羅龔，李書弘，袁原,2，方贊言，陳茂琳，林依璇

(1.廣東石油化工學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 茂名 525000；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 化工與化學(xué)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001)

合適的注塑成型工藝參數(shù)，能有效地提高注塑件質(zhì)量。國(guó)內(nèi)外有許多學(xué)者在注塑成型工藝參數(shù)優(yōu)化[4]、注塑成型產(chǎn)品體積收縮率、縮痕指數(shù)、翹曲變形分析[5,6]等方面開展了大量研究。Moldflow模流分析法是注塑成型過程模擬分析最常見的研究方法，能夠?qū)ψ⑺艹尚瓦^程進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，預(yù)測(cè)制品體積收縮、縮痕、翹曲變形的情況，具有重要的輔助意義[7,8]。

本文利用Moldflow模流分析法，設(shè)計(jì)了正交實(shí)驗(yàn)，采用新型計(jì)算方法研究熔體溫度(因素A)、注射壓力(因素B)、冷卻時(shí)間(因素C)、保壓時(shí)間(因素D)、保壓壓力(因素E)5個(gè)工藝因素對(duì)體積收縮率(指標(biāo)Ⅰ)、縮痕指數(shù)(指標(biāo)Ⅱ)、翹曲變形量(指標(biāo)Ⅲ)3個(gè)指標(biāo)的影響規(guī)律。

1 正交實(shí)驗(yàn)過程

塑料薄壁護(hù)角是注塑成型的薄壁件，在注塑成型過程中容易產(chǎn)生體積收縮、縮痕、翹曲變形等缺陷。本文以塑料薄壁護(hù)角為研究對(duì)象，注塑原料為聚丙烯(PP)，其三維模型與詳細(xì)尺寸見圖1。

圖1 塑料薄膜護(hù)角三維模型

考慮塑料薄壁護(hù)角內(nèi)應(yīng)力過大時(shí)對(duì)后續(xù)塑料電鍍工藝產(chǎn)生的影響，選取了指標(biāo)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ進(jìn)行研究。根據(jù)護(hù)角實(shí)際注塑過程和注塑成型理論，本文選取了因

素A、B、C、D、E作為對(duì)考察指標(biāo)的主要因素。并設(shè)計(jì)了五因素四水平(L16(45))的正交實(shí)驗(yàn)[9]，具體的因素水平數(shù)據(jù)見表1。

表1 L16(45)正交實(shí)驗(yàn)因素水平數(shù)據(jù)因素A/℃因素B/MPa因素C/s因素D/s因素E/MPa水平12007020570水平22278040780水平32549060990水平42801008011100

護(hù)角塑件依據(jù)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)制造中能夠?qū)崿F(xiàn)的工藝設(shè)計(jì)，注塑過程采用1模8腔(4套)的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)，其冷卻系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 護(hù)角注塑過程的冷卻系統(tǒng)與澆注系統(tǒng)2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

根據(jù)表1中的正交實(shí)驗(yàn)方案，運(yùn)用Moldflow對(duì)16組方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，分別對(duì)指標(biāo)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ進(jìn)行分析研究。

奮力譜寫民營(yíng)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展新篇章，要加強(qiáng)黨的領(lǐng)導(dǎo)，為民營(yíng)企業(yè)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)保障。民營(yíng)經(jīng)濟(jì)能不能進(jìn)一步發(fā)展壯大，關(guān)系到全省改革發(fā)展大局。各級(jí)黨委和政府要把推動(dòng)民營(yíng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展擺到突出位置，細(xì)化工作方案，明確責(zé)任分工，加強(qiáng)考核，強(qiáng)化問責(zé)，抓好工作落實(shí)。強(qiáng)化民營(yíng)企業(yè)黨建工作，助推民營(yíng)企業(yè)發(fā)展壯大。

(1)體積收縮率模擬實(shí)驗(yàn)。列舉部分(樣品1，2，3，4)體積收縮率模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。

圖3 樣品1～4體積收縮率模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖3可知，護(hù)角塑件最大的體積收縮率常出現(xiàn)在產(chǎn)品的左右外邊緣處(圖3中虛線圓框處)，樣品1、2、3、4最大的體積收縮率數(shù)值為7.963%，對(duì)16組模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的系統(tǒng)討論將在后文給出。

(2)縮痕指數(shù)模擬實(shí)驗(yàn)。列舉部分(樣品1，2，3，4)縮痕指數(shù)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖4。

