橡胶注射冷流道设计与优化方法技术

一种橡胶注射冷流道设计与优化方法，包括以下步骤：根据所需橡胶制品参数确定浇口数量及位置，根据浇口位置确定分流道路径；通过流体运动方程，初步确定各分流道的直径，使各浇口处的压力相等；根据经验公式确定所需冷流道的入口流量和浇口直径的取值范围；以冷流道浇注系统中的入口流量、浇口直径和各分流道直径为变量，按正交表设计正交试验；利用PRO/E软件对冷流道试验组进行三维设计，运用POLYFLOW软件对冷流道内橡胶流动过程中的压力场、速度场与剪切速率场进行模拟分析；根据所需制品要求对模拟结果建立评价体系；使用本申请方法，可以缩短橡胶注射冷流道的设计周期，且保证了冷流道设计的合理性和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
橡胶注射冷流道设计与优化方法
本专利技术涉及橡胶注射冷流道设计领域，具体是一种橡胶注射冷流道的设计与优化方法。
技术介绍
橡胶注射成型技术主要应用于多模多腔的小型橡胶制品和结构对称的大型橡胶制品。结构对称的橡胶制品的冷流道在设计时，由于其结构的对称性较为简单，容易实现各个浇口的注射压力和注射速度的一致性；而结构非对称的大型橡胶制品冷流道在设计时，不容易实现各个浇口注射压力和注射速度的一致性，因此这种橡胶制品在注射成型时，容易产生质量不均匀、气泡等质量问题。而对于结构非对称的大型橡胶制品一般采用模压成型的方法，但是这种方法存在成型效率低、质量不稳定和操作强度大等问题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提出一种橡胶注射冷流道的设计与优化方法，利用有限元仿真分析，结合正交设计与响应曲面分析法对冷流道进行设计与优化，减少橡胶注射冷流道的设计周期，提高冷流道设计的合理性和可靠性。为达到以上目的，本专利技术的技术方案如下：一种橡胶注射冷流道设计与优化方法，包括以下步骤：步骤一，借助于冷流道浇注系统，冷流道浇注系统包括主流道、设置在主流道上端的入口、进口与主流道出口连接的分流道、以及与对应分流道出口连接的浇口；首先，选定所需成形的橡胶制品；然后，对橡胶制品进行三维建模；其次，根据该所需橡胶制品参数确定浇口数量及位置；再次，根据浇口位置确定分流道路径；步骤二，首先，在满足步骤一各浇口处的压力相等的前提下，通过流体运动方程，初步确定各分流道的直径；步骤三，根据经验公式确定所需冷流道的入口流量和浇口直径的取值范围；步骤四，以步骤三中的入口流量、步骤三中的浇口直径、以及步骤二中各分流道直径为变量，确定若干设计方案；然后，按正交表对设计方案设计正交试验；其次，根据正交试验，人工设定建立两种以上的冷流道试验组；步骤五，首先，利用PRO/E软件对排列组合之后的各个冷流道试验组分别进行三维建模；然后，运用POLYFLOW软件对冷流道内橡胶流动过程中的压力场、速度场与剪切速率场进行有限元分析，得到模拟分析结果；步骤六，首先，根据步骤一所需橡胶制品要求对步骤五的模拟分析结果建立评价体系，对步骤五中的各设计方案的各项模拟分析结果进行评价；a.对各设计方案的压力场分析进行评价，以各浇口出口压力均匀且整体压力降小为优作为标准；b.对各设计方案的速度场分析进行评价，以各浇口出口速度均匀为优作为标准；c.对各设计方案的剪切速率场分析进行评价，以剪切速率值趋近最佳取值范围为优作为标准；然后，d.对a-c中各项评价赋予权重，计算总分；步骤七，首先，使用响应曲面分析法对试验数据进行分析，并对设计方案进行优化；a.使用最小二乘估计估计出各设计方案中的回归系数，对回归方程及回归系数进行显著性检验，得到响应曲面，求得优选结果；b.使用最速上升搜索法，在优选结果中确定最优化设计方案。其中，所述步骤二中流体运动方程选用泊肃叶定律：进一步的，在步骤五中，有限元分析模拟应包括材料定义，网格划分，定义边界条件；a.划分网格，选择四面体网格，设定网格尺寸、对边界设置膨胀层数、以及倍数；b.