基于汽車(chē)薄殼注塑件翹曲變形及注塑工藝優(yōu)化研究

宋勤科

摘要：汽車(chē)常規(guī)配件注塑加工工藝已經(jīng)較為成熟，但薄殼注塑件由于壁厚較薄，內(nèi)熔體冷卻過(guò)快，具有較大的成型難度。文章主要對(duì)汽車(chē)薄殼注塑件加工過(guò)程中翹曲變形問(wèn)題進(jìn)行分析，探討其主要影響因素。在此基礎(chǔ)上，提出幾點(diǎn)汽車(chē)薄殼注塑件翹曲變形問(wèn)題的工藝優(yōu)化措施，以期提升汽車(chē)薄殼注塑件的工藝水平。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)薄殼注塑件；翹曲變形；注塑工藝優(yōu)化

前言：

汽車(chē)薄殼注塑件屬于典型的加工零件，在其注塑加工過(guò)程中，容易出現(xiàn)翹曲變形問(wèn)題。這一缺陷會(huì)對(duì)薄殼注塑件的產(chǎn)品質(zhì)量造成嚴(yán)重影響，有必要對(duì)其產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，進(jìn)而找到工藝優(yōu)化和改進(jìn)的具體方法。在實(shí)際加工過(guò)程中，還要做到對(duì)工藝參數(shù)的有效控制，使其一直保持在最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的范圍內(nèi)。

一、汽車(chē)薄殼注塑件翹曲變形問(wèn)題分析

（一）汽車(chē)薄殼注塑件的注塑成型過(guò)程

汽車(chē)薄殼注塑件的注塑加工工藝大體分為四個(gè)階段，第一階段是塑化，將塑料在料筒內(nèi)加熱，達(dá)到熔融的流動(dòng)狀態(tài)。在此過(guò)程中要保證塑化溫度的均勻性，避免發(fā)生熱分解現(xiàn)象。第二階段是型腔填充過(guò)程，將熔融狀態(tài)的塑料填充進(jìn)型腔，主要工藝參數(shù)包括溶體溫度、注射壓力和注射速度等。這些工藝參數(shù)都會(huì)影響注塑件成型質(zhì)量，比如注射壓力出現(xiàn)波動(dòng)，可能會(huì)引起溢料問(wèn)題。第三階段是保壓，即溶體充滿(mǎn)型腔后，保持穩(wěn)壓狀態(tài)進(jìn)行冷卻，此時(shí)料筒內(nèi)溶體還會(huì)持續(xù)注射到型腔內(nèi)，補(bǔ)充冷卻收縮產(chǎn)生的空隙。該階段的主要工藝參數(shù)包括保壓壓力、保壓時(shí)間等。第四階段即冷卻，主要工藝參數(shù)為冷卻時(shí)間，具體是指澆口塑料完全凍結(jié)到注塑件從型腔頂出的時(shí)間[1]。

（二）薄殼注塑件翹曲變形的原因

從上述汽車(chē)薄殼注塑件的注塑工藝流程來(lái)看，許多工藝參數(shù)都會(huì)對(duì)薄殼注塑件的成型質(zhì)量產(chǎn)生影響，因參數(shù)設(shè)計(jì)不合理而引發(fā)翹曲變形問(wèn)題。翹曲變形具體是指注塑件形狀與型腔模具形狀發(fā)生偏離，進(jìn)而影響其外觀(guān)和使用性能。從其形成原因來(lái)看，由于在注塑加工過(guò)程中，注塑件的收縮主方向和收縮量不同，出模后制品就容易出現(xiàn)與型腔模具形狀不同的情況。如果其尺寸偏差超過(guò)允許范圍，會(huì)影響汽車(chē)裝配精度。具體而言，這主要是由于三方面原因?qū)е碌?，一是分子取向的影響，容易?dǎo)致注塑件水平與垂直方向的收縮量不一致。二是區(qū)域收縮問(wèn)題，即注塑件不同區(qū)域的收縮量不同。三是冷卻不均勻的影響，如果溫差較大，制品會(huì)在頂出后的二次收縮過(guò)程中出現(xiàn)較大收縮差異，進(jìn)而產(chǎn)生彎曲力矩，引發(fā)翹曲變形問(wèn)題。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，塑料材料、模具材料、注塑件結(jié)構(gòu)、加工精度、工藝條件等，都會(huì)對(duì)其翹曲變形問(wèn)題產(chǎn)生影響[2]。

