单浇口优化注塑模Single_gate_optimization_for plastic_injection_mold.pdf

J o u r n a l o f Zh e j i a n g U n iv e r s i ty S CI E N CE A ISS N 1 6 7 3 - 5 6 5 X( P r in t ) ； I S SN 1 8 6 2 - 1 7 7 5( On li n e ) www z j u e d u c n j z u s ； ww w s p r in g e r l in k c o m E - ma il ： j z u s z j u e d u c a L f e f a l J Z h e j i a n g U n i v S c i A 2 0 0 7 8 ( 7 ) ： 1 0 7 7 1 0 8 3 S i n g l e g a t e o p t i mi z a t i o n f o r p l a s t i c i n j e c t i o n mo l d L I J i - q u a n 十 ，LI De q u n， GUO Zhi yi ng ， LV Ha i yu a n ( De p a r t me n t o f P l a s t i c i ty T e c h n o l o g y , S h a n g h a i J i a o T o n g U n i v e r s i ty ， S h a n g h a i 2 0 0 0 3 0 , C h in a ) E ma i l ： h u t l i 1 6 3 c o rn Re c e i v e d No v 2 2 ， 2 0 0 6 ； r e vi s i o n a c c e p t e d M a r 1 9， 2 00 7 1 0 7 7 A b s t r a c t ： T h i s p a p e r d e a l s wi t h a me t h o d o l o g y f o r s i n g l e g a t e l o c a t i o n o p t i mi z a t i o n for p l a s t i c i n j e c t i o n mo l d T h e o b j e c t i v e o f t h e g a t e o p t i mi z a t i o n i s t o mi n i mi z e t h e w a r p a g e o f i n j e c t i o n mo l d e d p a r t s ， b e c a u s e w a r p a g e i s a c r u c i a l q u a l i ty i s s u e for m o s t i n j e c t i o n mo l d e d p a rt s w h i l e i t i s i n fl u e n c e d g r e a t l y b y t h e g a t e l o c a t i o n F e a t u r e wa r p a g e i s d e f i n e d a s t h e r a t i o o f ma x i mu m d i s p l a c e me n t o n t h e f e a t u r e s u r f a c e t o t h e p r o j e c t e d l e n g t h o f t h e f e a t u r e s urf a c e t o d e s c r i b e p a rt wa r p a g e T h e o p t i mi z a t i o n i s c o mb i n e d wi t h t h e n u me r i c a l s i mu l a t i o n t e c h n o l o g y t o fi n d t h e o p t i ma l g a t e l o c a t i o n ， i n wh i c h t h e s i mu l a t e d a n ne a l i n g a l g o r i t h m i s u s e d t o s e a r c h fo r t h e o p t i mu m F i n a l l y ， a n e x a mp l e i s d i s c u s s e d i n t h e p a p e r a n d i t c a n b e c o n c l u d e d t h a t t h e p r o p o s e d me t h o d i s e f f e c t i v e Ke y wo r d s ：I n j e c t i o n m o l d ， G a t e l o c a t i o n ， Op t i mi z a t i o n ， F e a t u r e w a r p a g e d o i ： 1 0 1 6 3 1 j z u s 2 0 0 7 A1 0 7 7 Do c u me n t c o d e ：A C L C n u mb e r ：T Q 3 2 0 6 6 I NTRODUCTI ON P l a s t i c i n j e c t i o n mo l d i n g i s a wi d e l y u s e d c o m pl e x b ut h i g hl y e f fic i e n t t e c h n i q ue f o r pr o du c i n g a l a r g e v a r i e t y of p l a s t i c p r o d uc t s ，p a r t i c u l a r l y t ho s e wi t h hi g h p r o d u c t i o n r e q u i r e m e nt ， t i g ht t o l e r a n c e ， a n d c o mp l e x s h a p e s T h e q u a l i t y o f i n j e c t i o n mo l d e d p a rt s i s a f un c t i on o f p l a s t i c ma t e r i a l ， pa rt g e o m e t r y，mo l d s t r u c t ur e a nd p r o c e s s c o n di t i o ns The mo s t i mpo rta n t p a rt o f a n