基于順序注塑的大型薄壁件的熔接線研究

劉惠芬 黃瑤

(江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江，212013)

機(jī)械與模具

基于順序注塑的大型薄壁件的熔接線研究

劉惠芬 黃瑤

(江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江，212013)

以汽車后背門下護(hù)板順序注塑為例，應(yīng)用正交試驗(yàn)和Moldflow軟件分析閥澆口的開啟時(shí)間、流道和澆口尺寸對(duì)熔接線分布及充填過程的影響。最終找出合理的參數(shù)組合，并將其應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，獲得了符合設(shè)計(jì)要求的合格產(chǎn)品。

大型薄壁件 熔接線 汽車后背門下護(hù)板 正交試驗(yàn) 閥澆口

對(duì)于大型復(fù)雜的注塑制品，由于需要多澆口注塑以及存在多個(gè)嵌件的情況，熔接線是常見的缺陷。由于熔接線的存在，噴漆后的產(chǎn)品會(huì)有色差，影響注塑制品的外觀質(zhì)量，同時(shí)產(chǎn)品的力學(xué)性能也會(huì)有所降低。因此，國內(nèi)外研究學(xué)者都致力于尋找提高熔接線強(qiáng)度甚至消除熔接線的技術(shù)和方法[1-3]。目前的研究主要集中在順序閥的開啟時(shí)間和熔接強(qiáng)度，沒有考慮澆口和流道尺寸對(duì)充填過程及熔接線分布的影響。本研究以汽車后背門下護(hù)板為例，采用正交試驗(yàn)和Moldflow軟件分析閥澆口的開啟時(shí)間、流道和澆口尺寸對(duì)其熔接線分布及充填過程的影響，尋找最優(yōu)的參數(shù)組合。

1 塑件分析及成型方案設(shè)計(jì)

1.1 塑件分析

圖1為塑件的三維圖，其材料為改性聚丙烯(普利特，PP+EPDM-T20)，尺寸為1453 mm×454 mm×62 mm，平均厚度為2.5 mm，由于產(chǎn)品屬于大型長薄件，充填比較困難。采用熱流道順序閥可以有效改善充填過程，并控制熔接線的分布。

1.2 熱流道澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)的建立

根據(jù)后背門下護(hù)板的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，運(yùn)用Moldflow確定最佳澆口位置并結(jié)合企業(yè)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)4澆口熱流道澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，如圖2所示。

2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試驗(yàn)因素與水平的確定

第1個(gè)澆口設(shè)為常開，根據(jù)流動(dòng)前沿初步確定其他澆口開啟的時(shí)間，以閥澆口2、閥澆口3、閥澆口4的開啟時(shí)間、澆口的寬度和高度以及主流道和分流道直徑作為影響因素，并假設(shè)各因素之間不存在交互作用，根據(jù)企業(yè)經(jīng)驗(yàn)和初始分析結(jié)果，大概確定各水平的范圍，每個(gè)因素選取3個(gè)水平，如表1所示。

對(duì)上述7個(gè)因素進(jìn)行模擬試驗(yàn)，選用L18(37)正交表，并按照表1設(shè)置的參數(shù)利用計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)軟件Moldflow進(jìn)行模擬試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果的處理與分析

熔接線對(duì)產(chǎn)品最終是否有影響取決于其融合時(shí)的溫度和角度，若融合時(shí)溫度高或者融合角度大則對(duì)產(chǎn)品幾乎沒有影響，將熔接線和流動(dòng)前沿溫度圖疊加，可以看出熔接線融合時(shí)的溫度。由于熔接線為非數(shù)量指標(biāo)，不能直接分析各因素對(duì)其影響程度，根據(jù)觀察到的熔接線數(shù)量以及其融合時(shí)的溫度和角度，對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)給分，試驗(yàn)分析結(jié)果如表2(分?jǐn)?shù)，滿分為10)。

*塑件右下角充滿時(shí)間。

由表2的數(shù)據(jù)可知，第8組試驗(yàn)結(jié)果最好，熔接線的分布如圖3所示，圖3(a)為熔接線的融合角度圖，圖3(b)為熔接線與流動(dòng)前沿溫度的疊加圖，從圖3(b)中可以看出熔接線的融合溫度在200 ℃左右。

充填時(shí)間如圖4所示，當(dāng)塑件右下角充滿的時(shí)間和第2個(gè)閥澆口開啟的時(shí)間差越小，對(duì)充填越有利，這樣就不會(huì)出現(xiàn)回流的現(xiàn)象，最終可以得到較好質(zhì)量的產(chǎn)品。第8組的時(shí)間差是最小的，其時(shí)間差為0.782 s。

對(duì)正交表里面的結(jié)果進(jìn)行極差分析，找出對(duì)熔接線影響較大的因素，獲取最佳的因素水平組合，詳細(xì)見表3，熔接線的水平變化如圖5所示。

對(duì)熔接線來說，由表3極差分析R值的大少可以判斷各因子對(duì)熔接線的影響順序大小，分別是RA>RB>RC>RG>RE>RD>RF，即對(duì)熔接線影響最大的是各閥澆口的開啟時(shí)間，而澆口寬度對(duì)其影響最小。通過圖5可知，熔接線的最佳參數(shù)組合為A3B3C3D2E2F1G1。

