基于优劣解距离法⁃灰色关联分析的注射成型质量多目标优化

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.02.015

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (2): 96-102.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.02.015

基于优劣解距离法⁃灰色关联分析的注射成型质量多目标优化

任立辉¹, 李富柱¹(), 王匀¹, 戴亚春¹, 杨辉², 许桢英¹

^1.江苏大学机械工程学院，江苏镇江 212013
^2.明光宜弘塑料五金制品有限公司，安徽明光 239499

收稿日期:2021-07-21 出版日期:2022-02-26 发布日期:2022-02-23
通讯作者: 李富柱（1971—），男，副教授，从事机电液一体化、车身轻量化研究，lifuzhu@ujs.edu.cn
E-mail:lifuzhu@ujs.edu.cn
基金资助:
扬州市区重点研发计划(GL202016)

Multi⁃objective optimization of injection molding quality based on TOPSIS⁃grey relational analysis

REN Lihui¹, LI Fuzhu¹(), WANG Yun¹, DAI Yachun¹, YANG Hui², XU Zhenying¹

^1.School of Mechanical Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，China
^2.Mingguang Yihong Plastic Hardware Products Co，Ltd，Mingguang 239499，China

Received:2021-07-21 Online:2022-02-26 Published:2022-02-23
Contact: LI Fuzhu E-mail:lifuzhu@ujs.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

为提高座厕椅面板注射成型质量，将优劣解距离法（TOPSIS）与灰色关联分析相结合，提出了基于TOPSIS的灰色关联综合评价模型。首先，优化并确定了塑件浇注系统，然后进行正交试验设计，选择模具温度、熔体温度，注射时间、保压压力、保压时间为试验因素，以翘曲变形量、缩痕指数、体积收缩率为评价指标，运用Moldflow软件进行模拟分析；根据正交试验数据，利用基于指标相关性的指标权重确定（CRITIC）法确定了各评价指标权重系数，采用基于TOPSIS的灰色关联综合评价方法，将多目标优化转化为单目标优化问题，获得了塑件的最佳注塑工艺参数组合。结果表明，优化后的塑件体积收缩率降低14.6 %、缩痕指数降低43.3 %，翘曲变形量与优化前基本一致，塑件综合质量显著提高。

关键词: 优劣解距离法, 灰色关联分析, 注射成型, 质量, 多目标优化

Abstract:

To improve the injection molding quality of a commode chair panel， a grey relational comprehensive evaluation model based on the TOPSIS was proposed by combining the TOPSIS with a grey relational analysis. The gating system of a plastic part was first optimized and determined， and then the orthogonal experimental design was carried out. The mold temperature， melt temperature， injection time， holding pressure and holding time were selected as experimental factors to simulate and analyze the warpage， shrinkage index and volume shrinkage of the plastic part as evaluation inde?xes using the Moldflow software. According to the orthogonal test data， the weight coefficients of each evaluation index were determined using the CRITIC method， and the multi?objective optimization was transformed into the single objective one using a grey relational comprehensive evaluation method based on the TOPSIS to obtain an optimal combination of process parameters. The experimental results indicated that the volume shrinkage of the plastic part after optimization was reduced by 14.6 %， its shrinkage mark index was reduced by 43.3 %. The warpage deformation was basically the same as that before optimization， and the overall quality of the plastic part was improved significantly.

Key words: technique for order preference by similarity to ideal solution, grey relational analysis, injection molding, quality, multi?objective optimization

中图分类号:

TQ320.66⁺2

任立辉, 李富柱, 王匀, 戴亚春, 杨辉, 许桢英. 基于优劣解距离法⁃灰色关联分析的注射成型质量多目标优化[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 96-102.

REN Lihui, LI Fuzhu, WANG Yun, DAI Yachun, YANG Hui, XU Zhenying. Multi⁃objective optimization of injection molding quality based on TOPSIS⁃grey relational analysis[J]. China Plastics, 2022, 36(2): 96-102.