i n j e c t i o n mo l d b a s i c a l l y i s t h e fol l o wi n g t h r e e s e t s o f c o mpo n e nt s ： c a v i t i e s ， ga t e s a nd ru n n e r s ， a n d c o o l i n g s y s t e m L a m a n d S e o w ( 2 0 0 0 ) a n d J i n a n d L a in ( 2 0 0 2 ) a c hi e v e d c a v i t y ba l a n c i n g by va ry i n g t h e wa l l t hi c k n e s s of t he pa rtA ba l a n c e fil l i n g p r o c e s s wi t hi n t he c a v i t y g i ve s a n e v e n l y d i s t r i b ut e d p r e s s u r e a n d t e m p e r a tur e wh i c h c a n d r a s t i c a l l y r e du c e t he wa r p a ge of t h e p a rtBut t he c a vi t y b a l a nc i ng i s o nl y o n e o f t h e i mpo rta nt i n flue n c i n g f a c t o r s of pa r t q ua l i t i e s Es pe c i a l l y 。 t h e pa rt ha s i t s f u nc t i o na l r e q ui r e me nt s a nd i t s t hi c k ne s s e s s h ou l d no t be v a r i e d u s ua l l y P r o j e c t ( N o 5 0 6 7 5 0 8 0 ) s u p p o r t e d b y t h e Na t i o n a l Na tu r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n o f Ch i n a F r o m t h e p o i n t v i e w o f t h e i n j e c t i o n mo l d d e s i g n ， a g a t e i s c h a r a c t e r i z e d by i t s s i z e a n d l o c a t i o n a n d t he ru n n e r s ys t e m by t h e s i z e a n d l a yo ut The ga t e s i z e a n d ru I l l l e r l a y o u t a r e us u a l l y d e t e r mi n e d a s c o n s t a n t s Re l a t i v e l y ，ga t e l o c a t i o ns a n d r u nne r s i z e s a r e mo r e fle x i b l e whi c h c a n be v a r i e d t o i n flue n c e t h e q u a l i t y o f t h e p a rt As a r e s ul t ，t he y a r e o f t e n t he d e s i g n pa r a me t e r s f o r o pt i mi z a t i o n L e e a n d Ki m r l 9 9 6 a )o p t i mi z e d t h e s i z e s o f ru n ne r s a nd ga t e s t o b a l a nc e ru n ne r s y s t e m fo r mu l t i p l e i n j e c t i o n c a v i t i e s T h e run n e r b a l a n c i n g wa s de s c r i be d a s t he d i f f e r e nc e s o f e n t r a n c e p r e s s u r e s fo r a mul t i c a v i t y mol d wi t h i de n t i c a l c a vi t i e s a nd a s di f f e r e nc e s of p r e s s ur e s a t t he e n d o f t h e me l t flo w pa t h i n e a c h c a vi t y for a f a mi l y mo l d wi m di f f e r e nt c a v i t y vo l u me s a n d ge o m e t r i e s The me t ho do l o gy ha s s ho wn un i fo rm pr e s s u r e d i s t r i b ut i o n s a mo n g t he c a vi t i e s d ur i ng t h e e nt i r e m o l d i n g c y c l e o f mul t i pl e c a vi t i e s mo l d Z h a i e t a 1 ( 2 0 0 5 a 1 p r e s e n t e d t h e t w o g a t e l o c a t i o n o pt i mi z a t i o n o f o n e mo l di n g c a v i t y by a n e f 前一 c i e nt s e a r c h m e t ho d b a s e d o n pr e s s u r e g r a di e n t ( P GS S ) ， a n d s u b s e q u e n t l y p o s i t i o n e d we l d l i n e s t o t h e de s i r e d l oc a t i o n s by v a r yi n g ru n ne r s i z e s for 维普资讯 Edited by Foxit Reader Copyright(C) by Foxit Software Company,2005-2007 For