基于某款汽車遙控器外殼高溫快速成型工藝優(yōu)化

羅華云，馮永平，謝 暉

基于某款汽車遙控器外殼高溫快速成型工藝優(yōu)化

羅華云，馮永平，謝 暉

（南昌大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，江西省南昌市 330029）

以某款汽車遙控器外殼為例，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助工程、正交試驗(yàn)和方差分析研究了影響高溫快速成型產(chǎn)品質(zhì)量的工藝參數(shù)。結(jié)果表明：熔體溫度對(duì)體積收縮率的影響最顯著，其次是模具溫度、注射壓力、轉(zhuǎn)保壓力、注射時(shí)間。保壓壓力、保壓時(shí)間和冷卻時(shí)間對(duì)體積收縮率影響不大。選取熔體溫度、模具溫度、注射壓力、注射時(shí)間、轉(zhuǎn)保壓力5個(gè)工藝參數(shù)建立多元回歸產(chǎn)品質(zhì)量預(yù)測(cè)模型，并通過實(shí)例驗(yàn)證算法的可行性，為高溫快速成形工藝優(yōu)化提出了一條新思路。

高溫快速成型 汽車遙控器外殼 計(jì)算機(jī)輔助工程 方差分析 回歸分析

隨著工業(yè)技術(shù)迅速發(fā)展及人們生活水平的提高，客戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求也越來越高，高溫快速成型技術(shù)[1]以其精密、高效、節(jié)能、綠色環(huán)保等優(yōu)勢(shì)而快速發(fā)展。該技術(shù)的核心在于變模溫注射成型，當(dāng)前有關(guān)該技術(shù)的研究主要集中在模具溫控技術(shù)和成型控制領(lǐng)域。本研究從工藝角度入手，以某款汽車遙控器外殼為例，在正交試驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）和方差分析，研究了各工藝參數(shù)對(duì)高溫快速成型產(chǎn)品質(zhì)量的影響，描述了高溫快速成型產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)及其評(píng)價(jià)變量；結(jié)合多元回歸分析對(duì)高溫快速成型工藝參數(shù)進(jìn)行有效預(yù)測(cè)與優(yōu)化，以得出可用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐的高溫快速成型工藝優(yōu)化方法。

1　高溫快速成型產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)變量

圖1為某款汽車遙控器外殼實(shí)體模型，產(chǎn)品尺寸為80 mm×20 mm×6 mm，主體壁厚2 mm，材料丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物為高光制件，采用高溫快速成型技術(shù)生產(chǎn)。

圖1　某款汽車遙控器外殼的實(shí)體模型Fig.1 Solid model of remote control shell for a certain car

對(duì)于工程優(yōu)化問題，首先需要確定質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)變量。圖2形象地表示了影響高溫快速成型產(chǎn)品質(zhì)量的因素。高溫快速成型產(chǎn)品多為高光產(chǎn)品，因而產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)可以通過影響產(chǎn)品表觀質(zhì)量的指標(biāo)來確定，這里以體積收縮率作為主要評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過研究高溫快速成型工藝，初步確定模具溫度、熔體溫度、注射壓力、注射時(shí)間、保壓壓力、轉(zhuǎn)保壓力、保壓時(shí)間和冷卻時(shí)間等8個(gè)成型參數(shù)作為評(píng)價(jià)變量。

圖2　高溫快速成型工藝因素魚刺圖示意Fig.2 Fishbone diagrams of the factors influencing the rapid heat cycle molding technology

2　正交試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)方案

通過正交試驗(yàn)，利用CAE進(jìn)行模擬分析，初步確定選取8因素在3水平取值（見表1）。

表1　試驗(yàn)因素與水平Tab.1 Experimental factors and levels

按照正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)L27（313）方案[2-3]考察8因素3水平對(duì)高溫快速成型工藝的影響。利用Moldflow軟件進(jìn)行模擬分析，測(cè)出某款汽車遙控器外殼體積收縮率分別為3.976%，8.520%，10.170%，4.341%，8.476%，9.228%，4.609%，3.458%，5.867%，9.558%，10.230%，8.676%，8.903%，9.408%，7.685%，8.099%，4.780%，7.338%，10.220%，9.241%，9.888%，5.606%，8.578%，8.951%，5.688%，7.792%，7.424%。

2.2因素顯著性分析

為確定各因數(shù)對(duì)體積收縮率的顯著性影響，對(duì)正交試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析[4-10]，借助Matlab軟件編程。從表2可以看出：熔體溫度的顯著統(tǒng)計(jì)量度最大，對(duì)體積收縮率影響最顯著，其次是模具溫度、注射壓力、轉(zhuǎn)保壓力、注射時(shí)間；對(duì)體積收縮率影響較小的是保壓壓力、保壓時(shí)間和冷卻時(shí)間。