图/表 14

参考文献 15

1	LI S ， FAN X ， HUANG H ， et al . Multi⁃objective optimization of injection molding parameters， based on the Gkriging⁃NSGA⁃vague method［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2020， 137（19）： 48659.
2	ZHOU H ， ZHANG S ， WANG Z . Multi⁃objective optimization of process parameters in plastic injection molding using a differential sensitivity fusion method［J］. International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 2021， 114（1/2）： 423⁃449.
3	傅莹龙，邵明朝 . 基于正交实验与CAE模拟优化水箱盖的成型参数［J］. 塑料，2020，49（4）：55⁃57，64.
	FU Y L ， SHAO M C . Parameters optimization of tank co⁃ver based on orthogonal test and CAE simulation［J］. Plastics， 2020， 49（4）：55⁃57，64.
4	MOAYYEDIAN M ， ABHARY K ， MARIAN R . Optimization of injection molding process based on fuzzy quality eva⁃luation and taguchi experimental design［J］. Cirp Journal of Manufacturing Science and Technology， 2018， 21： 150⁃160.
5	郭文博，刘泓滨，车应田，等 . 飞机支线架注塑成型缺陷分析和多目标优化［J］. 轻工机械，2019，37（5）：77⁃83.
	GUO W B ， LIU H B ， CHE Y T ， et al . Injection molding defect analysis and multi⁃objective optimization of aircraft branch frame［J］. Light Industry Machinery， 2019， 37（5）：77⁃83.
6	LIN C M ， CHEN W C . Optimization of injection⁃molding processing conditions for plastic double⁃convex fresnel lens using grey⁃based taguchi method［J］. Microsystem Techno⁃logies， 2020， 26（8）： 2 575⁃2 588.
7	程锦，谭建荣，余加红 . 基于TOPSIS的注塑工艺参数多目标稳健优化设计［J］. 机械工程学报，2011，47（6）：27⁃32.
	CHENG J ， TAN J R ， YU J H . Multi⁃objective robust optimization of injection molding process parameters based on TOPSIS［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2011， 47（6）：27⁃32.
8	黄海松，张鲁滨，姚立国 . 基于灰色关联分析的注塑成型工艺多目标优化［J］. 塑料科技，2019，47（1）：104⁃110.
	HUANG H S ， ZHANG L B ， YAO L G . Multi⁃objective optimization of injection molding process based on grey relational analysis［J］. Plastic Science and Technology， 2019， 47（1）：104⁃110.
9	段家现 . 基于灰色关联分析的注塑工艺参数优化［J］. 塑料，2017，46（4）：88⁃92.
	DUAN J X . Optimization of injection molding process parameters based on grey relational analysis［J］. Plastics， 2017， 46（4）：88⁃92.
10	雷继梅 . 高光三色汽车尾灯灯罩注塑模具设计及工艺参数优化［D］. 镇江：江苏大学， 2020.
11	FAN⁃JIANG J C ， SU C W ， LIOU G Y ， et al . Study of an online monitoring adaptive system for an injection mol⁃ding process based on a nozzle pressure curve［J］. Polymers， 2021， 13（4）： 555.
12	WANG G Q ， WANG Y M ， YANG D Y ， et al . Study on automotive back door panel injection molding process simulation and process parameter optimization［J］. Advances in Materials Science and Engineering， 2021： 9996423.
13	邵谦 . 复合材料注塑成型工艺参数优化及宏介观模拟与试验研究［D］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2019.
14	YANG W G ， WU Y J . A novel TOPSIS method based on improved grey relational analysis for multiattribute decision⁃making problem［J］. Mathematical Problems in Engineering， 2019： 8761681.
15	CHEN P Y . A novel coordinated TOPSIS based on coefficient of variation［J］. Mathematics， 2019， 7（7）： 17 614.

水平	模具温度（A）/℃	熔体温度（B）/℃	注射时间（C）/s	保压压力（D）/MPa	保压时间（E）/s
1	30	220	0.8	45	46
2	40	230	1.0	50	47
3	50	240	1.2	55	48
4	60	250	1.4	60	49
5	70	260	1.6	65	50

水平	模具温度（A）/℃	熔体温度（B）/℃	注射时间（C）/s	保压压力（D）/MPa	保压时间（E）/s
1	30	220	0.8	45	46
2	40	230	1.0	50	47
3	50	240	1.2	55	48
4	60	250	1.4	60	49
5	70	260	1.6	65	50

