汽車開關(guān)殼體翹曲變形優(yōu)化技術(shù)研究

敖德彬

[摘要]如今的汽車行業(yè)發(fā)展速度較快，而在汽車開關(guān)這個(gè)方面還存在一些缺陷，汽車開關(guān)殼體翹曲變形是許多汽車生產(chǎn)廠家及開關(guān)供方頭疼的問題。本文通過對汽車開關(guān)殼體的注塑過程、開關(guān)殼體設(shè)計(jì)優(yōu)化、模具型腔預(yù)變形設(shè)計(jì)等方式展開研究，分析出汽車開關(guān)殼體翹曲的原因，發(fā)現(xiàn)注塑時(shí)間、熔體溫度、模具溫度、保壓壓力等工藝參數(shù)是保證開關(guān)殼體翹曲的重要參數(shù)。本文通過對這幾方面的優(yōu)化進(jìn)行研究，減少汽車開關(guān)殼體翹曲變形。

[關(guān)鍵詞]汽車開關(guān) 殼體翹曲 翹曲變形 工藝優(yōu)化 型腔預(yù)變形

當(dāng)今在汽車行業(yè)注塑成型工藝已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用，伴隨它產(chǎn)生的是傳統(tǒng)產(chǎn)品的開發(fā)方式的種種弊端日益暴露。開發(fā)過程中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)、工藝參數(shù)等方面的問題都需要反復(fù)調(diào)整才能解決。近年來，注塑成型CAE技術(shù)的發(fā)展使得設(shè)計(jì)者在模具加工前，就可以用計(jì)算機(jī)對整個(gè)注塑成型過程進(jìn)行模擬分析，提早發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，及時(shí)修改制件、模具及工藝參數(shù)，來使工藝盡可能的優(yōu)化。

一、汽車開關(guān)殼體變形的原因及因素

翹曲變形是汽車開關(guān)殼體最常見的缺陷，由于汽車開關(guān)大部分為塑料產(chǎn)品，在注塑成型中最容易發(fā)生殼體變形，造成這些問題的因素有很多，比如成型材料的自身的性能、塑件的形狀、壁后、注射壓力、注射時(shí)間以及澆口形式、流動方向、模具溫度，冷卻速度等因素都會對塑件的成型產(chǎn)生一定影響。從工藝參數(shù)的角度來看，注塑時(shí)間、模具速度、熔體溫度、保壓和冷卻等參數(shù)的改變，都會對產(chǎn)品的翹曲變形產(chǎn)生或大或小的影響，現(xiàn)在對于這些因素已經(jīng)在一定程度上有所研究。

通過理論分析翹曲變形，分成收縮或翹曲變形不均勻?qū)е碌穆N曲變形和應(yīng)力或翹曲變形內(nèi)應(yīng)力分布不均勻進(jìn)而導(dǎo)致的翹曲變形，兩種情況分別從不同塑料在不同工藝條件下的收縮量和分析各種因素對殘余應(yīng)力的影響。研究殘余應(yīng)力對翹曲變形的影響兩方面進(jìn)行理論分析。從理論角度來看，如果產(chǎn)品按比例縮小，并不會使產(chǎn)品翹曲變形不均勻，不均勻的比例縮小才會導(dǎo)致產(chǎn)品翹曲變形。在塑注成形過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力主要包括在充填和保壓過程中，塑料溶體內(nèi)完全松弛而留在凝固層內(nèi)的流動殘余應(yīng)力；而另一種是在冷卻過程中，在制作的產(chǎn)品中各部分壓力和溫度歷史差異引起的熱殘余應(yīng)力。這些對產(chǎn)品的翹曲變形有很大影響。

注塑件翹曲變形原因較為復(fù)雜，但是主要三個(gè)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)對其產(chǎn)生的影響巨大，其中包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、塑注工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)。其中產(chǎn)品的設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵，如果產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理，壁厚不均勻、加強(qiáng)筋設(shè)計(jì)存在問題，產(chǎn)品剛度不夠等大量問題。模具設(shè)計(jì)是產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的中間環(huán)節(jié)，在這一環(huán)節(jié)過程中，既要考慮產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的可行性，也要考慮工藝參數(shù)的匹配，各各環(huán)節(jié)都設(shè)計(jì)好，才能減少汽車開關(guān)的翹曲變形的問題。

二、汽車開關(guān)殼體變形工藝優(yōu)化

通過對實(shí)際生產(chǎn)過程中的研究，零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)在前期以經(jīng)完成。因此，要想對殼體變形工藝進(jìn)行優(yōu)化，只能通過調(diào)整注塑成型的工藝參數(shù)來進(jìn)行優(yōu)化。注塑成型過程是產(chǎn)品的必要環(huán)節(jié)。注塑在成型過程中，影響翹曲的工藝參數(shù)可分為三類，溫度、壓力和時(shí)間。在實(shí)際操作過程中，這些具體參數(shù)包括：熔體溫度、模具溫度、塑注壓力、保壓壓力、保壓時(shí)間和冷卻時(shí)間，這些工藝參數(shù)是影響汽車開關(guān)殼體變形工藝的重要因素。所以，這些因素是注塑成型優(yōu)化的關(guān)鍵。

