汽車后視鏡殼體多級注射成型技術研究

陳桂華，張群威

汽車后視鏡殼體多級注射成型技術研究

陳桂華，張群威

（河南工業大學 漯河工學院，河南 漯河 462000）

目的 研究多級注射成型技術對汽車后視鏡殼體成型收縮率的影響。方法 利用SPSS軟件進行八因素四水平的正交試驗設計并進行生產試驗，研究熔體溫度、保壓壓力、保壓時間、一級注射速率、二級注射速率、三級注射速率、四級注射速率、五級注射速率等8個因素對殼體成型收縮率的影響。結果 一級注射速率對收縮率的影響最大，其次是保壓時間、二級注射率和熔體溫度，四級注射速率和保壓壓力的極差數值較小，對收縮率的影響較小。結論 最優的工藝參數如下：熔體溫度為220 ℃，保壓壓力為50 MPa，保壓時間為5 s，一、二、三、四、五級注射速率分別為30%、40%、85%、50%、20%。

多級注射成型；后視鏡殼體；正交試驗；收縮率

多級注射成型技術是在傳統單級注射成型技術的基礎上發展而來的一種新型注射工藝，可以解決單級注射成型中產品質量不達標的問題[1-2]。該技術是在充模瞬間，通過控制不同階段的注射速率，使塑料樹脂熔體能夠在流動中達到近似理想的充模狀態，因此要求在不同位置有不同的注射速率和注射壓力等。多級注射成型技術具有諸多的優點，如可以在一次生產過程中制備出精密復雜的結構件，可以有效改善樣品的外觀缺陷進而提高產品質量，也可以靈活地根據不同產品的性能或者加工需求進行各種參數的設置[3-5]?，F階段多級注射成型技術已經成為研究的熱點[6-9]。

張甲敏等[10]介紹了多級注射成型的主要控制參數，并結合典型實例說明了正確運用多級注塑工藝可以有效解決制品缺陷，提高制品質量。馬懿卿[11]在介紹塑料熔體充模流動特征的基礎上，通過系統分析理想充模模型，并聯系多級注射原理，提出了分段設計原則及參數選擇方案。郁濱等[12]通過試驗證實了噴嘴壓力與模腔幾何形狀之間存在相關性，給出了依據噴嘴壓力曲線確定分級注射速度參數的算法，該方法可一次給出所有可能的分級注射參數，高效可靠。戴文利等[13]以PA6和PA1010為研究對象，研究了注射速率對樣品質量的影響趨勢，發現該參數存在最優值，模具結構、材料性質和澆口類型是影響產品質量的主要因素。唐根榮[14]采用多級注塑工藝成型了冰箱用PS蔬菜盒制品，不但實現了高速注射，縮短了成型周期，而且還減少了制品的內應力，防止了制品產生翹曲、裂紋等缺陷，有效提高了制品的質量，使合格率達到98%。

上述研究主要論述了多級注射成型技術的原理和工藝控制，沒有結合實際產品進行相關分析。文中以具體應用產品——汽車后視鏡外殼為研究對象，利用SPSS軟件進行八因素四水平的正交試驗設計，將成型收縮率作為考核指標，最終獲得了最優的工藝組合方案。

1 試驗

1.1 材料

文中使用的原材料為福建華塑新材料有限公司生產的丙烯腈（A）–苯乙烯（S）–丙烯酸酯（A）三元接枝共聚物（簡稱ASA），對應牌號為ASA7045。成型過程中設定ASA的干燥溫度為85～95 ℃，干燥時間為3～4 h，模具溫度為60～90 ℃。

1.2 成型產品

產品為某知名品牌汽車后視鏡外殼（如圖1所示），外形為凹坑形狀，殼的平均厚度為3.5 mm，采用多級注射成型工藝加工而成。

圖1 汽車后視鏡結構示意圖

文中以樣品的成型收縮率作為考核指標，收縮率的計算見式（1）[15]。

=[(0?)/0]×100% (1)

式中：為樣品的成型收縮率；0為常溫時模具型腔任意單方向的尺寸；為常溫下所制備的樣品的尺寸（與0對應相同的位置）。

1.3 正交試驗設計

利用SPSS軟件進行八因素四水平正交試驗設計，根據ASA原材料特性和多級注射成型技術原理，選擇相應因素參數和水平數值，其中八因素分別為：熔體溫度、保壓壓力、保壓時間、一級注射速率、二級注射速率、三級注射速率、四級注射速率、五級注射速率。注射速率定義為注塑機最大注射速率的百分比，表1為此次試驗對應的因素水平表。

