无流道热固性模具浇口自密封成型参数匹配方法与流程

本发明涉及模具成型，尤其涉及无流道热固性模具浇口自密封成型参数匹配方法。

背景技术：

1、无流道热固性模具成型过程中，浇口自密封的可靠性直接决定成型产品质量与生产连续性，现有技术多通过操作人员经验设定成型参数，或采用单一物理场模型辅助进行参数匹配，采集的传感数据多为模具温度、模内压力等单一类型，仅关注单一物理量的变化，未综合考量热固性材料流动、固化反应进程与浇口密封行为之间的内在关联。

2、现有技术方案中，单一物理场模型无法准确刻画材料流动、固化与浇口密封三者的耦合关系，导致成型参数匹配缺乏精准的数据支撑，常常出现浇口密封失效、成型产品出现缩孔、裂纹等缺陷的情况；常规成型参数优化算法未结合多物理场特征，仅单一追求成型质量或生产周期，无法实现密封可靠性、成型质量与周期时间的协同平衡，且参数搜索过程繁琐，筛选出的参数组合往往无法满足实际生产的稳定性要求。

3、现有技术无法实现材料流动、固化反应与浇口密封行为的协同管控，成型参数匹配缺乏能够精准反映三者相互作用的模型支撑，优化过程未围绕浇口可靠自密封这一核心目标展开，难以筛选出兼顾多方面性能且符合实际生产稳定性要求的成型参数组合。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的无流道热固性模具浇口自密封成型参数匹配方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：无流道热固性模具浇口自密封成型参数匹配方法，包括：

3、采集模具在历史成型周期内的多传感时序数据，所述多传感时序数据包含模具温度、模内压力、热固性材料粘度曲线及浇口开闭状态信号；

4、对所述多传感时序数据进行预处理，提取反映材料流动前沿、固化反应进程与浇口密封行为的动态过程特征；

5、基于所述动态过程特征，构建一个描述材料流动、固化与浇口密封相互作用的多物理场耦合代理模型；

6、将所述多物理场耦合代理模型集成进一个改进的成型参数优化算法，所述改进的成型参数优化算法基于协同优化框架，在工艺约束下并行搜索多组成型参数组合；

7、利用所述改进的成型参数优化算法，驱动所述多物理场耦合代理模型进行迭代仿真，以浇口在设定时间前实现可靠自密封为核心优化目标，预测每一组成型参数组合下的成型结果；

8、依据预测的成型结果，评估各组成型参数组合在成型质量、周期时间与密封可靠性上的综合表现，筛选出帕累托前沿解集；

9、对所述帕累托前沿解集进行后处理，剔除不满足实际生产稳定性约束的解，生成最终的成型参数匹配方案。

10、作为本发明的进一步方案，对所述多传感时序数据进行预处理，提取反映材料流动前沿、固化反应进程与浇口密封行为的动态过程特征，包括：

11、对所述模具温度与所述模内压力数据，采用小波变换去除高频噪声，并利用动态时间规整算法对齐不同传感器、不同成型周期之间的时序信号；

12、从对齐后的所述模内压力数据中，计算压力上升速率、压力峰值位置及压力曲线的一阶与二阶导数，形成描述材料填充与压实过程的压力演变特征；

13、从所述热固性材料粘度曲线中，提取粘度拐点温度、最小粘度值、达到指定粘度百分比的时间，形成表征材料流变与固化反应动力学的流变特征；

14、从所述浇口开闭状态信号中，识别浇口的开启时刻、最大开启位移、关闭触发时刻及完全闭合时刻，形成描述浇口动态响应的机械行为特征；

15、将所述压力演变特征、所述流变特征与所述机械行为特征，按照统一的时间基准进行同步融合，构成一个多维的时序特征矩阵，作为所述动态过程特征。

16、作为本发明的进一步方案，基于所述动态过程特征，构建一个描述材料流动、固化与浇口密封相互作用的多物理场耦合代理模型，包括：

17、定义一个三维建模域，所述三维建模域包含型腔几何、浇口结构及加热管路；

18、在所述三维建模域内，建立描述非牛顿流体瞬态流动的连续性方程、动量方程以及描述热固性材料固化反应的热化学耦合能量方程；

19、在所述浇口结构处，引入一个基于接触力学的阀针运动学方程，所述阀针运动学方程将模内压力、材料粘度与浇口处的密封力进行耦合，用于模拟浇口在材料作用下从开启到密封的动态过程；

