模具加热方式是单头电加热棒加热，为了保证模具上有效区间内良好的温度均匀性，目前最为有用和常见的方法就是采用变功率密度电加热棒，即将电加热分为多段，每段电加热棒的功率密度都不一样，如图1所示，单头电加热棒分为3段，第一段与第三段的功率密度一样。

模具温度均匀性和电加热棒的寿命都直接决定了3D玻璃热弯机生产的稳定性，模具温度均匀性直接决定成型质量，而电加热棒寿命越长，就不需要频繁更换电加热棒。采用分段电加热棒时，每段电加热棒功率的分配又直接决定了模具温度均匀性和电加热棒的寿命，当电加热棒功率分配合理时，模具表面温度才能实现良好温度区域最大化，而如果某一段电加热棒的功率密度过大时，则会大大缩短整个电加热棒的寿命，因此合理分配电加热棒的功率至关重要。这里的功率分配包括两方面内容：(1)每根电加热棒占总功率的比例，这是功率在电加热棒之间的分配(2)每段电加热棒占每根电加热棒功率的比例，这是功率在电加热棒内部的分配。

除了电加热的功率分配能够影响模具温度均匀性外，电加热棒在模具内部的位置同样可以影响模具加热温度均匀性。采用变功率电加热棒可以使得模具温度沿电加热棒长度方向均匀，而合理设计电加热棒在模具内部的位置则使得模具温度垂直电加热棒长度方向均匀，因此只有通过合理分配电加热棒的功率和电加热棒在模具内部的位置，才能从横纵向使模具表面温度均匀。

目前，对于电加热棒在模具内部的位置和功率分配大都采用经验的方法，通过实验不断地调整，采用这种试错方法的寻优，费时费力且效率低下，无法获得最优的设计方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种3D玻璃热弯机模具加热系统群智能优化设计方法，采用一种粒子群优化算法对变功率密度电加热棒的功率密度进行分布，同时对电加热棒在模具中的位置进行布置。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种3D玻璃热弯机模具加热系统群智能优化设计方法，所述方法的具体步骤包括：

步骤一、建立3D玻璃热弯机模具加热系统优化设计模型，所述3D玻璃热弯机模具为具有对称性的平板模具，优化目标为3D玻璃热弯机模具上表面或者下表面有效区间的温度均匀性；

步骤二、建立3D玻璃热弯机模具稳态热分析模型，对所建立的3D玻璃热弯机模具加热系统优化设计模型进行稳态热分析，建立3D玻璃热弯机模具稳态热分析物理模型，划分网格，施加对流、热辐射以及载荷，计算并读取模具表面有效区间内节点的位置及温度数据；

步骤三、采用粒子群优化算法进行优化计算，确定优化设计参数的上下限，所述参数均为非线性约束；初始化设定规模的粒子群体及其位置和速度，对第一代种群个体进行适应值计算，通过迭代更新对每个粒子的速度和位置进行更新；

检验是否达到停止条件，若达到则停止迭代，输出结果；否则转到步骤二；

步骤四、将优化结果得到的参数代入到3D玻璃热弯机模具稳态热分析模型中，提取有效区间的所有节点温度信息，并绘制温度响应曲面，判断模具温度场是否足够均匀，进行优化结果检验。

作为本发明的进一步优选方案，步骤一中，所述温度均匀性的指标包括：有效区间的温度标准差、有效区间内的最大温差，或者，综合考虑上述温度标准差和最大温差。

作为本发明的进一步优选方案，步骤二中，使用有限元分析软件ANSYS对所建立的模型进行稳态热分析。

作为本发明的进一步优选方案，步骤三中，所述停止条件为迭代计算次数达到设定的最大迭代数，或者迭代计算结果达到设定的最小误差。

作为本发明的进一步优选方案，步骤三中，粒子的速度和位置更新方程为：