序号	因素					试验结果
序号	A/℃	B/℃	C/s	D/MPa	E/s	F	翘曲变形量/mm	缩痕指数/%	体积收缩率/%
1	1	1	1	1	1	1	7.889	2.322	12.99
2	1	2	2	2	2	2	7.798	2.826	13.44
3	1	3	3	3	3	3	7.701	2.945	13.52
4	1	4	4	4	4	4	7.623	3.077	13.62
5	1	5	5	5	5	5	7.566	3.188	13.70
6	2	1	2	3	4	5	7.867	2.480	13.16
7	2	2	3	4	5	1	7.763	2.552	13.2
8	2	3	4	5	1	2	7.672	2.974	13.59
9	2	4	5	1	2	3	7.542	3.280	13.97
10	2	5	1	2	3	4	7.403	3.598	14.33
11	3	1	3	5	2	4	7.790	2.404	13.12
12	3	2	4	1	3	5	7.741	2.808	13.61
13	3	3	5	2	4	1	7.612	2.936	13.73
14	3	4	1	3	5	2	7.450	3.466	14.28
15	3	5	2	4	1	3	7.376	3.514	14.30
16	4	1	4	2	5	3	7.812	2.608	13.50
17	4	2	5	3	1	4	7.683	2.924	13.79
18	4	3	1	4	2	5	7.492	3.162	14.08
19	4	4	2	5	3	1	7.425	3.366	14.24
20	4	5	3	1	4	2	7.316	3.862	14.85
21	5	1	5	4	3	2	7.772	2.598	13.56
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23	5	3	2	1	5	4	7.481	3.480	14.64
24	5	4	3	2	1	5	7.381	3.689	14.79
25	5	5	4	3	2	1	7.317	3.703	14.79

序号	因素					试验结果
序号	A/℃	B/℃	C/s	D/MPa	E/s	F	翘曲变形量/mm	缩痕指数/%	体积收缩率/%
1	1	1	1	1	1	1	7.889	2.322	12.99
2	1	2	2	2	2	2	7.798	2.826	13.44
3	1	3	3	3	3	3	7.701	2.945	13.52
4	1	4	4	4	4	4	7.623	3.077	13.62
5	1	5	5	5	5	5	7.566	3.188	13.70
6	2	1	2	3	4	5	7.867	2.480	13.16
7	2	2	3	4	5	1	7.763	2.552	13.2
8	2	3	4	5	1	2	7.672	2.974	13.59
9	2	4	5	1	2	3	7.542	3.280	13.97
10	2	5	1	2	3	4	7.403	3.598	14.33
11	3	1	3	5	2	4	7.790	2.404	13.12
12	3	2	4	1	3	5	7.741	2.808	13.61
13	3	3	5	2	4	1	7.612	2.936	13.73
14	3	4	1	3	5	2	7.450	3.466	14.28
15	3	5	2	4	1	3	7.376	3.514	14.30
16	4	1	4	2	5	3	7.812	2.608	13.50
17	4	2	5	3	1	4	7.683	2.924	13.79
18	4	3	1	4	2	5	7.492	3.162	14.08
19	4	4	2	5	3	1	7.425	3.366	14.24
20	4	5	3	1	4	2	7.316	3.862	14.85
21	5	1	5	4	3	2	7.772	2.598	13.56
22	5	2	1	5	4	3	7.543	3.079	14.10
23	5	3	2	1	5	4	7.481	3.480	14.64
24	5	4	3	2	1	5	7.381	3.689	14.79
25	5	5	4	3	2	1	7.317	3.703	14.79

序号	灰色关联贴近度	序号	灰色关联贴近度
1	0.596 0	14	0.463 4
2	0.530 7	15	0.463 6
3	0.524 5	16	0.545 3
4	0.515 0	17	0.513 6
5	0.506 6	18	0.494 6
6	0.570 9	19	0.475 5
7	0.569 2	20	0.404 0
8	0.520 8	21	0.546 2
9	0.487 5	22	0.496 1
10	0.452 4	23	0.441 5
11	0.586 8	24	0.421 9
12	0.527 7	25	0.425 2
13	0.520 8

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Multi⁃objective optimization of injection molding quality based on TOPSIS⁃grey relational analysis

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水平	模具温度（A）/℃	熔体温度（B）/℃	注射时间（C）/s	保压压力（D）/MPa	保压时间（E）/s
1	30	220	0.8	45	46
2	40	230	1.0	50	47
3	50	240	1.2	55	48
4	60	250	1.4	60	49
5	70	260	1.6	65	50

水平	模具温度（A）/℃	熔体温度（B）/℃	注射时间（C）/s	保压压力（D）/MPa	保压时间（E）/s
1	30	220	0.8	45	46
2	40	230	1.0	50	47
3	50	240	1.2	55	48
4	60	250	1.4	60	49
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水平	A	B	C	D	E
极差	0.068 4	0.118 6	0.018 5	0.026 4	0.003 9
1	0.534 6	0.569 0	0.500 5	0.491 3	0.503 2
2	0.520 2	0.527 5	0.496 5	0.494 2	0.505 0
3	0.512 4	0.500 4	0.501 3	0.499 5	0.505 2
4	0.486 6	0.472 7	0.506 8	0.517 7	0.501 4
5	0.466 2	0.450 4	0.514 9	0.517 2	0.505 2

