微孔注塑喷嘴的设计及工艺参数的优化研究

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由于石油不可再生资源的日趋缺乏,导致了塑料原材料的价格呈现不断增长的趋势。面对社会的激烈竞争,如何减少原料用量、降低成本并保持制品性能成为企业立足于不败之地的关键所在。微孔注塑技术在这样的环境下应运而生,它不仅减少了塑料的用量,同时特有的微孔结构也在一定程度上提高了制品的综合性能。但是,微孔注塑技术作为一种新的注塑技术,还有许多需要解决的问题,如何提高微孔制品的质量和减少生产成本是目前研究的热点。本文对传统的注塑机进行改造,研究不同工艺参数对微孔制品的影响,采用智能算法对工艺参数进行优化,提高了微孔制品的泡孔形态和尺寸稳定性,主要工作如下:(1)设备改造与传统注塑机相比,微孔注塑机特有的特殊螺杆和超临界流体注气系统使得其价格昂贵,极大的限制了其商业化应用。本文首先对传统的注塑机进行改造,设计一种自锁式喷嘴,控制喷嘴的开启与关闭;对于自锁式喷嘴的关键部件—静态混合器进行优化设计,利用Polyflow软件对不同结构的静态混合器进行数值模拟分析和优化,使其能够适应微孔注塑工艺。(2)数值模拟研究根据微孔注塑的成型机理,构建泡孔长大的物理模型和数学模型,以矩形板零件为研究对象,选取对微孔制品影响较大的工艺参数(熔体注射量、熔体温度、模具温度、注射时间和初始气体含量)作为试验因素,通过Moldflow的成型窗口确定工艺参数的范围,构建正交试验表,进行模拟试验,然后对试验结果进行均值分析和均方差分析;根据生产实践的要求,对微孔制品的多目标性能,采用综合平衡法进行优化分析。(3)实验研究利用改装的注塑机进行微孔注塑实验,测量微孔的尺寸和制品的翘曲量并与模拟的结果进行比较,验证模拟优化结果的可靠性;对流动方向和厚度方向的微孔形态进行研究分析,验证了实验结果与模拟结果的一致性;最后分析了不同工艺参数对微孔制品重量的影响。(4)工艺参数优化研究基于神经网络所具有的强大非线性映射能力,选用BP神经网络对数据进行训练和仿真,建立微孔注塑制品目标与工艺参数的预测模型,并验证预测模型的可靠性。在神经网络的训练中,由于初始权值的选择是随机的,导致了预测模型的不确定性,故采用遗传算法对其权值进行优化,进一步提高模型的预测能力,然后结合神经网络和遗传算法,进一步得到全局最优的工艺参数组合,并进行产品注塑成型验证。最后,利用matlab设计一种GUI软件,实现不同工艺参数的预测和得到最优的工艺参数组合,从而更好的服务于生产实践。
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