注：K1，K2，K3為各個(gè)水平的平均值，R值為各因素熔接線的極差。

3 方案驗(yàn)證及實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用

3.1 方案驗(yàn)證

最優(yōu)組合不在正交表中，需要運(yùn)用Moldflow軟件對(duì)最優(yōu)組合進(jìn)行模擬分析，優(yōu)化后的熔接線如圖6所示，圖6(a)為熔接線的融合角度，圖6(b)為熔接線和流動(dòng)前沿溫度的疊加。從圖6(b)中可以看出最低的融合溫度為199.4 ℃，融合溫度基本在210 ℃，比優(yōu)化前要高出5 ℃左右，同時(shí)熔接線的數(shù)量也明顯減少了。充填時(shí)間如圖7所示，由圖7可知優(yōu)化后塑件右下角充滿的時(shí)間為2.237 s，時(shí)間差由原來的0.782 s減少到現(xiàn)在0.037 s，基本實(shí)現(xiàn)了真正意義上的順序充填，不會(huì)出現(xiàn)回流、困氣等現(xiàn)象，最終得到質(zhì)量較好的產(chǎn)品。

3.2 實(shí)際應(yīng)用

將得到的最佳參數(shù)組合用于實(shí)際生產(chǎn)中，圖8為產(chǎn)品模具圖。圖9為產(chǎn)品裝配圖。

由圖9可知，產(chǎn)品能很好地與鈑金件配合，表面沒有熔接線，產(chǎn)品具有較好的外觀質(zhì)量和使用性能。

4 總結(jié)

運(yùn)用CAE軟件結(jié)合正交試驗(yàn)得到了影響汽車后背門下護(hù)板熔接線分布的關(guān)鍵因素。結(jié)果表明，閥澆口的開啟時(shí)間影響最大，澆口寬度對(duì)其影響最小，通過調(diào)整閥澆口的開啟時(shí)間可以有效控制熔接線的分布，同時(shí)避免回流和困氣從而保證產(chǎn)品的最終質(zhì)量。另外將熔接線圖與流動(dòng)前沿溫度圖疊加來判斷熔接線融合時(shí)的溫度，進(jìn)一步來分析熔接線對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

[1] 湯少敏，劉斌．基于動(dòng)態(tài)注塑成型的注塑制品熔接痕強(qiáng)度研究[D]．廣州：華南理工大學(xué)，2012.

[2] 嚴(yán)志云，丁玉梅，謝鵬程，等．注塑成型熔接線缺陷[J]．塑料 2009，38(4)：98-101.

[3] Hashemi S.Influence of temperature on weld line strength of injection molded short glass fiber styrene anhydride polymer composites plastics[J].Rubber and Composites，2002，31(7)：318-324.

KraussMaffei公司開發(fā)出新的注塑機(jī)產(chǎn)品

據(jù)“www. britishplastics .co. uk”報(bào)道，KraussMaffei公司在其全部電氣化注塑機(jī)產(chǎn)品中又增加了新的AX 450 和 AX 550這2種型號(hào)新產(chǎn)品，提高了產(chǎn)品的合模力。

KraussMaffei公司已經(jīng)發(fā)布了這2種新的注塑機(jī)設(shè)備，自稱新產(chǎn)品使其公司向更加強(qiáng)大、高效及多功能化方向發(fā)展。

KraussMaffei公司的AX 450 和 AX 550這2種新設(shè)備屬于全部電氣化的AX注塑機(jī)產(chǎn)品系列，注塑機(jī)的合模力可以達(dá)到4 500～5 500 kN。另外，公司還開發(fā)了3種符合流體力學(xué)的GX系列新注塑設(shè)備GXH，GXL及GXV，這2個(gè)系列中新增的注塑機(jī)設(shè)備都將會(huì)在德國腓特列港(Friedrichshafen)的德國國際塑料加工展覽會(huì)(Fakuma)上展出。

英國汽車供應(yīng)商借助新設(shè)備每月可節(jié)約2萬英鎊

據(jù)“www. britishplastics .co. uk”報(bào)道，來自英國的汽車零部件專家宣稱，一種新型注射成型設(shè)備的出現(xiàn)不僅可以為汽車供應(yīng)商每月節(jié)省2萬英鎊，而且還解決了生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題。這種注塑機(jī)上裝配了專門訂做的雙噴射機(jī)構(gòu)機(jī)組。

DMS Chromium是一家為汽車供應(yīng)零部件的貿(mào)易公司，他們提供一種鍍鉻的注射成型塑料板材，該公司已經(jīng)在拍賣會(huì)上購買了1套R(shí)omi-Sandretto EN 380注塑設(shè)備以替代現(xiàn)有的400-tonne注塑機(jī)。

DMS Chromium公司經(jīng)營多種汽車部件，包括需要前面鍍鉻而背面不鍍的前端面板，以前是在熱焊接時(shí)要將另一面鍍的鉻刮掉。例如，如果生產(chǎn)15 000個(gè)揚(yáng)聲器，就必須將一面鍍的鉻手工去掉，這樣需9個(gè)人，超過3個(gè)工作日才能完成。

(以上由中國石化揚(yáng)子石油化工有限公司南京研究院

黃賦云供稿)

Weld Line of Large Thin-Wall Parts Based on Sequential Injection Molding

Liu Huifen Huang Yao

(School of Materials Science and Engineering，Jiangsu University, Zhenjiang, Jiangsu, 212013)

Taking shield under the car back door as example, the effects of valve gate opening time, runners and gate size on the weld line distribution and the filling process were investigated by using orthogonal test and Moldflow software. Finally,reasonable parameter combinations are found. The qualified products are obtained when the reasonable parameter combinations are applied to the practical production.

large thin-wall parts; weld line; car back door shield； orthogonal test； value gate

2014-06-17;修改稿收到日期:2014-09-15。

劉惠芬,女，漢族，碩士研究生，主要研究方向?yàn)樽⑸涑尚图澳＞呒夹g(shù)。E-mail：ljz660819@126.com。