[发明专利]一种基于表面网格的塑料注射成型浇口位置确定方法

说明书

技术领域

本发明属于塑料注射成型领域，涉及塑料注射成型最佳浇口位置确定方法，更具体地说涉及基于表面网格的塑料注射成型最佳浇口位置的确定。

背景技术

浇口位置选择是影响注射制品质量最重要的因素之一。不恰当的位置可能会导致制品严重的缺陷，如过度充填、翘曲、滞流等等。应用注射成型CAE软件辅助设计人员进行浇口位置选择是目前的主要设计手段。分析人员首先根据经验或者试验设计方法选择若干个浇口位置，然后分析比较通过计算得到的模拟结果数据，选取较好的一个。该方法过于依赖设计人员的经验，并且效率不高。因此，在现有CAE软件和理论的基础上应用优化算法对注射成形方案的浇口位置进行优选成为研究的热点问题。

一般的浇口位置确定方法是将现有的CAE软件与搜索技术相结合反复迭代计算直至满足目标条件为止，可见余德启，安然，王希诚“注塑模具浇口位置的演化设计方法”；申长雨，余晓蓉等人“塑料注射成型浇口位置优化”；翟明，顾元宪“注射模浇口数目和位置的优化设计”；李吉全，李德群，郭志英“面向翘曲变形的注塑模具浇口位置优化研究”。虽然理论上此类方法可以得到最优的浇口位置，但是CAE软件本身计算需要大量的时间，在反复迭代过程中耗时更多，超过了实际使用的可接受范围。

另外有些学者利用中面网格的几何信息结合遗传算法确定最优浇口位置，见余晓容，申长雨等人“基于流动平衡的注塑模浇口位置优化设计”。中面网格利用假想位于三维实体中心位置的二维平面来表示实体的几何形状，该网格往往不能直接得到，需要操作者进行二次建模效率不高，对于复杂零件效率更加低下，在实际生产中该网格使用不多。同时该方法假设边界节点的流动长度为浇口至边界节点的直线，没有反映厚度与零件的复杂程度对熔体流动的影响，计算的精度不高。

还有一些学者直接在CAD系统中生成边界点，采用边界节点的流动长度为浇口至边界节点的直线的假设条件，利用搜索算法确定浇口位置，见项辉宇、孙胜、钟约先“边界点集规划与注塑模具浇口位置的优化”。与基于中面网格的方法相同，此方法存在效率低、计算精度不高等缺陷，不利于在生产实际中的应用。

表面网格也称为双面网格，是一种基于实体表面技术的有限元分析模型，与中面网格模型数据不同，表面网格直接使用封闭空间曲面来表示实体零件，利用空间位置建立实体上下两个表面的对应关系进行有限元分析。表面网格即保留了中面网格的全部技术特点又实现了CAE系统与CAD系统的无缝集成，在实际生产中获得了广泛的应用。但是由于表面网格比中面网格要复杂许多，除了利用现有的CAE软件进行简单的迭代模拟计算浇口位置外，目前还没有基于表面网格的注射成型最佳浇口位置选择方法的相关研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术上的缺陷，提供一种基于表面网格的塑料注射成型浇口位置确定方法，达到快速自动确定最佳浇口位置的目的。

本发明提供的基于表面网格的塑料注射成型浇口位置确定方法，其步骤包括：

第1步  根据零件的几何造型由网格生成工具生成零件的表面网格；

第2步  假定浇口位置位于网格节点上，并且熔体流动的方向限定于网格节点的连线上；根据表面网格生成带权值的无向图；

第3步  选择无向图中对应于零件上能够设置浇口的表面的所有顶点，由这些顶点构成浇口顶点集合；

第4步  设定空间坐标系中存在一个表面平行于坐标平面的最小长方体，并且所述浇口顶点集合中所有顶点均位于该最小长方体内；利用与坐标平面平行的平面将所述最小长方体切割成空间小长方体，每个小长方体中的浇口顶点构成相应的浇口顶点集合的子集；

第5步  利用遗传算法搜索无向图中近似最佳浇口位置顶点组合；

第6步  以第5步得到的近似最佳浇口位置顶点组合为初始位置，利用爬山算法搜索最佳浇口位置顶点组合；

第7步  根据最佳浇口位置顶点组合中的顶点找到第1步生成的表面网格中对应的节点作为最佳浇口位置。

上述第2步的优选实现过程为：

第2.1步  根据表面网格中的节点生成无向图中对应的顶点；

第2.2步  根据表面网格中节点间的相邻关系生成无向图中顶点间的弧；

第2.3步  根据表面网格中节点坐标值、节点的厚度和相邻关系按照下式(I)计算相邻两顶点间对应弧的权值W；