塑料模具材料选择的模糊综合评判
第16卷第1期
2 0 0 6 年 6 月
陕西国防工业职业技术学院学报
Shaanxi Institute of Technology
Vol 11 6 No 11
Jun . 2 0 0 6
收稿日期 :2006 - 05 - 16
作者简介 :王晓梅(1968 - ) ,女 ,西安人 ,硕士、讲师 ;
程晓宇(1968 - ) ,男 ,硕士、副教授 ,主要从事机械工程方面的教学和研究。
塑料模具材料选择的模糊综合评判
王晓梅 ,程晓宇
(陕西国防工业职业技术学院 陕西 西安 710302)
摘 要 :基于模糊理论 ,建立了塑料零件材料选择的模糊综合评判数学模型 ,主要讨论在塑料模具零件设计时 ,如何
在几种可用材料中合理地选出最佳的一种。并以塑料模具型芯材料选择为例 ,进行计算说明。
关键词 :材料选择 ;数学模型 ;模糊综合评判
中图分类号 : TH - 145. 4 + 2 文献标识码 :A 文章编号 :9490 - (2006) 01 - 0011 - 03
塑料模具零件型芯设计时 ,要根据设计与使用
的要求确定材料。但有时会同时有几种材料满足要
求 ,如何在这几种可用材料中合理地选出最佳的一
种 ,这就涉及到如何将这几种材料排出优先次序来 ,
但材料之间的比较通常是很难明确进行的 ,因为材
料之间的差异涉及到很多模糊因素。
如果应用模糊综合评判将零件材料选择中遇到
的模糊因素精确化 ,从而将符合要求的材料排出优
先次序 ,选出评判指标值最大的一种作为选用材料。
本文以塑料模具型芯材料选择为例建立数学模
型 ,叙述运用模糊综合评判法选择零件材料的步骤
与实际应用。
一、建立模糊评判数学模型
1. 建立因素集
塑料模具型芯材料用材品种繁多 ,选择时应主
要考虑以下五项原则 :
1) 合适的强度与韧性 ,使模具能承受开模力、熔
体压力、锁模力的作用而不发生变形和开裂。
2) 足够的硬度与耐磨性 使模具型腔表面有足
够的耐 磨 损 能 力。良 好 的 耐 腐 蚀 能 力 , 以 抵 御
HCL 、SO2、HF 的气体侵蚀。
3) 良好的耐热性和尺寸稳定性 ,模具材料应有
稳定的组织与低的热膨胀系数。
4) 良好的机械加工性能。塑料模具型腔表面质
量要求高 ,因此模具材料应具有优良的切削加工性
和镜面抛光性能及花纹图案蚀刻性能。
5) 应具有良好的热加工性能 ,淬透性高 ,热处理
变形小 ,尺寸稳定性好。
在材料选用中必须考虑的因素也就是材料选用
的五个原则 ,由此取因素集为 :
U = {u1 ,u2 ,u3 ,u4 ,u5}
式中 u1 ———承载能力
u2 ———耐腐蚀性
u3 ———稳定性
u4 ———机械加工性
u5 ———热处理变形
2. 建立评判集
常用的塑料模具型芯材料及其适用范围见表
1。
11
塑料型芯模具材料 热处理性能 应用范围
耐磨钢 Crl2MolV1 耐磨性及热硬性好 要求耐磨性好的场合
低碳钢 20 渗碳淬火 HRC40～50
批量小 ,精度无特殊要求。模具横
截面不大
中碳钢 45 渗碳淬火 HRC50～60 综合机械性能好
工具钢 T10 渗碳淬火 HRC55～60 硬度高 ,模具横截面不大
低碳合金钢 20CrMnMo
调质 HRS220～255 局部高频粹火
HRC40～50
批量大 ,模具尺寸大 ,型腔形状较
复杂
中碳合金钢 渗碳淬火 HRC50～60 重要的及高强度部位
高碳合金钢 40Cr35SiMn 渗碳淬火 HRC55～60 精度和表面粗糙度要求高
铸钢 ZG35
调质 HBS200～250
局部淬火 HRC42～48
承受较大载荷
耐蚀性钢 Cr18MoV 耐蚀性好
根据上表可知 ,常用塑料模具型芯材料有九种。
塑料模具型芯材料选用的任务 ,就是根据使用要求
在这些材料中选出符合要求的一种。因此取评判集
为 :
V = {v1 ,v2 ,v3 ,v4 ,v5 ,v6 ,v7 ,v8 ,v9}
式中 v1 、v2 、v3 、v4 、v5 、v6 、v7 、v8 、v9 分别代表耐磨
钢、低碳钢、中碳钢、工具钢、低碳合金钢、中碳合金
钢、高碳合金钢、铸钢、耐蚀性钢、。
3. 确定权重集
对于不同场合的设计 ,要求和使用条件不同 ,使
以上各因素的重要性也各不相同 ,因此必须对以上
各因素分别根据其重要性程度给以不同的权重 ,得
到一个权重集 :
A
w
= {a1 ,a2 ,a3 ,a4 ,a5}
4. 建立单因素评判矩阵
单独从一个因素出发进行评判 ,以确定评判集
元素对因素集元素的隶属度。设评判对象按因素集
中第 i 个因素 ui 进行评判 ,评判集中的第 j 个元素 vj
对因素 ui 的隶属度为 rij (0 ≤rij ≤1) ,则按第 i 个因
素 ui 评判的结果 ,可用单因素评判集 Ri 表示 :
Ri = (ri1 ,ri2 ,ri3 ,ri4 ,ri5 ,ri6 ,ri7 ,ri8 ,ri9)
则单因素评判矩阵为 :
R
w
=
r11 r12 r13 r14 r15 r16 r17 r18 r19
r21 r22 r23 r24 r25 r26 r27 r28 r29
r31 r32 r33 r34 r35 r36 r37 r38 r39
r41 r42 r43 r44 r45 r46 r47 r48 r49