定义边界条件，定义冷流道的模型为广义牛顿流体的等温稳态模型，本构方程选择PowerLaw模型，并设置以下参数：幂律指数、松弛时间、粘度系数、入口设置为INFLOW；并根据方案入口流量，在模拟过程中使用Picate收敛方式；出口均设置为OUTFLOW；边界条件为流道壁面无滑移；c.使用POLYFLOW软件求解计算。进一步的，在步骤五中，POLYFLOW中选用广义的牛顿的温流体模型进行设置。进一步的，在步骤六中，评价体系使用十分制，对压力场分析、速度场分析、剪切速率场分析三项分析结果确定优劣层次，制定评价标准，人工打分。进一步的，在步骤六中，c中根据所需制品参数的不同，最佳剪切速率值也不同，需根据所需自行计算。进一步的，在步骤六中，d中的权重数值，根据压力场分析、速度场分析、以及剪切速率场分析三者重要性，人工确定。进一步的，在步骤七中，a中使用一次响应曲面分析法进行分析。进一步的，在步骤七中，b中，前提是确保优化结果的可靠性，首先，对优化结果再次进行有限元分析，并进行评价；其次，根据最速上升法的寻优步长，设计最速上升试验；最终以求得最优结果。本专利技术具有如下的优点及效果：(1)运用已有的有限元理论，在有限元分析软件POLYFLOW的支持下，对橡胶注射冷流道的压力场、速度场、剪切速率场进行模拟分析，为冷流道的设计与优化提供了良好的理论基础。(2)有效的将有限元分析与正交设计、响应曲面分析法、最速上升搜索法等优化设计方法结合，使整个设计及优化过程具有周期短、成本低、可靠性高等优点。(3)本设计优化方法可适用于各种对称或非对称的橡胶制品，具有良好的适用性。附图说明图1：为本专利技术设计与优化流程图；图2：为高铁动车外风挡三维图；图3：为冷流道三维图具体应用结构示意图；图4：为冷流道三维图。主流道(1)；入口(2)；分流道(3)；浇口(4)具体实施方式如图1-4，一种橡胶注射冷流道设计与优化方法，包括以下步骤：步骤一，借助于冷流道浇注系统，冷流道浇注系统包括主流道1、设置在主流道1上端的入口2、进口与主流道1出口连接的分流道3、以及与对应分流道3出口连接的浇口4；首先，选定所需成形的橡胶制品；然后，对橡胶制品进行三维建模；其次，根据该所需橡胶制品参数确定浇口数量及位置；再次，根据浇口位置确定分流道路径；步骤二，首先，在满足步骤一各浇口处的压力相等的前提下，通过流体运动方程，初步确定各分流道的直径；步骤三，根据经验公式确定所需冷流道的入口流量和浇口直径的取值范围；步骤四，以步骤三中的入口流量、步骤三中的浇口直径、以及步骤二中各分流道直径为变量，确定若干设计方案；然后，按正交表对设计方案设计正交试验；其次，根据正交试验，人工设定建立两种以上的冷流道试验组；步骤五，首先，利用PRO/E软件对排列组合之后的各个冷流道试验组分别进行三维建模；然后，运用POLYFLOW软件对冷流道内橡胶流动过程中的压力场、速度场与剪切速率场进行有限元分析，得到模拟分析结果；步骤六，首先，根据步骤一所需橡胶制品要求对步骤五的模拟分析结果建立评价体系，对步骤五中的各设计方案的各项模拟分析结果进行评价；a.对各设计方案的压力场分析进行评价，以各浇口出口压力均匀且整体压力降小为优作为标准；b.对各设计方案的速度场分析进行评价，以各浇口出口速度均匀为优作为标准；c.对各设计方案的剪切速率场分析进行评价，以剪切速率值趋近最佳取值范围为优作为标准；然后，d.对a-c中各项评价赋予权重，计算总分；步骤七，首先，使用响应曲面分析法对试验数据进行分析，并对设计方案进行优化；a.使用最小二乘估计估计出各设计方案中的回归系数，对回归方程及回归系数进行显著性检验，得到响应曲面，求得优选结果；b.使用最速上升搜索法，在优选结果中确定最优化设计方案。其中，所述步骤二中流体运动方程选用泊肃叶定律：进一步的，在步骤五中，有限元分析模拟应包括材料定义，网格划分，定义边界条件；a.划分网格，选择四面体网格，设定网格尺寸、对边界设置膨胀层数、以及倍数；b.