圖4 樣品1～4縮痕指數(shù)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖4可知，樣品1、2、3、4的縮痕傾向較小，只有樣品1在左右外邊緣處(圖4中虛線圓框標(biāo)記處)產(chǎn)生了相對(duì)明顯的縮痕，樣品1的最大縮痕指數(shù)為0.2632%，對(duì)16組模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的系統(tǒng)討論將在后文給出。

(3)翹曲變形量模擬實(shí)驗(yàn)。列舉部分(樣品1，2，3，4)翹曲變形量模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖5。

圖5 樣品1～4翹曲變形量模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖5可知，最大的翹曲變形量常出現(xiàn)在護(hù)角塑件左右斜邊緣處(圖5中虛線圓框標(biāo)記處)，樣品1、2、3、4中最大的翹曲變形量數(shù)值為0.9722 mm。

綜合匯總16組樣品正交實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，見表2。

表2 L16(45)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 單指標(biāo)和多指標(biāo)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 單指標(biāo)分析

根據(jù)表2的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，將5個(gè)因素對(duì)體積收縮率的影響用均值法和極差法進(jìn)行分析，計(jì)算出體積收縮率單指標(biāo)各水平均值及其極差，詳見表3。 由表3可知，隨著熔體溫度的升高，產(chǎn)品的體積收縮率增大；隨著注射壓力的增大，體積收縮率先減小后增大又減?。浑S著冷卻時(shí)間的增加，體積收縮率先減小后增大；隨著保壓時(shí)間的增加，體積收縮率先減小后趨于平穩(wěn)；隨著保壓壓力的增大，體積收縮率先減小后增大。由極差分析可知，各因素對(duì)體積收縮率影響程度大小為A>E>C>B>D，最佳工藝參數(shù)為A1B4C3D3E3。

表3 體積收縮率各因素水平計(jì)算均值%因素A因素B因素C因素D因素E水平1均值7.1738.1308.1988.1238.225 水平2均值7.6627.8817.9777.9347.991 水平3均值8.2728.0127.8217.9127.845 水平4均值8.7797.8627.8897.9167.882 極差1.6060.2680.3770.2110.380

同上研究方法，縮痕指數(shù)單指標(biāo)各水平均值及其極差，詳見表4。

表4 縮痕指數(shù)各水平均值%因素A因素B因素C因素D因素E水平1均值0.1110.3060.4040.3580.372 水平2均值0.1160.2850.3580.3390.279 水平3均值0.3790.3990.2380.3000.291 水平4均值0.6820.2980.2870.2900.345 極差0.5710.1140.1660.0680.093

由表4可知，隨著熔體溫度的升高，產(chǎn)品的縮痕指數(shù)增大；隨著注射壓力的增大，縮痕指數(shù)先減小后增大又減??；隨著冷卻時(shí)間的增加，縮痕指數(shù)先減小后增大；隨著保壓時(shí)間的增加，縮痕指數(shù)減小；隨著保壓壓力的增大，縮痕指數(shù)先減小后增大。由極差分析可知，各因素對(duì)縮痕指數(shù)影響程度大小為A>C>B>E>D，最佳工藝參數(shù)為A1B2C3D4E3。

同上研究方法，翹曲變形量單指標(biāo)各水平均值及其極差，詳見表5。

表5 翹曲變形量各水平均值mm因素A因素B因素C因素D因素E水平1均值0.7670.9721.0120.9191.019水平2均值0.8600.9110.9250.9170.954水平3均值1.0180.9190.8840.9320.882水平4均值1.0670.9090.8910.9430.856極差0.3000.0620.1280.0250.163

由表5可知，隨著熔體溫度的升高，產(chǎn)品的翹曲變形量增大；隨著注射壓力的增大，翹曲型變量先減小后增大又減??；隨著冷卻時(shí)間的增加，翹曲變形量先減小后增大；隨著保壓時(shí)間的增加，翹曲變形量先減小后增大；隨著保壓時(shí)間的增大，翹曲變形量減小。由極差分析可知，各因素對(duì)翹曲變形量影響程度大小為A>E>C>B>D，最佳工藝參數(shù)為A1B4C3D2E4。 通過以上分析，明確了5個(gè)因素分別對(duì)3個(gè)指標(biāo)的影響規(guī)律，但3個(gè)指標(biāo)單獨(dú)分析所得影響規(guī)律及最佳工藝參數(shù)不統(tǒng)一，無法直接獲得綜合全面的影響規(guī)律及最佳工藝參數(shù)。本研究將進(jìn)行多指標(biāo)綜合分析，以獲得更綜合全面的分析結(jié)果。

