[发明专利]一种纤维增强复合材料的注塑工艺参数优化方法

说明书

本发明公开了一种纤维增强复合材料的注塑工艺参数优化方法，首先基于Moldflow仿真软件进行翘曲分析；其次以翘曲最小为目标函数，运用Plackett‑Burman(PB)试验设计方法从多个工艺参数中筛选出影响产品质量的显著性因素作为设计变量，并采用Box‑Behnken design(BBD)试验设计方法合理设计试验方案；最后采用基于改进型神经网络的粒子群算法(BP‑AdaBoost‑PSO)的方法来优化纤维增强复合材料塑件的注塑工艺。本发明能够在减少试验次数的前提下实现对注塑成型的工艺参数进行优化、并得到较优的工艺参数组合，从而实现减少翘曲现象、提高注塑制品的质量。

技术领域

本发明涉及一种注塑工艺优化方法，具体是一种基于BP-AdaBoost-PSO方法的纤维增强复合材料的注塑工艺参数优化方法，属于注塑加工技术领域。

背景技术

随着塑料工业的不断发展，传统的设计方法因为反复试模，制造周期长，生产成本高等特点不再适用，而应运而生的CAE数值模拟仿真技术(Computer Aided Engineering，计算机辅助工程)可以模拟试验，预测塑料制品存在的缺陷。近年来，基于数值模拟技术出现了各种CAE分析软件，如Moldflow，Moldex和Z-mold等，可以设计优化塑件和注塑模具结构、进行注塑成型过程仿真等。但CAE分析软件具有局限性，注塑仿真时默认的成型参数往往不是最佳的成型参数，需要结合各种数学方法来优化注塑成型工艺参数、缩短生产周期、降低生产成本、提高生产效率。因此注塑成型实际上是高度非线性、时变性且具有多参数作用的复杂过程，采用合理的方法优化注塑成型工艺参数，对于提高注塑件的最终质量、降低生产成本具有非常重要的现实意义。

大量研究表明，表征塑料制品整体质量的三个重要的指标为翘曲变形量、体积收缩率和短射，常见的注塑工艺参数有模具温度、注射时间、熔体温度和保压压力等等，工艺参数如果设置不当会直接影响着塑料制品的质量和生产成本。近年来，业内人员通常依靠自身经验和塑料制品的材料特性和模具的浇注系统来确定质量目标和影响质量的因素。而针对纤维增强的复合注塑材料，由于加入纤维，因此在注塑过程中纤维会存在沿流动方向上的取向，进而会引起力学性能和收缩率在取向方向上增强，从而会造成较明显的翘曲现象，其翘曲影响因素除了注塑工艺参数外，还有纤维含量和纤维长径比。

确定工艺参数和质量目标、选择合理的试验方法、建立工艺参数与质量目标间的非线性模型、优化得到最优解是注塑工艺参数优化的四个主要步骤。其中，采取实施合理的试验方法是为了得到试验的样本和结果，然而成本和时间随着试验次数的增加而增加，所以业内人员往往希望能够在不影响试验结果准确性的前提下使得试验的数量能够尽可能地减少，目前业内人员常用的试验设计方法有正交试验、中心复合设计(CCD)试验、Box-Behnken(BBD)试验和均匀试验等方法，综合这些方法可以发现，试验的次数随着考虑的因素数目的增加而增加，然而为了试验的准确性，我们在设计试验时也不能为了减少试验次数而忽略某些影响因素。工艺参数与质量目标间的非线性模型的构建和优化是注塑工艺参数优化问题的最重要的一部分，目前业内人员通常采用RSM响应面模型来建立工艺参数自变量与响应变量之间的关系模型，虽然RSM的特点是简单且易于构建、可以用具体的数学关系式清楚地表示设计变量与响应变量之间的关系，但其拟和被限制在二次多项式的基础上，对于某些模型的拟和效果不是很理想。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种纤维增强复合材料的注塑工艺参数优化方法，针对采用纤维增强复合注塑材料进行注塑的注塑制品，能够在减少试验次数的前提下实现对注塑成型的工艺参数进行优化、并得到较优的工艺参数组合，从而实现减少翘曲现象、提高注塑制品的质量。

为实现上述目的，本纤维增强复合材料的注塑工艺参数优化方法具体包括以下步骤：

a.CAE仿真模型的建立与翘曲分析：将塑件的三维模型导入Moldflow仿真软件中进行运行分析，在冷却和流动分析结束后进行翘曲变形分析；