定义边界条件，定义冷流道的模型为广义牛顿流体的等温稳态模型，本构方程选择PowerLaw模型，并设置以下参数：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种橡胶注射冷流道设计与优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，借助于冷流道浇注系统，冷流道浇注系统包括主流道、设置在主流道上端的入口、进口与主流道出口连接的分流道、以及与对应分流道出口连接的浇口；首先，选定所需成形的橡胶制品；然后，对橡胶制品进行三维建模；其次，根据该所需橡胶制品参数确定浇口数量及位置；再次，根据浇口位置确定分流道路径；步骤二，首先，在满足步骤一各浇口处的压力相等的前提下，通过流体运动方程，初步确定各分流道的直径；步骤三，根据经验公式确定所需冷流道的入口流量和浇口直径的取值范围；步骤四，以步骤三中的入口流量、步骤三中的浇口直径、以及步骤二中各分流道直径为变量，确定若干设计方案；然后，按正交表对设计方案设计正交试验；其次，根据正交试验，人工设定建立两种以上的冷流道试验组；步骤五，首先，利用PRO/E软件对排列组合之后的各个冷流道试验组分别进行三维建模；然后，运用POLYFLOW软件对冷流道内橡胶流动过程中的压力场、速度场与剪切速率场进行有限元分析，得到模拟分析结果；步骤六，首先，根据步骤一所需橡胶制品要求对步骤五的模拟分析结果建立评价体系，对步骤五中的各设计方案的各项模拟分析结果进行评价；a.对各设计方案的压力场分析进行评价，以各浇口出口压力均匀且整体压力降小为优作为标准；b.对各设计方案的速度场分析进行评价，以各浇口出口速度均匀为优作为标准；c.对各设计方案的剪切速率场分析进行评价，以剪切速率值趋近最佳取值范围为优作为标准；然后，d.对a‑c中各项评价赋予权重，计算总分；步骤七，首先，使用响应曲面分析法对试验数据进行分析，并对设计方案进行优化；a.使用最小二乘估计估计出各设计方案中的回归系数，对回归方程及回归系数进行显著性检验，得到响应曲面，求得优选结果；b.使用最速上升搜索法，在优选结果中确定最优化设计方案。...

【技术特征摘要】
1.一种橡胶注射冷流道设计与优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，借助于冷流道浇注系统，冷流道浇注系统包括主流道、设置在主流道上端的入口、进口与主流道出口连接的分流道、以及与对应分流道出口连接的浇口；首先，选定所需成形的橡胶制品；然后，对橡胶制品进行三维建模；其次，根据该所需橡胶制品参数确定浇口数量及位置；再次，根据浇口位置确定分流道路径；步骤二，首先，在满足步骤一各浇口处的压力相等的前提下，通过流体运动方程，初步确定各分流道的直径；步骤三，根据经验公式确定所需冷流道的入口流量和浇口直径的取值范围；步骤四，以步骤三中的入口流量、步骤三中的浇口直径、以及步骤二中各分流道直径为变量，确定若干设计方案；然后，按正交表对设计方案设计正交试验；其次，根据正交试验，人工设定建立两种以上的冷流道试验组；步骤五，首先，利用PRO/E软件对排列组合之后的各个冷流道试验组分别进行三维建模；然后，运用POLYFLOW软件对冷流道内橡胶流动过程中的压力场、速度场与剪切速率场进行有限元分析，得到模拟分析结果；步骤六，首先，根据步骤一所需橡胶制品要求对步骤五的模拟分析结果建立评价体系，对步骤五中的各设计方案的各项模拟分析结果进行评价；a.对各设计方案的压力场分析进行评价，以各浇口出口压力均匀且整体压力降小为优作为标准；b.对各设计方案的速度场分析进行评价，以各浇口出口速度均匀为优作为标准；c.对各设计方案的剪切速率场分析进行评价，以剪切速率值趋近最佳取值范围为优作为标准；然后，d.对a-c中各项评价赋予权重，计算总分；步骤七，首先，使用响应曲面分析法对试验数据进行分析，并对设计方案进行优化；a.使用最小二乘估计估计出各设计方案中的回归系数，对回归方程及回归系数进行显著性检验，得到响应曲面，求得优选结果；b.使用最速上升搜索法，在优选结果中确定最优化设计方案。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾宪奎，滕彦理，贾伟臣，陈洪帅，曾佳，苗清，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37