注塑工藝對ABS 熱流道注塑制品翹曲變形的影響

田夢婕 夏 勛

（江蘇師范大學科文學院，徐州 221132）

ABS 塑料是一種原料易得、綜合性能良好、價格便宜、用途廣泛的“堅韌、質硬、剛性”材料，近年來被廣泛應用于熱流道注塑成型生產，甚至可以使用ABS 塑料制品替代金屬和非金屬材料。在這種條件下，制造商對制品的質量提出了更高的要求。本文研究控釋注水漏斗產品的壁很薄，壁厚為1 ～2 mm，更容易產生翹曲變形等注塑缺陷[1]。對于薄壁件產品而言，翹曲變形量是影響產品質量好壞的關鍵因素之一。與冷流道注塑模具相比，熱流道注塑模具能減少塑料原料的損耗，減少流道部分的反復加熱，可有效改善制件質量，提高自動化生產程度[2]。因此，為提高制品成型質量和生產效率，可采用熱流道澆注系統注塑模具。目前，基于試驗設計的方法對注塑工藝參數影響因素的研究受到了廣大研究人員的重視。研究者通過研究模具溫度、冷卻時間、保壓壓強、保壓時間等影響參數，了解影響塑件體積收縮和翹曲變形的因素，從而得出最佳注塑參數組合[3-4]。此外，在熱流道注塑模具基礎上，結合計算機輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）技術對ABS 塑料件制品翹曲變形的研究，更有利于提高塑件的生產精度和質量[5]。

1 3 種澆注系統方案對比

方案1 是選擇塑件左右兩側邊緣的正中間作為澆口進行注射，將數據輸入Moldflow 模擬軟件中，建立模型如圖1（a）所示。方案2 是選擇塑件左右兩側突出的圓臺正中間作為澆口進行注射，將數據輸入Moldflow 模擬軟件中，建立模型如圖1（b）所示。方案3 是選擇塑件前后兩側邊緣的正中間對稱位置作為澆口進行注射，將數據輸入Moldflow 模擬軟件中，建立模型如圖1（c）所示。

方案1 和方案3 澆口位置處的設計如圖2（a）所示，采用的是矩形斷面。方案2 澆口位置的截面形狀為圓形，如圖2（b）所示。

方案1 和方案2 的模擬結果中，漏斗全部成型，沒有廢品；以方案3 的截面形狀和澆注系統進行模擬后，廢品率高達58.7%。因此，不選用方案3。方案1 和方案2 的成型率相同，理論上均可采用，但從實際使用方面考慮，要保證平臺表面平整，故選擇方案2 進行設計。

2 工藝參數方案制定與結果分析

2.1 工藝參數方案制定

本文采用均勻試驗的方法，考慮影響塑件注塑質量的7 個因素，查詢注塑模具設計手冊，得到這些影響因素參數的選用范圍：注塑溫度分為25 個水平，冷卻時間分為25 個水平，保壓壓強分為15 個水平，模具溫度分為15 個水平，注射時間分為15 個水平，注射壓強分為5 個水平，保壓時間分為5 個水平。最終，得到混合水平的均勻設計表U75（252×152×53）。安排試驗，3 個澆注系統方案的試驗表見表1。

2.2 結果分析

圖3為模擬75 組不同參數組合得到的翹曲變形量，可以得到最小變形量出現在第29組數據中為0.157 8 mm，最大變形量出現在第48 組數據中為0.428 1 mm。

從圖3 很難看出因變量和7 個自變量之間是否存在某種線性關系，或者某一影響因素影響翹曲變形量的程度。為進一步獲得影響翹曲變形量的直接因素，需要針對這些數據進行數學分析。經計算，翹曲變形的回歸方程為：

由F統計量進行F檢驗，即可推斷多元線性回歸關系的顯著性。方差分析表如表2 所示。

表1 U75（252×152×53）

表2 七元線性回歸關系方差分析表

由于df1=7、df2=67，查表得F0.01(7,67)=2.93。因為F＞F0.01(7,67)，所以塑件的翹曲變形量與注塑溫度、冷卻時間、保壓壓強、模具溫度、注射壓強、注射時間和保壓時間之間存在極顯著線性關系。

重復前面計算，得到回歸方程為：

可見，偏回歸系數b1、b2、b3、b4、b6影響極顯著，即影響翹曲變形量的大小程度由大到小排序為注射時間、冷卻時間、注射溫度、保壓時間、保壓壓強。其中，注射時間影響翹曲變形量程度最大，保壓壓強影響翹曲變形量程度最小。

利用MATLAB 軟件中的遺傳算法工具箱分析方程，獲得在注塑溫度190 ℃、冷卻時間68 s、保壓壓強57 MPa、注射時間4.9 s 和保壓時間5 s 的條件下，控釋注水漏斗塑件的翹曲變形量最小為0.118 6 mm。通過Moldflow 軟件模擬得到的數據為0.118 1 mm，相差較小，得到的回歸方程精度較好。

3 結語

（1）對比3 種澆注系統，欠注是需要重點考慮的問題。方案3 中有較多的澆不足塑件，因此方案3 不適合實際生產。本文研究制件結合實際生產，選定方案2 澆注系統進行后續的設計、試驗和分析。

（2）基于多因素試驗方法得到影響翹曲變形的回歸模型，并在此模型基礎上進行后續分析研究。

（3）在研究的注塑制件中，注塑溫度、冷卻時間、保壓壓強、注射時間、保壓時間對翹曲變形量具有顯著作用，而模具溫度和注射壓強對翹曲變形的影響不顯著。其中，注射時間影響翹曲變形量程度最大，保壓壓強影響翹曲變形量程度最小。

（4）運用遺傳算法方程進行分析，獲得較優的工藝參數是注塑溫度190 ℃、冷卻時間20 s、保壓壓強39 MPa、注射時間2.1 s 和保壓時間2 s。