基于正交試驗汽車燈罩縮痕深度工藝參數優化

龐龍鳳

(杭州科技職業技術學院，杭州311402)

1 引言

傳統的模具設計和工藝參數設置主要通過實物試模來反復調整工藝參數，缺乏科學依據，生產周期長，成本高[1]。因此，針對如何快速有效的尋求合適的工藝參數組合，得到高質量塑料制品的研究具有重要意義。

2 注塑系統的建立

2.1 汽車前燈的有限元仿真

首先運用UG軟件對汽車前燈進行三維造型，如圖1為汽車前燈的結構模型，該產品的長寬高分別為320*185*445 mm。

圖1 汽車前燈的結構模型

2.2 澆注系統的設計

本文的澆注系統結合客戶的要求，澆口選用側澆口，痕跡小，加工方便，特別適用多型腔的兩板式模具[2]，澆口及流道位置設置如圖2所示。

圖2 澆口及流道位置

2.3 冷卻系統的設計

根據汽車前燈的結構特點，將大量的水井設置在模具型芯和型腔位置處，用以加強冷卻，如圖3,圖4所示。

3 成型方案的初步模擬及結果分析

前燈的材料選用SABIC Innovative Plastics B.V.制造的Lexan LS2:PC。結合Moldflow軟件中對該種材料推薦的工藝參數范圍以及成型窗口分析確定初步成型工藝參數如表1所示。

圖3 型芯側水路分布圖

圖4 型腔側水路分布圖

表1 初步成型工藝參數

對此工藝設置進行冷卻、填充、保壓和翹曲分析得到主要缺陷是縮痕深度,從圖5所示,可以得出制品的最大縮痕變形量為0.0660mm。根據企業要求，縮痕深度控制在0.02—0.05mm。

4 正交試驗方案

利用規格化的正交試驗表,既能減少盲目試模的次數,又能在較少的試驗次數內使各因素得到較為全面的檢驗,通過數據處理還可以找出各試驗因素對試驗指標的影響程度[3]。

4.1 正交試驗因素及水平

圖5 縮痕估算

根據前面的分析，本文以縮痕深度為優化目標，以保壓壓力、保壓時間、注射時間、V/P(速度/壓力)轉換四個變量為實驗因素，根據實驗因子和水平數量，采用四因子五水平的L25（54）正交表，假設各因素間無交互效應。根據材料工藝性分析，在工藝參數取值范圍內，模具溫度統一取80℃，熔體溫度統一取280℃，建立因素水平表2并利用Moldflow軟件對25個實驗進行模擬，結果如表3。

4.2 正交試驗結果極差分析

為得到指標與各因素的關系，尋找最佳成型工藝參數組合，極差分析可以求得不同因素在不同水平上的極差和平均值[4]。表4是當以縮痕深度為實驗指標時，均值極差法對實驗結果的分析，實驗因子的顯著性順序與信噪比分析所得結果一致,即各因素對縮痕深度影響程度大小依次為：保壓壓力A>V/P轉換D>注射時間C>保壓時間B。

為了便于直觀的觀察因素的變化對指標的影響效果，做出各因素對各指標均值影響的趨勢圖[5]。

表2 因素水平表

從圖6，可以看出，在本實驗條件范圍內，結合極差分析,當以縮痕深度為實驗指標時，在實驗因子保壓壓力A取水平5（105MPa）、實驗因子保壓時間 B 取水平 4（6.5s）、實驗因子注射時間C取水平5（5s）、實驗因子V/P轉換D取水平1（100%）時，縮痕深度均值最小。

表3 正交試驗表及試驗結果

表4 縮痕深度均值極差分析

4.3 最佳工藝參數組合的驗證

利用Moldflow軟件，對優化后的工藝參數進行分析驗證。模擬結果如圖7所示,在最優方案A5B4C5D1下進行模擬分析得到的縮痕估算為0.0412mm，遠小于原來工藝參數條件下的縮痕深度0.066mm。說明對改善翹曲變形起到明顯作用。

圖6 各因素對縮痕深度均值影響趨勢圖

圖7 優化后的縮痕深度

5 結論

①以某工廠汽車前燈為研究對象,用正交試驗法對Moldflow的結果進行多因子水平分析,得出了注塑成型工藝參數的優化配置以及試驗條件下各因子對評價指標縮痕深度影響程度大小依次為：保壓壓力A>V/P轉換D>注射時間C>保壓時間B。

②對優化配置的工藝參數組合A5B4C5D1進行分析驗證,優化后的縮痕深度為0.0412mm，遠小于原來工藝參數條件下的縮痕深度0.066mm,達到優化目標的要求。