二、汽車(chē)薄殼注塑件注塑工藝的優(yōu)化措施

（一）正交試驗(yàn)方法

為實(shí)現(xiàn)汽車(chē)薄殼注塑件工藝優(yōu)化目標(biāo)，本次研究采用正交試驗(yàn)方法，克服單因素優(yōu)化的局限性。正交試驗(yàn)方法在工藝優(yōu)化中已經(jīng)得到了較為廣泛的應(yīng)用，其一般流程為確定試驗(yàn)指標(biāo)，根據(jù)影響因子及水平制作因素位級(jí)表，然后選用正交表進(jìn)行試驗(yàn)，最后對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。按照這一流程，本次對(duì)汽車(chē)薄殼注塑件工藝的優(yōu)化試驗(yàn)主要是為了驗(yàn)證各參數(shù)對(duì)其翹曲變形問(wèn)題的具體影響，進(jìn)而得出有效的工藝參數(shù)優(yōu)化方案。可以直接將薄殼注塑件的翹曲變形量作為衡量指標(biāo)，然后將上述可能引起翹曲變形問(wèn)題的因素列為影響因子，用A、B、C進(jìn)行編號(hào)，若單個(gè)因子在一項(xiàng)試驗(yàn)中有不同狀態(tài)，則按A1～Ak進(jìn)行編號(hào)。在此基礎(chǔ)上，分別確定注塑溫度、模具溫度、注塑時(shí)間、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間、注塑壓力、保壓壓力和鎖模力的參數(shù)取值范圍，制作因素位級(jí)表，開(kāi)始進(jìn)行正交試驗(yàn)。

（二）工藝參數(shù)優(yōu)化

從單因素影響試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，模具溫度對(duì)于注塑件翹曲量的影響較小，雖然提高模具溫度能夠在一定上減少翹曲變形量，但是減少效果不顯著。這主要是由于溫度提升后其冷卻時(shí)間也會(huì)延長(zhǎng)，而且會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降。從溶體溫度對(duì)其翹曲變形量的影響來(lái)看，溶體溫度高容易造成體積收縮，但對(duì)體積收縮率影響不大，在260℃時(shí)可以獲得最小的翹曲變形量。流動(dòng)充模時(shí)間對(duì)塑料平板的翹曲變形量影響也較小，在充模時(shí)間為0.7s時(shí)，出現(xiàn)最大翹曲變形量。對(duì)翹曲變形問(wèn)題影響較大的參數(shù)是保壓壓力，隨著壓力增加，注塑件的翹曲變形量先出現(xiàn)緩慢下降，達(dá)到一定值后，開(kāi)始緩慢增加，在壓力為110MPa時(shí)獲得最小的翹曲變形量。這主要是由于保壓時(shí)間的增加，具有補(bǔ)縮作用，能夠讓更多溶體進(jìn)入型腔，彌補(bǔ)收縮過(guò)程中產(chǎn)生的空隙。在保壓時(shí)間開(kāi)始增加時(shí)，制品密度會(huì)隨之增加，但到一定值后，會(huì)停止增加，此時(shí)繼續(xù)增加保壓時(shí)間則會(huì)引起相反效果。此外，冷卻時(shí)間也對(duì)汽車(chē)薄壁塑件的翹曲變形量有較大影響，冷卻時(shí)間較短時(shí)，產(chǎn)品收縮較為嚴(yán)重，增加冷卻時(shí)間，則可以降低翹曲變形發(fā)生幾率。

（三）仿真試驗(yàn)結(jié)果

從正交試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，影響汽車(chē)薄殼注塑件翹曲變形問(wèn)題的關(guān)鍵因子為保壓壓力，其次為溶體溫度和冷卻時(shí)間，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定，保壓時(shí)間和模具溫度對(duì)汽車(chē)薄殼注塑件的翹曲變形影響較小。由試驗(yàn)確定的最佳工藝參數(shù)為模具溫度70℃，保壓壓力100MPa，溶體溫度260℃、冷卻時(shí)間16s，保壓時(shí)間1.5s，流動(dòng)充模時(shí)間0.1s。按照該方案對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，可以使存在翹曲變形問(wèn)題的廢品率明顯下降，產(chǎn)品通過(guò)率從87.5%提升至97.0%，不需要對(duì)制品進(jìn)行二次加工。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，翹曲變形是汽車(chē)薄壁注塑件注塑加工過(guò)程中容易出現(xiàn)的質(zhì)量問(wèn)題。通過(guò)對(duì)其生產(chǎn)工藝及影響因素進(jìn)行分析，并采用正交試驗(yàn)方法對(duì)注塑工藝進(jìn)行優(yōu)化，合理確定各項(xiàng)工藝參數(shù)，能夠有效降低翹曲變形問(wèn)題的發(fā)生幾率，從而提升產(chǎn)品合格率，滿(mǎn)足汽車(chē)薄壁注塑件的使用要求。

參考文獻(xiàn)

[1]蘇慧祎.汽車(chē)進(jìn)氣歧管下殼注塑模設(shè)計(jì)及加工工藝[J].工程塑料應(yīng)用，2015，43（10）：75-78.

[2]王戈. 汽車(chē)后視鏡注塑成型工藝優(yōu)化研究[D].昆明理工大學(xué)，2014.

（作者單位：浙江世紀(jì)華通車(chē)業(yè)有限公司）