Evaluation Only. 1 0 7 8 L ， e a 1 d Z h e j ia n g U n i v S c i A 2 0 0 7 8 ( 7 ) ： 1 0 7 7 - 1 0 8 3 mu l t i g a t e p a rt s ( Z h a i e t a 1 ， 2 0 0 6 ) As l a r g e v o l u me p a r t ，mu l t i pl e ga t e s a r e ne e d e d t o s ho rte n t h e ma x i mu m flo w pa t h，wi t h a c o r r e s po n di n g d e c r e a s e i n i n j e c t i o n p r e s s u r e T h e me t h o d i s p r o mi s i n g f o r d e s i g n of g a t e s a n d r u n n e r s for a s i n gl e c a v i t y wi c h mu l t i p l e ga t e s Ma n y o f i n j e c t i o n mo l d e d p a rt s a r e p r o d u c e d wi t h o n e ga t e whe t h e r i n s i ng l e c a v i t y m o l d o r i n mu l t i p l e c a vi t i e s m o l d The r e fo r e t h e g a t e l oc a t i o n of a s i n g l e g a t e i s t h e mos t c o mm o n de s i g n pa r a me t e r for o p t i mi z a t i o nA s ha p e a n a l y s i s a p pr o a c h wa s p r e s e n t e d b y C O H r b e b a i s s e a n d Ga r c i a( 2 0 0 2 ) ， b y wh i c h t he b e s t g a t e l o c a t i on of i n i e c t i o n mo l d i ng wa s e s t i m a t e dS u bs e q ue n t l y，t he y de v e l o p e d t hi s m e t h od o 1 o g y f u rthe r a n d a p pl i e d i t t o s i ng l e g a t e l o c a t i o n o p t i mi z a t i o n o f a n L s h a p e e x a mp l e ( C o u r b e b a i s s e ， 2 0 0 5 ) I t i s e a s y t o u s e a n d n o t t i me c o n s u mi n g wh i l e i t o n l y s e r v e s t he t ur ni ng o f s i mp l e fla t p a rts wi c h u ni for i i 1 t hi c k ne s s P a n d e l i d i s a n d Z o u r 1 9 9 0 ) p r e s e n t e d t h e o p t i mi z a t i o n o fg a t e l o c a t i o n b y i n d i r e c t q ua l i t y m e a s u r e s r e l e v a n t t o wa r p a g e a n d m a t e r i a l de g r a d a t i o nwhi c h i s r e pr e s e nt e d a s we i g h t e d s u m o f a t e mpe r a tur e d i f - f e r e nt i a l t e r ma n o v e r p a c k t e rm a nd a f r i c t i o na l o ve r he a t i n g t e rm W a rp a ge i s i n flue n c e d b y t h e a b o ve f a c t o r s bu t t h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n t h e m i s no t c l e a r The r e for e ，t h e o p t i mi z a t i o n e f f e c t i s r e s t r i c t e d by t h e d e t e rm i n a t i o n o f t h e we i g ht i ng f a c t or s L e e a n d K i m r l 9 9 6 b )d e v e l o p e d a n a u t o ma t e d s e l e c t i o n me t ho d o f g a t e l o c a t i o n，i n whi c h a s e t of i n i t i a l g a t e l o c a t i o ns we r e p r o po s e d by a d e s i g n e r a nd t h e n t h e o p t i ma l g a t e wa s l o c a t e d b y t h e a a c e n t n o d e e va l u a t i o n me t h o dTh e c o nc l us i o n t o a g r e a t e x t e n t d e pe nd s muc h o n t he h u m an d e s i g ne r s i n tui t i o n b e c a u s e t he fir s t s t e p of t h e me t h od i s b a s e d o n t h e d e s i g n e r s p r o p o s i t i o nS o t h e r e s u l t i s t o a l a r ge e x t e nt l i mi t e d t o t h e d e s i g ne r s e x pe r i e n c e L a