注射成型是指将受热融化的塑料材料快速注入闭合的模具型腔内,经过冷却固化定型后,得到和模具型腔形状一致的塑料制品的成型方法。信息产品和电子产品的迅速发展,对注塑制品的质量提出了更高的要求,如轻便、小巧等,这些就促使了高精密塑料模具的出现。随着一些大型的注塑成型分析软件的发展和成熟,基于CAE技术的优化设计在注塑成型工艺中的应用极大地提高了制品成型的质量和效率。然而,基于这些大型分析软件,实施有效的优化设计仍然是一个有挑战性的课题。由于注塑制品在注塑成型中容易出现收缩不均、残余应力及翘曲变形等缺陷,会严重影响制品的质量。本文从改善制品质量的角度出发,分阶段地考虑注塑成型的各个关键因素,采用系统优化方法找出各个子系统中的主要设计目标,并对影响设计目标的参数进行优化设计。首先,阐述了注塑成型的概念与发展现状,介绍了注塑成型过程的主要工艺条件及影响产品质量的关键因素,简述了注塑成型CAE技术的发展与几种常用的优化算法。其次,由于目前针对保压阶段的设置相对简单,主要是将保压曲线设为恒压控制。本文对保压曲线的形式做了更多的研究调整,提出了五种不同的保压曲线形式,以有效降低注塑制品的不均匀体积收缩为主要设计目标,并利用Kriging代理模型方法来模拟设计变量与目标函数之间的近似关系,进行优化迭代计算,分别得到了在五种保压曲线形式下的优化设计方案。本文以扫描器和手机壳为例,详细阐述了本文所提出的注塑模具保压优化设计方法,有效地解决了注塑制品的不均匀体积收缩问题。最后,将保压曲线优化与浇口位置优化、冷却系统优化和成型工艺参数优化相结合,对整个注塑成型过程进行系统优化设计。对于浇口位置优化,将遗传算法与注塑充填模拟程序相结合,最小化充填过程中的入口注射压力、制件温度差异、过压和磨擦热四项指标。对于冷却系统优化,在浇口位置与保压曲线优化设计的基础上,利用分级优化方法对冷却系统进行优化设计。最后,以成型工艺参数作为设计变量,收缩和翘曲引起的最大变形为设计目标,利用Kriging替代函数对其进行优化设计。以手机上面板和CPU基座为例,详细阐述了注塑模具的系统优化设计方法。结果表明系统优化方法可以更为有效地解决注塑成型各阶段的主要质量缺陷,大大提高制品的质量。本文工作得到国家自然科学基金重大项目《高聚物成型加工与模具设计中的关键力学和工程问题》(No.10590354)的资助。