安全箱产品开发及注塑成型工艺研究

摘要

塑料安全防护箱（简称安全箱）属高档包装箱，广泛应用于工业、军队、消防、摄影以及科考勘探等领域。国内安全箱无论是在产品材料、结构设计，还是在注塑成型工艺方面与国外先进水平都存在较大的差距。研究安全箱的材料、结构设计和注塑成型工艺对安全箱产品的开发和应用具有重要意义。
　　以安全箱的功能要求、使用特点和成型性能为切入点，选择聚丙烯为基体材料，并通过填充改性方法进行材料改性研究，来提高安全箱材料的力学性能。结果表明：其力学性能明显优于国内同类产品并接近进口产品材料的性能，较好的满足安全箱生产和使用要求。
　　根据塑料件结构设计理论和安全箱的结构和成型特点，完成了某款安全箱产品设计；基于Hypermesh、ANSYS/LS-DYNA及LS-PREPOST软件进行安全箱产品跌落仿真，验证了安全箱产品设计的可靠性。
　　选取安全箱中尺寸最大、形状最为复杂的箱体零件为研究对象，在AMI软件中建立安全箱箱体的数值仿真模型；以回路冷却介质温差和回路管壁温差为衡量指标，研究箱体零件的注塑成型冷却系统的创建；并且根据浇口的数量、布局和阀浇口的控制，对浇注系统进行优化设计。
　　以模具温度、熔体温度、注射速率、保压压力和保压时间为设计变量，以最大缩痕指数和最大翘曲变形为优化目标，通过正交实验设计及有限元数值模拟，揭示了工艺参数对安全箱箱体成型质量影响规律及显著程度，即对最大缩痕指数影响程度依次为：熔体温度、保压时间、注射速率、保压压力、模具温度；对最大翘曲变形的影响程度依次为：熔体温度、保压时间、保压压力、注射速率、模具温度。
　　基于Isight参数优化软件，以正交试验结果为样本，建立工艺参数与成型质量之间关系的响应面近似模型，并利用非支配排序遗传算法在已创建的近似模型内进行全局寻优，最后得到一组最优成型工艺参数组合。通过模拟分析验证表明：将响应面近似模型引入注塑成型工艺优化，可建立注塑成型工艺参数与多目标之间的显示函数关系，采用非支配排序遗传算法在响应面近似模型内完成自主寻优，可以快速、有效确定注塑成型最优工艺参数改善成型质量，并与测试结果吻合。

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第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容

第2章 安全箱产品设计及跌落分析

2.1 安全箱材料的研究

2.2 安全箱结构设计

2.3 安全箱跌落分析

2.4 本章小结

第3章 安全箱注塑成型冷却系统与浇注系统优化

3.1 网格划分及修整

3.2 冷却系统的创建及模拟分析

3.3 浇注系统的创建及优化设计

3.4 本章小结

第4章 安全箱注塑成型过程模拟

4.1 单工艺参数对成型的影响

4.2 多工艺参数对成型的影响

4.3 本章小结

第5章 基于响应面模型及遗传算法的注塑成型工艺优化

5.1 响应面近似模型

5.2 遗传算法理论

5.3 安全箱注塑成型工艺参数优化

5.4 试模及变形测量

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 研究总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文