無(wú)管式按摩泵泵體注塑成型工藝的穩(wěn)健設(shè)計(jì)

周陽(yáng)，杜思瑩，杜遙雪，高善旺

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無(wú)管式按摩泵泵體注塑成型工藝的穩(wěn)健設(shè)計(jì)

周陽(yáng)1，杜思瑩2，杜遙雪1，高善旺3

（1.五邑大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 江門(mén) 529020；2.五邑大學(xué) 團(tuán)委，廣東 江門(mén) 529020；3.江門(mén)市蓬江區(qū)碩泰電器有限公司，廣東 江門(mén) 529075）

為減少無(wú)管式按摩泵的翹曲變形量，引入穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法，使用模流分析軟件Moldflow6.1對(duì)注塑成型的泵體進(jìn)行模擬分析. 將注塑成型過(guò)程中的模具溫度、熔體溫度、保壓壓力、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間等5個(gè)因素作為影響因子，設(shè)計(jì)了L16（45）正交試驗(yàn)矩陣. 通過(guò)信噪比分析，得到各工藝參數(shù)對(duì)泵體翹曲變形的影響程度，獲得了最佳工藝參數(shù)組合. 結(jié)果表明：保壓壓力和保壓時(shí)間是影響泵體翹曲變形的主要因素，優(yōu)化后的工藝參數(shù)組合為模具溫度80 ℃、熔體溫度275 ℃、保壓壓力90 MPa、保壓時(shí)間6 s、冷卻時(shí)間10 s. 優(yōu)化后泵體的最大翹曲變形量為1.098 mm，變形量減小了12.87%，泵體質(zhì)量得到了較大的提高.

無(wú)管式按摩泵泵體；穩(wěn)健設(shè)計(jì)；翹曲變形；工藝優(yōu)化

無(wú)管式按摩泵是一種應(yīng)用于按摩浴缸等按摩和沐浴類(lèi)器具的新型按摩泵，它相比于傳統(tǒng)按摩泵具有節(jié)能、健康、環(huán)保、安全、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn). 泵體作為主要部件，其注塑成型工藝在無(wú)管式按摩泵的制造過(guò)程中是十分重要的環(huán)節(jié)，然而在注塑成型時(shí)由于模具和熔體溫度、注塑材料等的差異，會(huì)導(dǎo)致泵體存在一定的翹曲變形，當(dāng)該變形量超出一定的誤差時(shí)，將出現(xiàn)產(chǎn)品缺陷而影響最終的產(chǎn)品質(zhì)量. 翹曲變形是注塑產(chǎn)品常見(jiàn)的缺陷之一，生產(chǎn)過(guò)程中的各種工藝條件都可能是影響翹曲變形量的重要因素，如何優(yōu)化生產(chǎn)工藝參數(shù)（如溫度、壓力和時(shí)間等）以減低翹曲變形量成為了本行業(yè)的研究熱點(diǎn)之一.

穩(wěn)健設(shè)計(jì)是一種較新的工程方法，其主要是正交試驗(yàn)和信噪比分析[1]. 通過(guò)選擇參數(shù)因子的水平組合來(lái)減小產(chǎn)品誤差，從而達(dá)到使整個(gè)產(chǎn)品性能更趨穩(wěn)定的目的. 由于穩(wěn)健設(shè)計(jì)的方法僅通過(guò)選擇工藝參數(shù)的水平組合來(lái)減小誤差的[2-3]，具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用的優(yōu)點(diǎn).

本文擬運(yùn)用穩(wěn)健設(shè)計(jì)方法，引入正交試驗(yàn)和信噪比分析，采用Moldflow6.1的翹曲模塊功能對(duì)注塑參數(shù)中的模具溫度、熔體溫度、保壓壓力、保壓時(shí)間和冷卻時(shí)間等5個(gè)因子對(duì)無(wú)管式按摩泵泵體的翹曲變形量的影響進(jìn)行研究[4]，并根據(jù)信噪比的大小對(duì)產(chǎn)品的工藝參數(shù)進(jìn)行修改，以期得到較優(yōu)的工藝參數(shù).

1 無(wú)管式按摩泵泵體有限元模型

選取較為常用的一種無(wú)管式按摩泵泵體的三維模型作為實(shí)驗(yàn)分析對(duì)象，主要尺寸為：大圓外徑108 mm，高41 mm，其中進(jìn)水管道長(zhǎng)為68 mm. 將模型轉(zhuǎn)為STL格式后導(dǎo)入Moldflow Plastics Insight 6.1中并進(jìn)行中型面網(wǎng)格劃分，共有個(gè)三角形單元. 其澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：主流道寬5 mm，長(zhǎng)25 mm，分流道寬6 mm.

圖1 無(wú)管式按摩泵泵體模型圖

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)置

本文使用Moldflow Plastics Insight 6.1模流分析軟件，采用EMS-Grivory公司牌號(hào)為Grilon TS V0的聚酰胺66（PA66）為無(wú)管式按摩泵泵體材料. 其推薦注塑參數(shù)：模具溫度范圍為70～100 ℃、熔體溫度范圍為260～280 ℃，制件頂出溫度為200 ℃，最大剪切應(yīng)力為0.5 MPa，最大剪切速率為.

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)基本步驟為：1）確定實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)；2）識(shí)別噪聲因子，確定影響因素和水平；3）正交試驗(yàn)；4）分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

在無(wú)管式按摩泵泵體的注塑成型時(shí)，注塑的溫度、壓力、時(shí)間以及保壓的壓力、時(shí)間、模具溫度等工藝條件貫穿于整個(gè)注射成型過(guò)程，是注塑成型技術(shù)的關(guān)鍵. 因此，為全面代表注塑、保壓、冷卻等階段，本文選取模具溫度、熔體溫度、保壓壓力、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間5個(gè)工藝參數(shù)作為影響因子，并在其適宜取值區(qū)間內(nèi)平均選取4個(gè)水平，參數(shù)水平設(shè)計(jì)如表1所示.

表1 影響因素水平與工藝參數(shù)關(guān)系表

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)工藝參數(shù)和參數(shù)水平的數(shù)量選擇L16(45)正交表. 利用Moldflow軟件和表1所確定的各因素水平以及L16(45)矩陣所確定的實(shí)驗(yàn)順序，對(duì)無(wú)管式按摩泵泵體進(jìn)行充填+冷卻+流動(dòng)+翹曲模擬分析.

此外，為使實(shí)驗(yàn)的抗干擾性更好、質(zhì)量性能更穩(wěn)定、方案更可靠，出于模擬干擾因素和誤差因素的考慮，在參數(shù)設(shè)計(jì)中把5個(gè)工藝參數(shù)全部作誤差因素考慮，設(shè)計(jì)波動(dòng)1%. 將表2中正交矩陣?yán)锏?6組工藝參數(shù)分不同組合輸入Moldflow軟件，并分別進(jìn)行3次實(shí)驗(yàn). 所得實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示.

表2 實(shí)驗(yàn)正交矩陣與實(shí)驗(yàn)結(jié)果