3.2 多指標(biāo)加權(quán)分析

為了分析出5個(gè)因素對(duì)3個(gè)指標(biāo)的綜合影響，本研究采用指標(biāo)隸屬度計(jì)算法和多指標(biāo)綜合加權(quán)評(píng)分法進(jìn)行計(jì)算分析[10]。根據(jù)該方法可得到各個(gè)指標(biāo)的綜合評(píng)分值，綜合評(píng)分值越高則實(shí)驗(yàn)效果越差，綜合評(píng)分值越低則實(shí)驗(yàn)的效果越好[10]。

每組實(shí)驗(yàn)各指標(biāo)的指標(biāo)隸屬度計(jì)算如下：

Yji=(zj-zmin)/(zmax-zmin)

(1)

式中：Yji為j號(hào)樣品的第i項(xiàng)指標(biāo)的隸屬度值；zj為j號(hào)樣品指標(biāo)值；zmax為指標(biāo)的最大值；zmin為指標(biāo)的最小值。

根據(jù)3個(gè)指標(biāo)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響程度，對(duì)每組實(shí)驗(yàn)用多指標(biāo)綜合加權(quán)評(píng)分法，得到每組實(shí)驗(yàn)的多指標(biāo)綜合加權(quán)隸屬度評(píng)分值，其式為

Yj=∑aiYji

(2)

式中：Yj為j號(hào)樣品的多指標(biāo)綜合評(píng)分；j為樣品序號(hào)；i為指標(biāo)序號(hào)；ai為指標(biāo)權(quán)值，根據(jù)影響的程度，體積收縮率的權(quán)值a1為0.60，縮痕指數(shù)的權(quán)值a2為0.15，翹曲變形量的權(quán)值a3為0.25。

此時(shí)，表2中16組樣品的多指標(biāo)綜合加權(quán)隸屬度評(píng)分情況詳見表6。

表6 多指標(biāo)綜合加權(quán)隸屬度評(píng)分情況

為了獲得最佳的工藝參數(shù)和綜合評(píng)分影響因素，對(duì)表6的數(shù)據(jù)進(jìn)行均值分析和極差分析，結(jié)果詳見表7。

表7 多指標(biāo)綜合加權(quán)隸屬度評(píng)分均值和極差因素A因素B因素C因素D因素E水平1均值0.1700.5761.2870.5600.639水平2均值0.3541.1260.5210.5020.507水平3均值1.3060.5360.4341.1480.451水平4均值0.8790.4690.4660.4991.112極差1.1360.6570.8530.6490.662

由表7可知，隨著熔體溫度的升高，產(chǎn)品綜合評(píng)分先增大后減??；隨著注射壓力的增大，綜合評(píng)分先增大后減小；隨著冷卻時(shí)間的增加，綜合評(píng)分先減小后趨于平緩；隨著保壓時(shí)間的增加，綜合評(píng)分先減小后增大又減??；隨著保壓壓力的增大，綜合評(píng)分先減小后增大。由極差分析可知，各因素對(duì)產(chǎn)品影響程度由大到小為熔體溫度>冷卻時(shí)間>保壓壓力>注射壓力>保壓時(shí)間(即A>C>E>B>D)。此時(shí)，綜合最佳工藝組合為A1B4C3D4E3，即熔體溫度為200 ℃、注射壓力為100 MPa、冷卻時(shí)間為60 s、保壓時(shí)間為11 s、保壓壓力為90 MPa。

4 結(jié)語

本文以塑料薄壁護(hù)角為研究對(duì)象，利用 Moldflow模流分析與正交實(shí)驗(yàn)方法，研究了注塑成型工藝參數(shù)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響規(guī)律，并對(duì)注塑工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。通過多指標(biāo)綜合加權(quán)評(píng)分法得出如下結(jié)論：隨著熔體溫度的升高，產(chǎn)品質(zhì)量先變優(yōu)后變差；隨著注射壓力的增大，產(chǎn)品質(zhì)量先變好后變差；隨著冷卻時(shí)間的增加，產(chǎn)品質(zhì)量逐漸變差并趨于穩(wěn)定；隨著保壓時(shí)間的增加，產(chǎn)品質(zhì)量先變差后變好又變差；隨著保壓壓力的增大，產(chǎn)品質(zhì)量先變差后變好。5個(gè)因素綜合影響程度大小為熔體溫度>冷卻時(shí)間>保壓壓力>注射壓力>保壓時(shí)間；最佳工藝組合為熔體溫度為200 ℃、注射壓力為100 MPa、冷卻時(shí)間為60 s、保壓時(shí)間為11 s、保壓壓力為90 MPa。