[发明专利]家族制模具多异型腔结构的优化设计方法

说明书

本发明提供的一种家族制模具包括步骤：S1：建立家族制模具多异型腔结构优化数学模型；S2：获取训练样本；S3：构建BP神经网络；S4：利用模拟退火遗传算法优化求解；本发明采用不同型腔间充填末端的最大压力差作为不平衡因子，构建一种基于均匀设计多维结构变量的集成快速优化机制，结合遗传算法全局优化获得指标最优的流道方案，在保证多模腔间流动均衡的同时，更大程度地提高合格产品的比例，有效地降低了设备的能耗，并提供更宽的成型范围；也可以从侧面反映制件收缩的状况，实现对家族制模具的多异型腔充填均衡性的快速优化设计。

技术领域

本发明涉及家族制模具，具体涉及一种家族制模具多异型腔结构的优化设计方法。

背景技术

注射成型作为重要的工业之一，为全球消费市场提供了大约35％的非标产品。产品的小批量和结构多样性要求尽可能的缩短整个生产周期，提高效率。因此，采用一模多腔的家族制模具生产不同体积、形状的塑件逐渐成为了研究的热点。然而，由于家族制模具往往具有型腔尺寸不一致、浇注系统布置非平衡的结构特点，使得熔体很难均衡充满型腔，从而导致局部模腔充填时间过长、充填不满、过保压等缺陷，甚至严重会造成迟滞效应等，在很大程度上制约了制品的质量。

家族制模具的平衡充填仅依靠工艺参数的调整很难实现，大多数模具设计者通常采用结构修正的方式改善浇注系统的尺寸和布局，即首先根据经验或一些设计公式估算流道和浇口的尺寸，然后通过不断试模来调整流道和浇口的尺寸，直到满足制品成型的基本要求。但整个过程花费时间较多，成本过高。目前，一些研究常将型腔同时充满作为熔体充填平衡的指标，但对于各异型腔的充填，并不充分。另外一些研究建议采用制品的体积收缩率作为均衡性的指标，但体积收缩率通常是指从保压阶段结束到制件冷却至环境参考温度时局部密度的百分比增量，很难从整个成型过程来描述型腔充填的平衡性。还有一些文献[分别以制品质量容差或最小流道体积为目标，所获得的流道设计方案很难达到真正的最优。此外，模拟分析平台Moldflow提供了Runner Balance模块，采用变截面方法优化分流道截面尺寸，从而达到型腔充填的流动和压力的近似平衡，很多文献直接采用此模块对流道平衡进行优化设计。但是该模块未能综合考虑对分流道长度的优化，这样面对数量较多的异形型腔结构时可能会使迭代效率较低，而且仅能适用于部分网格模拟，应用的范围较为局限。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种家族制模具多异型腔结构的优化设计方法，基于高聚物流变学相关理论分析的基础上，采用不同型腔间充填末端的最大压力差作为不平衡因子，构建一种基于均匀设计多维结构变量的集成快速优化机制，结合遗传算法全局优化获得指标最优的流道方案，在保证多模腔间的流动均衡的同时，更大程度地提高合格产品的比例，有效地降低了设备的能耗，并提供更宽的成型范围；也可以从侧面反映制件收缩的状况，实现对家族制模具的多异型腔充填均衡性的快速优化设计。

本发明提供一种家族制模具多异型腔结构的优化设计方法，包括步骤

S1：建立家族制模具多异型腔结构优化数学模型：

S101：确定设计变量：选取影响家族制模具多异型腔填充熔体的不平衡程度的关键结构参数Q₁、Q₂、……、Q_n作为设计变量；

S102：确定目标函数：本方法以减小各个型腔熔体填充末端的最大平均压力差为优化目标，建立目标函数，所述目标函数为：

F＝min(ΔP) (1)

其中，ΔP表示各个型腔熔体填充末端的最大平均压力差，P_i表示第i个型腔熔体填充末端的压力，k表示共有k个型腔熔体填充末端；

S103：确定约束条件：所述约束条件为

X_min≤X≤X_max (2)