一种塑料注射成型工艺窗口的计算方法
【专利摘要】本发明提供了一种塑料注射成型工艺窗口的计算方法，包括：选择工艺参数的种类，确定正交试验的因素，根据工艺参数的取值范围，确定每个因素的水平，根据因素数和水平数选择正交表；计算成型过程中制品的压力分布、熔体温度分布和剪切速率分布，并计算入口最大压力、熔体最大温差、最大剪切速率；根据上述计算结果，对第二步正交表中的每组工艺参数组合进行评价，建立制品质量评价；根据上述制品质量评价，采用支持向量分类机对训练样本进行训练，计算最优解和阈值；根据上述训练样本以及最优解和阈值构造判别式，用以描述选取的参数的工艺窗口。本发明不需要全面试验，数值模拟的计算量小、可以直接通过判别函数描述高维度、非线性的工艺窗口。
【专利说明】一种塑料注射成型工艺窗口的计算方法【技术领域】
[0001]本发明属于塑料注射成型【技术领域】，更具体地，涉及一种塑料注射成型工艺窗口的计算方法。
【背景技术】
[0002]注射成型过程中，熔体温度、模具温度、VP转换位置、注射速率、保压压力、保压时间工艺参数是决定塑料注射成型制品质量的主要因素。其设置目前主要依赖于工艺人员的经验与水平。但是由于塑料材料千差万别，模具结构形式多样，导致人工工艺参数设置困难，生产效率低、成品率低、重复精度差、质量难以保证。
[0003]注射成型工艺参数在实际生产中需要有较强的鲁棒性，保证制品的稳健生产。由于塑料注射机动力、结构和控制上的差异，以及模具制造的精度偏差带来的不确定性，室温、模具冷却水温等外部环境、液压油泵油温、机器损耗、传动机构疲劳等加工状态的不断变化，制品质量会存在一定的波动。鲁棒的工艺参数设置有利于将制品质量的波动降低到最小。
[0004]工艺窗口是工艺参数空间的一个多维区域，包含了可以生产合格制品的工艺参数所有组合。当只工艺参数数量为2时，该区域是近似矩形区域，与窗口相似，故被称为工艺窗口，如附图1所示。工艺参数设置应位于工艺窗口内，保证制造出合格的制品。
[0005]工艺窗口对确定工艺参数的鲁棒性，保证稳健生产具有重要意义:1)确定可以制造合格制品的工艺参数的取值范围和调整幅度；2)工艺窗口的中心可以作为鲁棒工艺参数的选择依据；3)确定制品质量对各工艺参数的敏感性。
[0006]但是，注射 成型工艺窗口的计算非常困难。主要因为注射成型过程中，工艺参数的数量多，之间存在强耦合、非线性关系，工艺窗口维度大，边界不规则，准确描述工艺窗口及计算其边界非常困难。目前一般将工艺窗口的边界面假设为平面，通过插值的方法获得工艺窗口，见 S.Kulkarni, Robust Process Development and Scientific Molding: Theoryand Practice:Hanser Gardner Publications, 2010:175-187.。这种方法一方面插值需要进行大量的全面的实验，效率低下；另一方面边界面的平面假设大大损耗了工艺窗口的精度，降低了其可信度。
【发明内容】
[0007]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种塑料注射成型的工艺窗口的计算方法，克服工艺窗口高维度、非线性，现有技术描述困难、计算量大的难题。
[0008]为了实现上述发明目的，本发明公开了一种塑料注射成型工艺窗口的计算方法，所述方法包括以下步骤:
[0009](I)选择工艺参数的种类，确定正交试验的因素，根据工艺参数的取值范围，确定每个因素的水平，根据因素数和水平数选择标准正交表；
[0010](2)以标准正交表中的工艺参数组合作为工艺条件，通过数值模拟计算成型过程中制品的压力分布、熔体温度分布和剪切速率分布，并计算入口最大压力Pmax、熔体最大温差Δ Tniax、最大剪切速率^_;
[0011](3)根据第(2)步的计算结果，对第二步正交表中的每组工艺参数组合进行评价，建立制品质量评价；
[0012](4)根据第(3)步建立的制品质量评价，采用支持向量分类机对训练样本进行训练，计算原始问题对偶的二次规划问题的最优解和阈值，用于(5)步中构造判别式；
[0013](5)根据上述训练样本和步骤(4)获得的最优解和阈值构造判别式，用以描述(I)选取的参数的工艺窗口。
[0014]进一步地，所述步骤(1)包括如下步骤: [0015](1-1)选取熔体温度TP、模具温度Tm、注射速率V” VP转换位置Vp、保压压力Pp和保压时间tp,6个工艺参数中的一个或多个作为正交试验的因素，因素数记为N ；
[0016](1-2)根据工艺参数的取值范围，确定每个因素的水平，水平数记为M ;
[0017](1-3)根据确定的因素个数和水平数选择相应的正交表Ln(mk)，正交表的选择满足m>M, k>N，其中m是正交表中各因素的水平数，k是因素数，η是总试验次数；
[0018](1-4)根据上述选择的正交表，确定后续进行模拟分析的总次数为η。
[0019]进一步地，所述步骤(2)包括如下步骤:
[0020](2.1)从正交表中选择一组工艺参数组合(TP，Tm, Vi, Vp, Pp, tp)i作为工艺条件，i=l ~η ；