m a n d J i n( 2 0 0 l 、d e v e l o p e d a g a t e l o c a t i o n o p t i mi z a t i o n me t ho d b a s e d o n t h e mi n i mi z a t i o n of t h e S t a n d a r d De v i a t i o n o f F l o w P a t h L e n g t h( S D L ) a n d S t a n d a r d De v i a t i o n o f F i l l i n g T i me( S D T )d u r i n g t h e mol di n g fil l i n g pr o c e s s S u bs e q ue nt l y，S h e n e t 口 ， 0 0 4 a ； 2 0 0 4 b )o p t i mi z e d t h e g a t e l o c a t i o n d e s i g n b y mi ni mi z i ng t h e we i g h t e d s um o f fil l i n g p r e s s ur e ， fil l i ng t i m e di f f e r e n c e be t we e n d i f f e r e n t flo w p a t h s ， t e mp e r a tur e d i f f e r e nc e ，a nd o v e r p a c k p e r c e nt a ge Z h a i e t a 1 ( 2 0 0 5 b ) i n v e s t i g a t e d o p t i ma l g a t e l o c a t i o n wi t h e v a l u a t i o n c r i t e r i a o f i n i e c t i o n p r e s s u r e a t t h e e n d o f fi l l i n g T h e s e r e s e a r c h e r s p r e s e n t e d t h e o b i e c t i ve f u n c t i o ns a s p e r f o rm a nc e s of i n i e c t i o n m o l d i n g fil l i n g o p e r a t i o n ，whi c h a r e c o rre l a t e d wi t h p r o d uc t q u a l i t i e s But t h e c o rre l a t i o n b e t we e n t he p e r fo r i i 1 a n c e s a n d q ua l i t i e s i s ve r y c ompl i c a t e d a n d n o c l e a r r e l a t i o ns hi p ha s b e e n o bs e r ve d b e t we e n t he m ye t I t i s a l s o di ffi c u l t t o s e l e c t a p p r o p r i a t e we i g ht i ng f a c t o r s f o r e a c ht e rm A n e w o b j e c t i v e f u n c t i o n i s p r e s e n t e d h e r e t o e v a l u a t e t h e wa r p a g e o f i n j e c t i o n mo l d e d p a rt s t o o pt i m i z e ga t e l o c a t i o nTo me a s ur e pa r t q u a l i t y di r e c t l y ，t hi s i nv e s t i ga t i o n d e fin e s f e a t ur e wa r pa ge t o e va l ua t e p a rt wa rp a ge ，whi c h i s e va l u a t e d f r o m t he “ flo w pl u s wa r p a g e s i mul a t i o n o ut pu t s of M o l dflo w P l a s t i c s I n s i g h t ( MP I ) s o f t wa r e T h e o b j e c t i v e fun c t i o n i s mi n i mi z e d t o a c h i e v e mi n i mu m d e f o rm a t i o n i n g a t e l o c a t i on o pt i mi z a t i o nSi mul a t e d a n ne a l i ng a l g o r i t h m i s e mpl oy e d t o s e a r c h for t h e o p t i ma l g a t e l o c a t i o nAn e x a mpl e i s gi ve n t o i l l us t r a t e t he e f f e c t i vi t y o f t h e pr o po s e d o pt i mi z a t i o n p r o c e d ur e Q UA L I T Y ME AS UR E S ： F E A T UR E WAR P G E De fini t i on o f f e a t ur e wa r pa g e To a p pl y o pt i mi z a t i o n t he o r y t o t h e g a t e d e s i g n， q u a l i t y me a s ur e s o f t he pa rt mus t b e s pe c i fie d i n t he fir s t i n s t a n c e Th e t e rm“ q ua l i t y”ma y b e r e f e rre d t o m a n y p r o d uc t pr o pe rti e s ， s u c h a s m e c h a n i c a l ， t he rm a l ， e l e c t r i c a l ，o p t i c a l ，e r g o no mi c a l o r ge o me t