（一）對塑膠結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

根據(jù)產(chǎn)品的使用情況及電路設(shè)計(jì)，塑件外觀設(shè)計(jì)成方形盒件是最好的選擇，目的是為了方便安裝電路板。殼體上部設(shè)計(jì)應(yīng)與按鈕的結(jié)構(gòu)匹配，為的是增加強(qiáng)度，避免在使用按鈕操作時(shí)，用力過大導(dǎo)致殼體翹曲變形。在組件上還設(shè)計(jì)了加強(qiáng)筋，與此同時(shí)在下部設(shè)計(jì)了卡扣結(jié)構(gòu)，為的是方便與底座的契合度，零件的壁厚和材料都進(jìn)行了嚴(yán)格的計(jì)算和分析，使塑件結(jié)構(gòu)盡可能地減少開關(guān)殼體變形。

（二）正交試驗(yàn)法，找到最佳工藝參數(shù)

影響開關(guān)殼體變形的因素很多，其中有五個(gè)較為重要的工藝參數(shù)，這五個(gè)參數(shù)分別是熔體溫度、模具溫度、塑注壓力、保壓壓力、保壓時(shí)間和冷卻時(shí)間。我們可以利用正交試驗(yàn)分別對模具溫度、熔體溫度，注塑時(shí)間、保壓壓力和保壓時(shí)間進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，通過正交實(shí)驗(yàn)的方法，可以得到最佳工藝參數(shù)組合。同時(shí)通過對各參數(shù)對開關(guān)殼體翹曲的分析，最終得到塑宿時(shí)間及保壓壓力為影響零件翹曲變形的主要因素。適當(dāng)增加注塑時(shí)間及保壓壓力，有利于減小零件的翹曲變形量。通過方差分析定量法和翹曲變形量的分析，根據(jù)影響程度的大小排序?yàn)椋茏r(shí)間、保壓壓力、保壓時(shí)間、熔體溫度、模具溫度，可以看出保壓壓力和塑注時(shí)間對零件的翹曲變形影響巨大。同時(shí)，估計(jì)各個(gè)因子對整體測量響應(yīng)的影響，選出對汽車開關(guān)翹曲變形的顯著因素，進(jìn)而有效地改進(jìn)各個(gè)參數(shù)，提高產(chǎn)品工藝優(yōu)化的時(shí)間，提高產(chǎn)品的開發(fā)率。為了得到因素與實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的關(guān)系，并找出實(shí)驗(yàn)指標(biāo)隨因素變化的趨勢和規(guī)律，找到因素水平的最佳配置，采用直觀分析法計(jì)算出各種因素在各個(gè)水平上的差距，分析結(jié)果可以得到因子的優(yōu)化組合，更大程度上改進(jìn)注塑過程中生產(chǎn)的失誤率，減少開關(guān)的殼體變形。

三、通過模具型腔對汽車開關(guān)殼體進(jìn)行預(yù)變形處理

近年來汽車開關(guān)的要求越開越高，對開關(guān)殼體的設(shè)計(jì)首先考慮造型，然后再考慮零件的加工，這就對殼體在翹曲變形這一問題上提出了更高的要求。在這種情況下為解決開關(guān)殼體翹曲問題，唯有將開關(guān)殼體模具型腔進(jìn)行預(yù)抗收縮處理，即在殼體翹曲的位置提前將模具型腔在反方向翹曲處理，通過各種計(jì)算方式，可準(zhǔn)確地預(yù)測出殼體的收縮情況。這樣處理后開關(guān)殼體加工定型后即可直接滿足使用。

四、結(jié)束語

隨著中國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，越來越多的汽車進(jìn)入了千家萬戶，這就觸使汽車制造工藝進(jìn)一步地發(fā)展，但是我國汽車行業(yè)仍存在一些問題，對于汽車開關(guān)翹曲變形這一問題，在生產(chǎn)過程中仍然存在。為解決這一問題，一些專業(yè)人士從各個(gè)方面對汽車開關(guān)殼體翹曲變形進(jìn)行分析，并提出解決方案。通過對殼體加工過程中的熔體溫度、模具溫度、塑注壓力、保壓壓力、保壓時(shí)間和冷卻時(shí)間的優(yōu)化以及零件設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)等方面的革新，進(jìn)一步對汽車開關(guān)殼體變形工藝進(jìn)行優(yōu)化，努力改進(jìn)這一問題，提高產(chǎn)品質(zhì)量。本文主要是根據(jù)汽車開關(guān)殼體翹曲變形的影響因素和對模具型腔的預(yù)變形處理，提出對汽車開關(guān)殼體翹曲變形工藝優(yōu)化的改進(jìn)，盡可能的減少變形。