来源	自由度	总偏差平方和	平均偏差平方和	F值	P值	显著性
合计	24	0.064 013	—	—	—	—
A	4	0.014 992	0.003 748	9.86	0.024	显著
B	4	0.043 236	0.010 809	28.43	0.003	显著
C	4	0.001 021	0.000 255	0.67	0.645	—
D	4	0.003 186	0.000 796	2.09	0.246	—
E	4	0.000 057	0.000 014	0.04	0.996	—
误差	4	0.001 521	0.000 380	—	—	—

[1]	王晓东, 王权, 陈拓, 郑悦. 基于灰色关联分析和熵权法的双色注塑多目标参数优化[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 115-120.
[2]	刘政, 刘振峰, 周国发. 双螺杆湿法制粒关键质量属性调控机理模拟研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 100-107.
[3]	邓世欣, 王建, 杨卫民. 增强反应注射成型机混合头内流体高压高速对撞过程模拟与分析[J]. 中国塑料, 2022, 36(6): 130-136.
[4]	王阳, 程礼盛, 谭晶, 杨卫民, 王瑞雪, 张政和. 填料对聚醚醚酮注射成型影响模流分析[J]. 中国塑料, 2022, 36(5): 68-74.
[5]	刘赣华, 唐乃夫, 马瑞伍. 等距螺旋锥齿轮MIM工艺参数多目标优化[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 96-103.
[6]	黄微, 柳和生, 黄兴元, 张伟, 匡唐清, 陈忠仕. 方管短玻璃纤维增强聚丙烯高压水穿透行为研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 82-88.
[7]	李响, 王东阳, 朱向哲. 同向旋转三螺杆挤出机固体输送段输送特性研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 160-165.
[8]	郑方莉, 傅南红, 焦晓龙, 杨卫民, 谢鹏程. 人工智能在注射成型参数设置及优化中的研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(1): 84-91.
[9]	查燕, 郑方莉, 肖剑, 杨卫民, 谢鹏程. 多尺度联合仿真在汽车注塑零件减量化设计中的应用研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(8): 112-116.
[10]	王彦卿, 匡唐清, 赖家美, 柳和生, 刘天. 气体⁃水辅助注塑技术的初步研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(7): 69-73.
[11]	黄飞, 伍先安, 王建, 杨卫民, 谢鹏程. 聚合物PVT特性测试技术及状态方程进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(6): 125-129.
[12]	庄玮. 车用聚酰胺波纹管挤出成型工艺[J]. 中国塑料, 2021, 35(5): 92-96.
[13]	马秀清, 孙凯欣, 李瑞, 张亚军, 范一强. PMMA微流控芯片最佳注射成型工艺的实验研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(4): 47-52.
[14]	于盛睿, 邹佳勇, 骆杰, 曾义和, 刘广, 凌妍, 王云明, 韩文, 周华民. 非对称温度场下微孔发泡模内表面装饰复合成型工艺的翘曲变形[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 63-69.
[15]	王惠添, 殷莎, 陈正伟, 赵海斌, LOH Chaliang. 微孔发泡注塑技术研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(10): 154-165.

水平	模具温度（A）/℃	熔体温度（B）/℃	注射时间（C）/s	保压压力（D）/MPa	保压时间（E）/s
1	30	220	0.8	45	46
2	40	230	1.0	50	47
3	50	240	1.2	55	48
4	60	250	1.4	60	49
5	70	260	1.6	65	50

水平	模具温度（A）/℃	熔体温度（B）/℃	注射时间（C）/s	保压压力（D）/MPa	保压时间（E）/s
1	30	220	0.8	45	46
2	40	230	1.0	50	47
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5	70	260	1.6	65	50

水平	模具温度（A）/℃	熔体温度（B）/℃	注射时间（C）/s	保压压力（D）/MPa	保压时间（E）/s
1	30	220	0.8	45	46
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4	60	250	1.4	60	49
5	70	260	1.6	65	50

水平	模具温度（A）/℃	熔体温度（B）/℃	注射时间（C）/s	保压压力（D）/MPa	保压时间（E）/s
1	30	220	0.8	45	46
2	40	230	1.0	50	47
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5	70	260	1.6	65	50