r i c a l pr o p e r t i e s Th e r e a r e t wo t yp e s o f pa r t q u a l i t y me a s u r e s ： d i r e c t a nd i nd i r e c t A mod e l t h a t p r e d i c t s t he p r o pe r t i e s fro m n u m e r i c a l s i mul a t i o n r e s ul t s wo ul d be c h a r a c t e r i z e d a s a d i r e c t q ua l i t y me a s u r e I n c o nt r a s t a n i nd i r e c t me a s ur e of p a rt q u a l i t y i s c o rre l a t e d wi t h t a r ge t q u a l i t y， bu t i t c a n n ot pr o v i d e a d i r e c t e s t i ma t e Ofc h a t q u a l i t y F o r wa r p a g e ，t h e i n d i r e c t q u a l i ty me a s u r e s i n r e l a t e d wo r k s a r e o n e of pe r f o rm a n c e s of i ni e c t i o n mol d i n g flo wi ng be h a v i o r o r we i g ht e d s u m of t h os e The p e r fo rm a nc e s a r e pr e s e nt e d a s fil l i ng t i me d i f - f e r e nt i a l a l o ng d i f f e r e nt flo w p a t h s t e mp e r a t u r e d i f - f e r e nt i a l ，o v e r p a c k p e r c e nt a ge ，a nd s o onI t i s o b v i o us t h a t wa rp a g e i s i nflu e n c e d b y t h e s e pe r f o r i i 1 a nc e s ， b ut t h e r e l a t i o n s h i p b e tw e e n wa rp a g e a nd t he s e p e r f o rm a nc e s i s no t c l e a r a n d t h e d e t e rm i na t i on of t h e s e we i g ht i ng f a c t o r s i s r a t he r d i f fic u l t The r e f o r e t h e o p t i mi z a t i o n wi t h t h e a bo v e O b i e c t i ve fu n c t i on 维普资讯 L f e f a l J Z h e j ia n g U n i v S c i A 2 0 0 7 8 ( ： 1 0 7 7 - 1 0 8 3 pr o b a bl y wi l l no t mi ni mi z e pa r t wa r pa g e e v e n wi t h pe r f e c t o p t i mi z a t i o n t e c h ni qu e S o me t i me s ， i mpr o pe r we i g h t i n g f a c t o r s wi l l r e s u l t i n a b s o l u t e l y wr o ng r e s u l t s S ome s t a t i s t i c a l q u a n t i t i e s c a l c ul a t e d f r o m t he no d a l d i s pl a c e me n t s we r e c ha r a c t e r i z e d a s d i r e c t qu a l i t y m e a s u r e s t o a c hi e ve mi n i mu m de f o r ma t i on i n r e l a t e d o p t i mi z a t i o n s t ud i e s The s t a t i s t i c a l q ua n t i t i e s a r e u s u a l l y a ma x i mu m n od a l d i s p l a c e me n t ，a n a v e r a ge of t o p 1 0 p e r c e nt i l e no d a l d i s pl a c e m e n t s ， a nd a n o v e r a l l a v e r a g e n o d a l d i s p l a c e me n t( L e e a n d Ki m， l 9 9 5 ； I 9 9 6 b ) T h e s e n o d a I d i s p l a c e me n t s a r e e a s y t o o bt a i n f r o m t h e s i mul a t i o n r e s u l t s ， t h e s t a t i s t i c a l va l u e s ，t o s o me e x t e n t s ，r e pr e s e nt i n g t h e de f o rm a t i o n Bu t t he s t a t i s t i c a l d i s pl a c e me nt c a n no t e f f e c t i ve l y d e s c r i b e t h e d e f o rm a t i o n o f t h e i n _i e c t i o n mo l d e d p a r t s I n i nd u s t r y d e s i g n e r s a n d ma n uf a c tur e r s u s ua l l y p a y m o r e a t t e n t i o n t o t he d e gr e e of pa rt wa r pa ge o n s o m e s p e