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厚壁注塑件成型后往往会产生较大的体积收缩变形,从而形成内部缩孔或表面缩痕缺陷。而注射压缩成型(Injection-Compression Molding,ICM)由于压缩阶段通过外力对模腔内塑件进行压缩,能使塑件致密化而改善收缩变形。为此论文针对厚壁件收缩问题,将注射压缩工艺应用于厚壁件成型中,从压缩熔体补缩机理和工艺与模具参数对收缩影响规律方面着手,提出基于代理模型和遗传算法的收缩控制策略以实现厚壁件收缩变形的控制与优化。主要研究内容及结果如下:
首先,基于数值模拟对比分析厚壁件注射成型和注射压缩成型,探究注射压缩工艺压缩阶段的熔体补缩机理。借助Moldflow完成厚壁件注射成型和注射压缩成型数值模拟,对比分析填充时间、锁模力和注射压力、体积收缩率与翘曲变形等模拟结果,证明了注射压缩工艺用于成型厚壁件能够降低制件体积收缩率,并结合厚壁件的熔体流动和密度变化分析获得了压缩阶段熔体补缩机理。
其次,探究注射压缩成型工艺与模具参数对厚壁件体积收缩的影响规律。为筛选厚壁件收缩变形的关键影响因素以提升优化效率,论文选用正交试验法和极差分析法进行规律性研究。通过数值模拟获得厚壁件的体积收缩率,分析参数对厚壁件整体收缩率和内部收缩分布的影响规律,分析表明熔体温度、模具温度、压缩时间、压缩间隙、冷却管道间距和浇口尺寸是厚壁件收缩变形的关键影响因素。
再者,建立基于工艺-模具参数联合的厚壁件收缩控制策略。为降低厚壁件产生收缩缺陷几率和提升制件质量,建立了以收缩均匀性和缩孔趋势的新评价模型,提出了一种联合拉丁超立方(LHS)、克里金代理模型(Kriging)、非支配遗传算法(NSGA-Ⅱ)和多属性决策法(TOPSIS)的厚壁件收缩控制策略。选用LHS抽样获取样本数据,借助MATLAB建立参数与指标间的Kriging模型并进行整体精度检验,利用NSGA-Ⅱ和TOPSIS方法进行寻优求解获得最优Pareto解,并通过有限元分析验证了优化解的有效性。
最后,以塑料曲轴为实例验证注射压缩工艺、收缩评价模型和收缩控制策略的有效性。借助数值模拟对比分析表明了塑料曲轴选用注射压缩工艺成型能够有效降低体积收缩率。基于塑料曲轴进行注射成型模拟和生产实验对比验证,结果表明建立的评价模型能够有效判断塑件产生缩孔缺陷的趋势。同时将提出的收缩控制策略应用于塑料曲轴的注射压缩成型中,优化后的收缩评价指标分别提升了38.25%和17.24%,证明了厚壁件收缩控制策略的有效性。
首先,基于数值模拟对比分析厚壁件注射成型和注射压缩成型,探究注射压缩工艺压缩阶段的熔体补缩机理。借助Moldflow完成厚壁件注射成型和注射压缩成型数值模拟,对比分析填充时间、锁模力和注射压力、体积收缩率与翘曲变形等模拟结果,证明了注射压缩工艺用于成型厚壁件能够降低制件体积收缩率,并结合厚壁件的熔体流动和密度变化分析获得了压缩阶段熔体补缩机理。
其次,探究注射压缩成型工艺与模具参数对厚壁件体积收缩的影响规律。为筛选厚壁件收缩变形的关键影响因素以提升优化效率,论文选用正交试验法和极差分析法进行规律性研究。通过数值模拟获得厚壁件的体积收缩率,分析参数对厚壁件整体收缩率和内部收缩分布的影响规律,分析表明熔体温度、模具温度、压缩时间、压缩间隙、冷却管道间距和浇口尺寸是厚壁件收缩变形的关键影响因素。
再者,建立基于工艺-模具参数联合的厚壁件收缩控制策略。为降低厚壁件产生收缩缺陷几率和提升制件质量,建立了以收缩均匀性和缩孔趋势的新评价模型,提出了一种联合拉丁超立方(LHS)、克里金代理模型(Kriging)、非支配遗传算法(NSGA-Ⅱ)和多属性决策法(TOPSIS)的厚壁件收缩控制策略。选用LHS抽样获取样本数据,借助MATLAB建立参数与指标间的Kriging模型并进行整体精度检验,利用NSGA-Ⅱ和TOPSIS方法进行寻优求解获得最优Pareto解,并通过有限元分析验证了优化解的有效性。
最后,以塑料曲轴为实例验证注射压缩工艺、收缩评价模型和收缩控制策略的有效性。借助数值模拟对比分析表明了塑料曲轴选用注射压缩工艺成型能够有效降低体积收缩率。基于塑料曲轴进行注射成型模拟和生产实验对比验证,结果表明建立的评价模型能够有效判断塑件产生缩孔缺陷的趋势。同时将提出的收缩控制策略应用于塑料曲轴的注射压缩成型中,优化后的收缩评价指标分别提升了38.25%和17.24%,证明了厚壁件收缩控制策略的有效性。