大型注塑件的翘曲变形控制及可拓优化设计

doi:10.3785/j.issn.1006-754X.2026.05.179

工程设计学报

2026, Vol. 33

Issue (2): 234-241 DOI: 10.3785/j.issn.1006-754X.2026.05.179

优化设计

大型注塑件的翘曲变形控制及可拓优化设计

张占辉^1,²(

),王伟³,李兴森²,赵金军³(

)

^1.广东工业大学机电工程学院，广东广州 510006
^2.广东工业大学可拓学与创新方法研究所，广东广州 510006
^3.广州市香港科技大学霍英东研究院，广东广州 511458

Warpage deformation control and extension-based optimization design for large injection-molded parts

Zhanhui ZHANG^1,²(

),Wei WANG³,Xingsen LI²,Jinjun ZHAO³(

)

^1.School of Electromechanical Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China
^2.Institute of Extension and Innovation Methods, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China
^3.Guangzhou HKUST Fok Ying Tung Research Institute, Guangzhou 511458, China

全文: PDF(4331 KB) HTML

摘要：

大型注塑件因尺寸大、加强筋结构复杂，在注塑成型过程中易产生显著的翘曲变形，传统的工艺参数优化和经验性结构设计方法难以满足其低变形要求。为有效降低此类翘曲变形，提出了一种基于可拓创新的结构优化设计方法。该方法先建立注塑件的可拓模型，通过拓展分析和可拓变换生成多个候选优化方案，再结合注塑成型仿真分析确定最佳结构方案。仿真结果显示：初始注塑建筑模板底面的翘曲变形量为3.49 mm；应用可拓创新方法优化后，翘曲变形量降至2.82 mm。最终的试模验证结果表明，优化后注塑建筑模板的翘曲变形量仿真值与实测平均值之间的最大相对误差仅为5.6%。基于可拓创新的结构优化设计方法能够有效且快速地定位结构缺陷并生成优化方案，为大型注塑件的低翘曲变形设计与制造提供了新的优化思路和实践参考。

关键词： 可拓创新方法; 大型注塑件; 翘曲变形; 结构优化

Abstract:

Large injection-molded parts are prone to significant warpage deformation during the injection molding process due to their large size and complex rib structures. Traditional methods based on process parameter optimization and empirical structural design are often insufficient to meet the low deformation requirements of these parts. To effectively reduce such warpage deformation, a structural optimization design approach based on the extension innovation is proposed. This approach began by constructing an extension model of the injection-molded part, followed by extension analysis and extension transformation to generate multiple candidate optimization schemes. Then, injection molding simulations were employed to identify the optimal structural scheme. Simulation results showed that the warpage deformation on the bottom surface of the initial injection-molded building formwork was 3.49 mm, which was reduced to 2.82 mm after optimization using the extension innovation method. Final trial mold validation results demonstrated that the maximum relative error between the simulated value and measured average value of warpage deformation for the optimized injection-molded building formwork was only 5.6%. The extension innovation-based structural optimization design approach enables efficient identification of structural defects and rapid generation of optimized solutions, providing novel optimization insights and practical references for the low warpage design and manufacturing of large injection-molded parts.

Key words: extension innovation method large injection-molded part warpage deformation structural optimization

收稿日期: 2025-08-28 出版日期: 2026-04-28

CLC:

TQ 320.66

基金资助: 国家自然科学基金资助项目(72071049);广东省自然科学基金资助项目(2024A1515011324)

通讯作者: 赵金军 E-mail: 2112301019@mail2.gdut.edu.cn;jinjunzhao@ust.hk

作者简介: 张占辉（2002—），男，硕士生，从事可拓学与智能创新设计研究，E-mail: 2112301019@mail2.gdut.edu.cn

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张占辉,王伟,李兴森,赵金军. 大型注塑件的翘曲变形控制及可拓优化设计[J]. 工程设计学报, 2026, 33(2): 234-241.

Zhanhui ZHANG,Wei WANG,Xingsen LI,Jinjun ZHAO. Warpage deformation control and extension-based optimization design for large injection-molded parts[J]. Chinese Journal of Engineering Design, 2026, 33(2): 234-241.

链接本文:

https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/10.3785/j.issn.1006-754X.2026.05.179 或 https://www.zjujournals.com/gcsjxb/CN/Y2026/V33/I2/234

图1 大型注塑建筑模板三维模型

表1 注塑材料性能参数

表2 模压嵌件线弹性材料参数

图2 注塑材料的PVT曲线

图3 注塑材料的黏度曲线

图4 注塑建筑模板有限元模型

图5 浇注系统有限元模型

图6 冷却系统有限元模型

图7 初始注塑建筑模板底面翘曲变形云图

图8 工艺参数优化后注塑建筑模板底面翘曲变形云图

图9 注塑建筑模板结构优化可拓策略集

图10 方案6对应的注塑建筑模板结构

图11 结构优化后注塑建筑模板底面翘曲变形云图

图12 注塑建筑模板实物图

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