表1 因素水平表

Tab.1 Level/factor

2 結果與討論

表2為SPSS軟件正交試驗設計菜單生成的正交矩陣設計方案和對應試驗結果，共計32組試驗，試驗結果的評價指標為樣品成型收縮率。為了找出收縮率隨各因素變化的規律，并得到最佳工藝參數組合，通過分析均值、極差對收縮率的變化進行總結。極差又稱范圍誤差或全距，其定義為最大值與最小值的差，某因素的極差值越大，說明該因素對收縮率指標的影響越大。均值能夠反映單項工藝參數的最佳水平值，其值越大，說明該水平下的單項工藝越好，具體數據如表3所示。

從表3的極差分析可知，一級注射速率的極差最大，說明該因素對收縮率的影響最大，其次是保壓時間、二級注射速率和熔體溫度，三者的極差比較相近，四級注射速率和保壓壓力的極差較小，說明它們對收縮率的影響較小。進一步對均值進行分析可知，為了使制備樣品的成型收縮率最低，最優的工藝組合為11441322，即熔體溫度為220 ℃，保壓壓力為50 MPa，保壓時間為5 s，一級注射速率為30%，二級注射速率為40%，三級注射速率為85%，四級注射速率為50%，五級注射速率為20%。

表2 正交試驗及結果統計表

Tab.2 Orthogonal tests and results

表3 基于SPSS分析的均值/極差/標準差統計表

Tab.3 Mean/range/standard deviation based on SPSS analysis

圖2為不同因素對收縮率的影響曲線，圖3為基于最優工藝組合制備的后視鏡殼體實物。從圖2可以比較直觀地看到每個因素水平下均值的變化趨勢。升高熔體溫度容易導致聚合物材料降解，且在冷卻至室溫后制品的收縮也較大，收縮率增大。增加保壓壓力后，收縮率主要表現為下降趨勢，可能是因為增加壓力有利于壓實熔體，同時也可以彌補在冷卻過程中因收縮引起的受力不均現象，減小殘余應力，從而減小收縮率。當保壓時間減少時，容易出現因澆口未冷凝而引起的熔體回流，或因熔體材料不足導致的較大程度收縮。在注射過程中，熔體材料在進入模具后即開始冷卻，因此需要使熔體材料充滿型腔，以便得到密實的制品。當注射速率較低時，熔體材料充腔的時間會相應增加，此時制品易發生密度不均勻或者內應力增加等缺陷。文中最優組合中一級至五級注射速率分別呈現出低速、低速、高速、中速、低速的特點，若在注塑過程中全部保持高速注射速率，比較容易發生熔體破裂的現象，導致制品表面粗糙，當熔體材料流動到預制品的邊緣區域時，高速又比較容易產生大的慣性沖擊，造成溢料現象，因此后面幾級的注射速率表現為逐步降低的趨勢，以確保氣體能夠比較容易地從排氣口溢出，最終獲得質量較優的制品。

圖2 不同因素對收縮率影響

圖3 汽車后視鏡殼體實物

3 結論

以汽車后視鏡為研究對象，基于正交試驗設計方法，利用SPSS軟件進行八因素四水平正交試驗設計并開展生產試驗，通過將成型收縮率作為考核指標，對影響成型收縮率的熔體溫度、保壓壓力、保壓時間、五級的注射速率等8個因素工藝組合進行正交試驗研究，通過分析均值和極差，最終獲得最優的工藝組合為11441322，即熔體溫度為220 ℃，保壓壓力為50 MPa，保壓時間為5 s，一、二、三、四、五級注射速率分別為30%、40%、85%、50%、20%。

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Multistage Injection Molding Technology of Automobile Rearview Mirror Housing

CHEN Gui-hua, ZHANG Qun-wei

(Luohe Institute of Technology, Henan University of Technology, Henan Luohe 462000, China)

The work aims to research the effects of multi-stage injection molding technology on molding shrinkage rate of automobile rearview mirror housing. SPSS software was used to conduct orthogonal experimental design and product test with 8 factors and 4 levels. The effects of melt temperature, holding pressure, holding time, first-stage injection rate, second-stage injection rate, three-stage injection rate, four-stage injection rate, and five-stage injection rate on the molding shrinkage rate of housing were studied. The first-stage injection rate had the greatest effect on the shrinkage rate, followed by the holding time, the second-stage injection plastic and the melt temperature. The range of four-stage injection rate and holding pressure was less, which had little effect on the shrinkage rate. The optimal process combination is that the melt temperature is 220 ℃, the holding pressure is 50 MPa, the holding time is 5 s, the first-stage injection rate is 30%, the second-stage injection rate is 40%, the third-stage injection rate is 85%, the fourth-stage injection rate is 50% and the five-stage injection rate is 20%.

multistage injection molding; rearview mirror housing; orthogonal test; shrinkage rate

10.3969/j.issn.1674-6457.2022.07.022

TQ320.66

A

1674-6457(2022)07-0157-05

2021–07–07

陳桂華（1982—），女，碩士，講師，主要研究方向為材料成型工藝及其數值模擬技術。

責任編輯：蔣紅晨