20、利用所述动态过程特征，对所述连续性方程、动量方程、热化学耦合能量方程及阀针运动学方程中的未知本构参数和边界条件系数进行校准；

21、将校准后的方程组进行数值离散，采用有限体积法进行求解，构建出根据输入的成型参数快速预测温度场、压力场、固化度场及浇口状态场的所述多物理场耦合代理模型。

22、作为本发明的进一步方案，所述改进的成型参数优化算法基于协同优化框架，包括：

23、在所述协同优化框架中，将总成型参数空间分解为材料参数子空间、工艺参数子空间与设备参数子空间；

24、定义系统级优化目标为浇口密封可靠性最大化与成型周期时间最小化，并定义各子空间必须满足的一致性约束；

25、在材料参数子空间中，采用遗传算法搜索最优的材料预热温度、初始粘度参数组合；

26、在工艺参数子空间中，采用序列二次规划算法搜索最优的注射速度、注射压力、保压压力与保压时间组合；

27、在设备参数子空间中，采用模拟退火算法搜索最优的模具分区温度设定值；

28、在每一轮系统级迭代中，协调三个子空间优化器返回的解，通过引入松弛变量与罚函数处理子空间解之间的不一致性，驱动各子空间向满足系统级目标与一致性约束的方向协同进化。

29、作为本发明的进一步方案，利用所述改进的成型参数优化算法，驱动所述多物理场耦合代理模型进行迭代仿真，包括：

30、从所述改进的成型参数优化算法中，获取当前迭代轮次下由各子空间协调后生成的一组系统级成型参数建议值；

31、将所述系统级成型参数建议值，作为边界条件与初始条件输入至所述多物理场耦合代理模型；

32、运行所述多物理场耦合代理模型，仿真一个完整的注塑成型周期，输出仿真的温度场、压力场、固化度场随时间的变化数据，以及浇口位移随时间的变化曲线；

33、从仿真输出的所述浇口位移随时间的变化曲线中，判定浇口实现完全密封的仿真时刻；

34、计算所述仿真时刻与工艺要求的理想密封时刻之间的绝对时间差，并将此时间差作为密封可靠性目标的一部分，连同仿真的成型周期总时间，一起作为目标函数值返回给所述改进的成型参数优化算法。

35、作为本发明的进一步方案，所述依据预测的成型结果，评估各组成型参数组合在成型质量、周期时间与密封可靠性上的综合表现，包括：

36、对于每一组经过仿真的成型参数组合，从所述多物理场耦合代理模型的输出中提取质量评估指标；

37、所述质量评估指标包括制品关键区域的体积收缩率均匀性、最大翘曲变形量以及固化度分布的均匀性；

38、获取仿真得到的成型周期总时间作为周期时间指标；

39、获取仿真得到的浇口密封时间差，并转化为密封可靠性评分，所述密封可靠性评分与时间差成反比；

40、在由所述质量评估指标、所述周期时间指标与所述密封可靠性评分构成的多目标评价空间中，绘制所有成型参数组合对应的评价点；

41、使用非支配排序方法识别出所述评价点中的帕累托最优解，将所有帕累托最优解对应的成型参数组合及其评价指标值，存储为所述帕累托前沿解集。

42、作为本发明的进一步方案，对所述帕累托前沿解集进行后处理，剔除不满足实际生产稳定性约束的解，生成最终的成型参数匹配方案，包括：

43、定义实际生产稳定性约束，所述稳定性约束包括成型参数的容差敏感度、对模具温度波动的鲁棒性要求，以及注塑机关键参数的可重复范围；

44、对所述帕累托前沿解集中的每一组成型参数组合，在其参数值附近施加微小扰动，重新运行所述多物理场耦合代理模型进行多次蒙特卡洛仿真；

45、统计多次蒙特卡洛仿真下，所述质量评估指标、所述周期时间指标与所述密封可靠性评分的标准差与变异系数；

46、剔除任何一项指标的变异系数超过其对应预设阈值的成型参数组合；

47、在剩余的成型参数组合中，基于预设的权重偏好，选择一个在质量、效率与可靠性上综合平衡度最高的解，作为所述最终的成型参数匹配方案。

48、作为本发明的进一步方案，从对齐后的所述模内压力数据中，计算压力上升速率、压力峰值位置及压力曲线的一阶与二阶导数，形成描述材料填充与压实过程的压力演变特征，包括：

49、获取经预处理和对齐后的模内压力时序数据，所述模内压力时序数据表示为一个离散的时间-压力序列；

50、计算所述时间-压力序列在每个采样时刻的一阶前向差分，得到压力随时间变化的一阶导数曲线，所述一阶导数曲线用于表征压力上升速率；

51、在所述一阶导数曲线上，定位一阶导数值首次从正值跨越零点变为负值的时刻，将所述负值的时刻作为压力峰值位置的估计值，并记录对应时刻对应的原始压力序列的峰值压力；