[0021](2.2)根据上述工艺参数组合，通过数值模拟计算成型过程中制品的压力分布、熔体温度分布和剪切速率分布，并计算入口最大压力Pmax、熔体最大温差Λ Tmax、最大剪切速率
TOHI S
[0022](2.3)从正交表中选择下一组工艺参数组合(Tp，Tm, Vi, Vp, Pp, tP)i+1，转到步骤(2.1)，直至正交表结束。
[0023]作为本发明的进一步优选，所述步骤(2.2)包括如下步骤:
[0024](2.2.1)确定制品的体积V、壁厚b、最大流动长度L，将制品简化为平板，平板的长为1=L，宽为W=V/(bL)，高为b，并沿着长高方向建立二维差分网格；
[0025](2.2.2)初始化参数，设置入口的温度为熔体温度TP，模具温度为Tm，入口的剪切初始速率为O ;
[0026](2.2.3)计算当前时刻熔体的粘度Π和流动速率s:
【权利要求】
1.一种塑料注射成型工艺窗口的计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: (1)选择工艺参数的种类，确定正交试验的因素，根据工艺参数的取值范围，确定每个因素的水平，根据因素数和水平数选择标准正交表； (2)以标准正交表中的工艺参数组合作为工艺条件，通过数值模拟计算成型过程中制品的压力分布、熔体温度分布和剪切速率分布，并计算入口最大压力、熔体最大温差、最大剪切速率； (3)根据第(2)步的计算结果，对第二步正交表中的每组工艺参数组合进行评价，建立制品质量评价； (4)根据第(3)步建立的制品质量评价，采用支持向量分类机对训练样本进行训练，计算原始问题对偶的二次规划问题的最优解和阈值，用于(5)步中构造判别式； (5)根据上述训练样本和步骤(4)获得的最优解和阈值构造判别式，用以描述(I)选取的参数的工艺窗口。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)包括如下步骤: (1-ι)选取熔体温度TP、模具温度Tm、注射速率\、VP转换位置Vp、保压压力Pp和保压时间tp,6个工艺参数中的一个或多个作为正交试验的因素，因素数记为N ； (1-2)根据工艺参数的取值范围，确定每个因素的水平，水平数记为M ； (1-3)根据确定的因素个数和水平数选择相应的正交表Ln(mk)，正交表的选择满足m>M, k>N，其中m是正交表中各因素的水平数，k是因素数，η是总试验次数； (1-4)根据上述选择的正交表，确定后续进行模拟分析的总次数为η。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)包括如下步骤: (2.1)从正交表中选择一组工艺参数组合(TP，Tm, Vi, Vp, Pp, tp)i作为工艺条件，i=l~η ； (2.2)根据上述工艺参数组合，通过数值模拟计算成型过程中制品的压力分布、熔体温度分布和剪切速率分布，并计算入口最大压力Pmax、熔体最大温差Λ Tmax、最大剪切速率Y.(2.3)从正交表中选择下一组工艺参数组合(Tp，Tm, Vi, Vp, Pp, tP)i+1，转到步骤(2.1),直至正交表结束。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(2.2)包括如下步骤: (2.2.1)确定制品的体积V、壁厚b、最大流动长度L，将制品简化为平板，平板的长为I=L,宽为W=V/ (bL)，高为b，并沿着长高方向建立二维差分网格； (2.2.2)初始化参数，设置入口的温度为熔体温度TP，模具温度为Tm，入口的剪切初始速率为O ; (2.2.3)计算当前时刻熔体的粘度Π和流动速率s:
5.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中建立的制品质量体系为: (3.1)剪切速率不超过材料允许的最大剪切速率； (3.2)熔体的最大温差不大于设定阈值值； (3.3)不能有短射，即整个制品必须填充满； (3.4)注射压力不超过机器所能提供的最大值； 满足上述条件的工艺参数组合为正类，标记为+1，任何不满足上述条件之一的工艺参数组为负类，标记为-1 ;工艺参数组合和其分类共同组成η组训练样本，记为:
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)包括如下步骤:
(4.1)对各因素的水平进行归一化处理，利用
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(4.2)中的核函数选用径向基核函数，即 K (Xi, Xj) = exp (-Y I X1-Xj I2), Y >0。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)根据(4)求得的最优解和阈值
U构造判别函数以描述工艺窗口，构造函数为
【文档编号】B29C45/76GK103737877SQ201310703596
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月19日 优先权日:2013年12月19日
【发明者】周华民, 张云, 李德群, 崔树标, 黄志高, 李俊聪, 高煌, 李阳 申请人:华中科技大学