c i fic f e a t u r e s t ha n t he wh ol e de f o rm a t i o n of t h e i n ， _i e c t i o n mo l d e d p a rt s I n t h i s s t u d y f e a t u r e wa r p a g e i s d e fine d t o d e s c r i be t h e d e f o rm a t i o n o f t he i n j e c t i o n p a rt s T h e f e a tur e wa r p a g e i s t h e r a t i o o f t h e ma xi mu m d i s p l a c e me n t o f t he f e a tu r e s ur f a c e t o t he p r o j e c t e d l e n g t h o f t h e f e a t u r e s u r f a c e ( F i g 1 ) ： ： _ h 1 0 0， L wh e r e y i s t he f e a tur e wa r pa ge ，h i s t h e ma x i mu m d i s pl a c e me nt o n t he f e a tu r e s ur f a c e d e vi a t i n g f r om t h e r e f e r e n c e p l a t f o rm ， a n d L i s t h e p r o j e c t e d l e n g t h o f t h e f e a t u r e s u r f a c e on a r e f e r e n c e d i r e c t i o n pa r a l l e l i n g t he r e f e r e nc e pl a t f o rm S u r f a c e c ep l a n e Fi g 1 The de fini t i on of f e at ur e wa r pa ge F o r c o mp l i c a t e d f e a tur e s ( o n l y p l a n e f e a tur e d i s c u s s e d h e r e ) ， t h e f e a t u r e w a r p a g e i s u s u a l l y s e p a r a t e d i nt o t wo c o ns t i tu e n t s o n t h e r e f e r e nc e pl a ne ， whi c h a r e r e p r e s e nt e d o n a 2 D c o o r d i na t e s ys t e m ： = h l 0 = l 0 0 o o ， 1 0 7 9 wh e r e ， y y a r e t he c o ns t i tue nt f e a tur e wa r p a g e s i n t he X Y d i r e c t i o n a n d L x ， L a r e t h e p r o j e c t e d l e n g t h s o f t he f e a tur e s u r f a c e o n Y c o mp o ne nt Eva l ua t i o n o f f e a t u r e wa r pa g e Atie r t h e d e t e rm i na t i on o f t a r g e t f e a tur e c o m b i ne d wi t h c o r r e s po n di ng r e f e r e n c e pl a ne a nd p r o i e c t i o n d i r e c t i o n ，t h e v a l u e o f L c a n b e c a l c u l a t e d i mm e d i a t e l y f r o m t he pa rt wi t h t h e c a l c ul a t i n g me t h o d o f a n a l y t i c g e o me t r y( F i g 2 ) L i s a c o n s t a n t f o r a n y p a rt o n t h e s p e c i fie d f e a tur e s u r f a c e a nd p r o i e c t e d d i r e c t i o n Bu t t h e e v a l u a t i o n o f h i s mo r e c o m pl i c a t e d t ha n t ha t o fL y F e a t u r e F i g 2 T h e p r o j e c t e d l e n g t h e v a l u a t i o n S i mu l a t i o n o f i n i e c t i o n mo l d i n g p r o c e s s i s a c o mm o n t e c hn i q ue t o f o r e c a s t t he q ua l i t y o f pa rt d e s i g n， mol d d e s i g n a nd p r o c e s s s e t t i ng s Th e r e s u l t s o f wa rp a g e s i mu l a t i o n a r e e x p r e s s e d a s t he n od a l d e fl e c t i o n s o n Z c o mp o n e n t ( ， ， ) ， a n d t h e no d a l d i s p l a c e me n t W i s t h e v e c t o r l e n g t h of v e c t o r s u m o f ， ， a n d Wz k， wh e r e ， ， k a r e t h e u n i t ve c t o r s o n Z c o mpo n e n t Th e h i s t he ma x i mu m d i s pl a c e m e n t o f t he no d e s o n t he f e a tu r e s u r f a c e ， whi c h i s c o r r e l a t e d wi t h t h e no