52、计算所述时间-压力序列在每个采样时刻的二阶前向差分，得到压力随时间变化的二阶导数曲线，所述二阶导数曲线用于表征压力上升加速度的变化；

53、在填充阶段对应的时段内，对所述一阶导数曲线进行线性拟合，将拟合直线的斜率作为表征材料填充过程平稳性的量化指标；

54、在压实阶段对应的时段内，对所述一阶导数曲线进行指数衰减函数拟合，提取衰减时间常数，作为表征材料压实与固化进程的量化指标；

55、将由压力上升速率、压力峰值位置、压力峰值、二阶导数曲线、填充阶段一阶导数斜率以及压实阶段衰减时间常数构成的向量，作为描述材料填充与压实过程的压力演变特征。

56、作为本发明的进一步方案，在所述浇口结构处，引入一个基于接触力学的阀针运动学方程，所述阀针运动学方程将模内压力、材料粘度与浇口处的密封力进行耦合，用于模拟浇口在材料作用下从开启到密封的动态过程，包括：

57、定义阀针在浇口内的运动为一维平移运动，其动力学由二阶常微分方程描述，所述二阶常微分方程中阀针的加速度由其所受的合力决定；

58、计算作用在阀针上的合力，所述合力包括由模内压力在阀针承压面上产生的净压力推力、由流经浇口通道的粘性材料产生的粘性摩擦力、由阀针复位弹簧提供的弹簧力，以及当阀针接近关闭位置时与阀座之间的接触碰撞力；

59、所述净压力推力通过将浇口处的所述模内压力与阀针的有效承压面积相乘得到；

60、所述粘性摩擦力通过将所述热固性材料粘度曲线在浇口处的实时粘度值与阀针运动速度，以及一个由浇口几何形状决定的摩擦系数相关联的模型进行计算；

61、所述接触碰撞力采用基于非线性弹簧-阻尼器的赫兹接触模型进行描述，所述接触碰撞力仅在阀针位移小于预设的闭合阈值时才被激活；

62、将所述合力代入阀针运动的二阶常微分方程，采用显式时间积分方法进行求解，得到每一仿真时间步下的阀针位移与速度；

63、当阀针位移小于等于零且接触力大于预设的密封阈值时，定浇口实现完全密封，并记录当前仿真时间步对应的时刻为仿真密封时刻。

64、作为本发明的进一步方案，在剩余的成型参数组合中，基于预设的权重偏好，选择一个在质量、效率与可靠性上综合平衡度最高的解，作为所述最终的成型参数匹配方案，包括：

65、获取预设的权重偏好，所述权重偏好以向量的形式定义了成型质量指标、周期时间指标与密封可靠性评分之间的相对重要程度；

66、对所述帕累托前沿解集中剩余的每一组解，将其对应的所述质量评估指标、所述周期时间指标与所述密封可靠性评分分别进行归一化处理，以消除不同指标间的量纲影响；

67、将归一化后的各项指标值，按照所述权重偏好向量进行线性加权求和，计算每一组解的综合评分；

68、对计算得到的所有综合评分进行排序，选择综合评分最高的解所对应的成型参数组合；

69、输出所选定的成型参数组合及其对应的仿真预测指标值，作为指导实际生产的所述最终的成型参数匹配方案。

70、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

71、依托模具历史成型周期内的模具温度、模内压力、热固性材料粘度曲线及浇口开闭状态信号的多传感时序数据，经预处理提取材料流动前沿、固化反应进程与浇口密封行为的动态过程特征，构建描述材料流动、固化与浇口密封相互作用的多物理场耦合代理模型。该模型打破了常规单一物理场模型仅关注单一物理量的局限，能够精准捕捉材料流动、固化反应与浇口密封三者之间的内在耦合关系，弥补了常规模型无法反映三者协同作用的短板，使成型参数的匹配具备更精准的理论与数据支撑，减少因模型偏差导致的浇口密封失效、成型缺陷等问题。

72、将多物理场耦合代理模型集成进基于协同优化框架的改进成型参数优化算法，以浇口在设定时间前实现可靠自密封为核心优化目标，驱动代理模型进行迭代仿真，预测每一组成型参数组合下的成型结果，依据预测结果评估各组成型参数组合在成型质量、周期时间与密封可靠性上的综合表现，筛选出帕累托前沿解集，再剔除不满足实际生产稳定性约束的解，生成最终的成型参数匹配方案。该方案打破了常规优化算法单一追求某一性能指标的局限，实现了浇口自密封可靠性、成型质量与生产周期时间的协同平衡，同时通过帕累托前沿解集筛选与稳定性约束剔除，简化了参数搜索过程，避免了无效参数组合的产生，使生成的成型参数方案更贴合实际生产需求，降低生产调试过程中的人力与物力成本。