基于Moldflow與均勻試驗設計的汽車前格柵注塑工藝參數優化

陳 旭 田夢婕 周 楊 孟丹琦 王家濤

（江蘇師范大學科文學院，徐州 221132）

目前，合成高分子材料已成為人類不可或缺的新型材料，與鋼鐵、木材和水泥成為現代社會的4大基礎材料，廣泛應用于信息、工業以及交通運輸等國民經濟領域。近年來，我國塑料制品業發展迅速，成為我國國民經濟的重要組成部分。日常生產中，人們對注塑產品的要求越來越高。隨著汽車產品的飛速發展，汽車輕量化的呼聲日益高漲。塑料材料在汽車行業中逐步被認可及運用，但要保證產品的安全性，這對塑料零配件的性能提出了更高的要求。在實際生產和使用過程中，翹曲變形量是影響注塑件質量的關鍵因素。因此，利用Moldflow、Croe和Matlab等軟件，優化注塑參數，獲得最佳注塑條件，以降低翹曲變形量，從而在生產應用中節約試模成本，減少缺陷，提高塑件質量[1]。

1 初始設計與分析

1.1 零件圖分析

利用Creo軟件繪制如圖1所示的汽車前格柵三維模型。該零件外形尺寸為1 200 mm×15 mm×130 mm。氣格柵整體壁厚較為均勻，平均壁厚為15 mm。設有槽、通孔、螺紋孔以及肋板等，總體結構細節十分復雜。氣格柵對汽車前端起一定保護作用，對發動機艙的各路管道起一定保護作用，在功能上還具有散熱進氣的作用。該零件材料為PC與ABS混合并添入無機纖維形成的復合材料，整體力學性能好，有一定的加工流動性，便于加工成型，不會被銹蝕，耐沖擊，具有較好的耐磨耗性，絕緣性好，導熱性低。

圖1 汽車前格柵三維模型

1.2 模型優化

將汽車前格柵三維模型導入Moldflow。為了提高模流分析的準確性，對有缺陷的網格進行網格修復。本制品通過運用Moldflow中的網格修復工具，將模型網格最大縱橫比降到20以下，將網格的匹配百分比提升至89.9%，從而達到了分析要求[2]。

2 工藝參數優化

2.1 均勻試驗設計

均勻試驗設計是從均勻性出發的實驗設計，使實驗點在所屬范圍內充分地均勻分散。不僅可以大大減少試驗點，而且能得到反映試驗體系主要特征的實驗結果，即只需考慮試驗點在試驗范圍內平均分布的一種試驗設計方法，便可大大降低試驗次數[3]。選取翹曲變形量作為試驗指標，選取模具溫度、熔體溫度、保壓壓力、保壓時間、注射壓力、注射時間、冷卻時間、開模時間等8個試驗因素，根據基礎因素水平，設定因素變化范圍及相應水平間隔，設計如表1所示的U13（138）均勻試驗表。

表1 - 均勻試驗方案結果

2.2 影響顯著性比較

將參數輸入Moldflow，模擬生產過程，獲得13組翹曲變形量，結果見表1。通過SPSS軟件進行回歸分析，得到標準化回歸系數P、F值檢驗和復相關系數R值。標準化回歸系數P代表各因素x對實驗結果y的重要性。P值越大，對應的因素越重要[4]。通過SPSS軟件分析，可獲得8因素對翹曲變形量影響最大的是注射時間。F值服從自由度（m，n-m-1）的分布，在給定顯著水平α（0.05和0.01）下，F=1.063。查表F（F分布表α=0.05）得，F＜6.04，所以y（翹曲變形量）與x1（熔體溫度）、x2（模具溫度）、x3（保壓時間）、x4（保壓壓力）、x5（注射壓力）、x6（注射時間）、x7（冷卻時間）、x8（開模時間）無明顯線性關系。

根據顯著性檢驗要求，R＞Rmin時，說明y與x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8之間存在密切線性關系。通過SPSS軟件計算，得R=0.825。查詢復相關系數R表，得Rmin=0.684。綜上，得R＞Rmin。

所以，通過Matlab建立線性回歸方程，由：

得：

2.3 遺傳算法優化

通過Matlab軟件中遺傳算法工具箱優化模型，結果如圖2所示。可見，獲得的最優參數組合是熔體溫度180 ℃，模具溫度50 ℃，保壓時間8 s，保壓壓力54 MPa，注射壓力96 MPa，注射時間20 s，冷卻時間20.001 s，開模時間3 s，最小翹曲量是4.676 mm。

3 結語

在模具溫度、熔體溫度、保壓壓力、保壓時間、注射壓力、注射時間、冷卻時間、開模時間等8個因素的研究范圍內探討，得到F值的結果為非顯著線性相關。但是，探討P、R值時，在相應范圍內顯著。所以，模具溫度、熔體溫度、保壓壓力、保壓時間、注射壓力、注射時間、冷卻時間、開模時間等8個因素與翹曲變形量是線性關系，通過回歸分析得出了注塑成型工藝參數試驗條件下注射時間對翹曲和體積收縮的影響程度較顯著，可為實際注塑工藝參數的設置提供理論指導[5]。