r51 r52 r53 r54 r55 r56 r57 r58 r59
0 ≤ rij
≤1
它表示评判集中各元素 vj 对因素集中因素 ui
的隶属度。
5. 模糊评判
单因素模糊评判 ,仅反映了一个因素对评判对
象的影响 ,但评判目的是要综合考虑所有因素的影
响 ,得出科学的评判结果。因此 ,模糊综合评判可表
示为 :
B
w
= A
w
oR
w
= (a1 ,a2 ,a3 ,a4 ,a5) o
r11 r12 ? r19
r21 r22 ? r29
r31 r32 ? r39
r41 r42 ? r49
r51 r52 ? r59
最后按最大隶属度法采用 M (. , + ) 模型进行
模糊综合评判。
则 :bj = ∑
n
i = 1
airij (i = 1 ,2 , ?,n j = 1 ,2 , ?,m)
maxbj 所对应的 vj 即为最佳的选择。
二、应用实例
塑料模具型芯使用要求 :批量大 ,耐磨损、易加
21
陕西国防工业职业技术学院学报
工。根据以上的使用要求可知 ,由于是高热高压工
作条件 ,对强度、韧性、耐磨性有较高的要求 ;由于工
作条件恶劣 ,因此要求耐腐蚀性能好 ;又因为是大批
量 ,所以对热处理变形和价格也有一定的要求。对
切削加工性能相应要求较低 ,因此可取权重集为 :
A
w
= (0. 4 ,1 ,1 ,0. 8 ,0. 8)
归一化为 :
A
w
= (0. 1 ,0. 25 ,0. 25 ,0. 2 ,0. 2)
由于考虑可加工性 ,故工具钢不予考虑 ,只需根
据材料的特性确定 8 种材料对五项原则的隶属度 ,
其数据组成隶属度评判矩阵 R
w
如下 :
R
w
=
0.55 0.60 0.80 0.60 0.80 0.60 0.90 0.90
0.90 0.50 0.60 0.40 0.70 0.50 0 0
0.60 0.80 0.80 0.90 0.50 0.70 0.40 0.40
0.50 0.50 0.50 0.60 0.70 0.80 0.20 0.50
0.60 0.50 0.40 0.30 0.70 0.50 0.90 0.80
归一化后得 :
R
w
=
0.10 0.10 0.14 0.10 0.14 0.10 0.16 0.16
0.25 0.14 0.17 0.11 0.19 0.14 0 0
0.12 0.15 0.15 0.18 0.10 0.14 0.08 0.08
0.12 0.12 0.12 0.14 0.15 0.18 0.05 0.12
0.13 0.11 0.09 0.06 0.15 0.11 0.18 0.17
因此 B
w
= A
w
oR
w
(0. 153 ,0. 129 ,0. 136 ,0. 123 ,0.
147 ,0. 138 ,0. 082 ,0. 094)
maxbj = b1 = 0. 153
根据评判结果在这里应选耐磨钢作为模具型芯
材料。
三、结论
1. 模糊综合评判法综合地考虑了各主要因素对
材料选择的影响 ,合理地评判了每一个可行的选择
方案 ,减少了人为挑选最佳方案的主观性。
2. 评判模型中 ,权重数的分配具有一定的主观
性。可以请有实践经验的专家和工程技术人员共同
打分 ,以减少人为因素影响。
3. 模糊评判不仅计算得到了最佳方案 ,还可对
每种可行方案进行了评定、排序 ,供方案决策时参
考。
参 考 文 献
[1 ] 王莲芬 ,层次分析法引论[ M ]. 北京 :中国人民大学出
版社 ,1990.
[2 ] 郑燕 ,王敬敏 ,郑绍欣. 在项目后评价中运用层次分析
确定指标的权值[J ]. 华北电力大学学报 ,2004 ,3 1(2) :
60. 6
[3 ] 许德珠. 机械工程材料 [ M ]. 北京 :高等教育出版社 ,
2001
The Comprehensive Fuzzy Judgment on the Choice
of the Plastic Modeling Machines
W ang Xiaomen & Cheng Xiaoyu
(Shaanxi Institute of Technology Xi’an Shaanxi 710302)
Abstract :Based on the Fuzzy theory , the mathematical model on the comprehensive fuzzy choice on the material
of the plastic parts has been set up , and the way how to choose the model best one from the usable materials rea2
sonably is discussed together with the choice of the plastic model chips and calculation as examples.
Key Words :choice of materials mathematical models fuzzy comprehensive judgment
31
王晓梅 ,等 :塑料模具材料选择的模糊综合评判
塑料模具材料选择的模糊综合评判.pdf