表2　體積收縮率的方差分析Tab.2 Variance analysis of the volume shrinkage

3　高溫快速成型汽車遙控器外殼評(píng)價(jià)模型

3.1多元回歸評(píng)價(jià)模型的建立

引入多元回歸分析理論建立評(píng)價(jià)模型[11]。為建立高溫快速成型汽車遙控器外殼的工藝參數(shù)與體積收縮率的關(guān)系，選取顯著影響高溫快速成型產(chǎn)品工藝參數(shù)中的模具溫度、熔體溫度、注射壓力、注射時(shí)間、轉(zhuǎn)保壓力5個(gè)參數(shù)作為輸入，而以體積收縮率作為輸出。回歸模型見式（1）。

式中：y為輸出，xm為輸入，bm為回歸系數(shù)，m=1，2……k。

選取多元二項(xiàng)式中的完全二次模型，利用試驗(yàn)獲得數(shù)據(jù)，借助Matlab編程軟件，最終得到體積收縮率回歸模型[見式（2）]。

3.2多元回歸模型的檢驗(yàn)

為判斷模型是否合理，結(jié)合回歸理論且借助Matlab軟件，得到回歸模型的檢驗(yàn)指標(biāo)[12-15]：體積收縮率對(duì)應(yīng)模型的多元系數(shù)為0.968 6、檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量為109.222、顯著型概率為0.000 69、剩余方差為5.531 6，回歸效果比較理想。從圖3可以看出：數(shù)據(jù)的殘差離零點(diǎn)均較近，且殘差的置信區(qū)間包含零點(diǎn)，說明回歸模型比較合理。

圖3　殘差圖Fig.3 Residual plots

3.3多元回歸模型的預(yù)測(cè)

根據(jù)式（2）對(duì)汽車遙控器外殼的體積收縮率進(jìn)行回歸預(yù)測(cè)，為更好地通過回歸模型進(jìn)行預(yù)測(cè)，隨機(jī)選取6組數(shù)據(jù)，通過Moldflow軟件模擬得到6組數(shù)據(jù)的仿真值與回歸模型的預(yù)測(cè)值。從表3可以看出：體積收縮率的仿真值與預(yù)測(cè)值間的誤差為±5.0%，說明仿真值和預(yù)測(cè)值比較接近。因此，采用多元回歸模型可以有效地預(yù)測(cè)和控制高溫快速成型汽車遙控器外殼的體積收縮率。

表3　仿真與預(yù)測(cè)結(jié)果對(duì)比Tab.3 Comparison between the simulated results and the predicted results

4　結(jié)論

a）通過正交試驗(yàn)、CAE分析和方差分析可知，熔體溫度對(duì)體積收縮率影響最顯著，其次是模具溫度、注射壓力、轉(zhuǎn)保壓力、注射時(shí)間。保壓壓力、保壓時(shí)間和冷卻時(shí)間對(duì)體積收縮率影響不大。

b）建立的多元回歸模型能夠合理的預(yù)測(cè)汽車遙控器外殼的體積收縮率，由此找到了優(yōu)化工藝參數(shù)、減少體積收縮率的方向，對(duì)企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

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Process optimization of rapid heat cycle molding technology based on a certain car remote control shell

Luo Huayun, Feng Yongping, Xie Hui
（Science and Technology College of Nanchang University, Nanchang 330029,China）

The process parameters influencing product quality of rapid heat cycle molding technology were studied in combination of computer aided engineering, orthogonal experiments and variance analysis based on a certain car remote control shell. The results showed that the effect of melt temperature on the volume shrinkage was the most significant followed by mold temperature, injection pressure, holding pressure and injection time. The packing pressure, packing time and cooling time had less influences on the volume shrinkage. A multiple regression product quality prediction model was established by means of selecting the process parameters of melt temperature, mold temperature, injection pressure, injection time and holding pressure. A new idea was proposed for the process optimization of the rapid heat cycle molding technology through validating the feasibility of the experiments by some examples.

rapid heat cycle molding；car remote control shell；computer aided engineering；variance analysis；regression analysis

TQ 22/35

B

1002-1396（2015）06-0056-03

2015-05-27；

2015-08-26。

羅華云，女，1981年生，碩士，講師，現(xiàn)主要從事模具CAD/CAE/CAM的教學(xué)及研究工作。聯(lián)系電話：13576047735；E-mail：happyegg2001@163.com。

江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究省級(jí)課題（JXJG-14-28-10），江西省南昌大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院自然科學(xué)科研基金（2012-ZR-02）。