[发明专利]用于优化制造厚壁元件的注塑过程的计算机实施的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在基于要预先给定参数而参数化的模型的基础上优化用于制造厚壁元件的注塑过程的计算机实施的方法。此外，本发明涉及一种相应的计算机程序，该计算机程序在于计算单元上执行时执行所建议的方法。本发明尤其是用于提高制造例如光学元件的厚壁元件的热塑性塑料注塑过程的生产率。

背景技术

由热塑性塑料或其它有机和无机塑料构成的、例如为了成像或对光成型（非成像）的目的的光学透镜，目前在注塑方法中在引入不同的注塑特殊方法（例如注射模铸或对相应形状的动态温度控制）的条件下制造或开发。

压铸是所有其它注塑过程的基础并且确实是最频繁使用的塑料处理方法。目前通常使用所谓的往复螺杆压铸机来作为注塑机，该往复螺旋压铸机大多数将颗粒形式的塑料从漏斗引入机器的螺杆导程中，分解和剪切。由此产生的摩擦热与从被加热的圆柱体输送的热结合负责相对均匀的熔体。该熔体在回缩的螺杆的尖顶之前聚集。在所谓的喷射阶段，往复螺杆压铸机的螺杆在背面液压地或者通过机械力被置于压力下。在此，熔体在高压力下，大多数在500和2000巴之间，通过回流阻挡机构（即按压在压铸工具上的喷嘴）、必要时通过热通道系统和浇铸通道挤压至成型空腔，即加热的压铸工具的所谓型腔。减小了的压力作为所谓的后压力还一直作用于熔体，直到连接（也称为浇铸）硬化或冻结。由此实现了：在冷却时产生的体积收缩可以基本上被平衡。这对于尺寸精确度和期望的表面质量来说是重要的。此后开始螺杆的旋转。通过这种方式为随后的成型件准备射出量。在这段时间期间，该成型件在工具中还可以冷却到芯中的材料也硬化为止。然后打开工具并且喷出制造好的元件。

锁模力是相对于喷射和后压而紧闭相应的力。

工具的空腔、即型腔确定待制造的元件的形状和表面结构。在压铸参数中，螺杆形廓也起着作用，其中螺杆是具有引入区、压缩区和卸载区的单线的三区螺杆，或者是大多数用于提高功率的阻挡螺杆或芯进动的PVC螺杆。

为了仿真注塑过程，当今已经经常使用所谓的计算机辅助工程程序，简称CAE程序。但是CAE程序的焦点在于相应的装填过程，而不是在于循环时间的最小化或者用于在厚壁元件的多部件注塑时预测元件质量。除了这些CAE程序之外还存在能够对仿真计算参数化的程序。在此，参数化意味着一方面边界条件的改变，边界条件例如是熔化温度、工具温度、保压压力等，以及另一方面几何结构的改变。从而例如可以在多层注塑方法（Multi Layer注塑方法）中将相应的元件划分为多个层，这些层被先后或并行喷射。这方面的细节参见D?bler, Protte, Klinkenberg的文献“Freie Fahrt für wei?es Licht-LED-Optiken”，其出现在Kunststoffe 04/2009,83-86页中。此外还可以参见Stricker, Pillwein, Giessauf的“Pr?zision im Fokus-Spritzgie?en optischer Formteile”，其出现在Kunststoffe04/2009，30-34页上。通过参数化的可能性，可以检查和优化各个参数例如对冷却时间和元件质量的影响。流变模拟和商业优化器目前的组合是不足的。可以与优化器组合的其它CAE程序虽然可以反映温度特性，但是这仅有条件地在考虑各自的注塑过程情况下实现。此外，量化的结果仅有条件地转化到实践中，因为若干极大地影响冷却特性的参数目前不能被直接测量。

此外已知很多用于光学透镜注塑的技术，这同样可以参见上述Stricker, Pillwein和Geissauf的文献。但是，注塑过程的优化目前还总是通过费事的所谓“反复试验”过程进行，该反复试验过程一般是昂贵和冗长的。由于对于厚壁元件来说需要最大20分钟的极长的循环时间，因此“反复试验”尝试是非常耗费时间的。虽然仿真也可以类似地冗长，但是仿真可以自动化并且在计算过程运行期间不需要由人员来监视。在此只有预备和分析是需要很多人员的。

在T.S.Kwak等人的公开物“Application of neural network and computer simulation to improve surface profile of injection moulding optic lense”中，作者描述了建立用于设计透镜的神经网络。但是，这是在所谓的“单层”方法中制造透镜。在此实施CAE程序以开发神经网络模型。在此的目标是将所需要的优化循环最小化。该公开文献的焦点是所谓的、具有良好限定的几何结构和有限厚度的相机透镜。