基于Moldflow與正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的汽車前格柵注塑工藝參數(shù)優(yōu)化

王家濤 田夢婕 尚昌華 孟丹琦 陳 旭

（江蘇師范大學(xué)科文學(xué)院，徐州 221132）

21世紀(jì)，中國的塑料行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展期。在中國市場中，無論是生產(chǎn)量、進(jìn)口量還是消費(fèi)量，塑料都在穩(wěn)步增長，同時(shí)對(duì)塑件的性能及質(zhì)量要求提出了更高要求。然而，塑件在制作過程中由于溫度影響材質(zhì)和殘余應(yīng)力易產(chǎn)生翹曲變形。因此，在制定和調(diào)整工藝成型時(shí)，要考慮溫度、壓力以及速度等因素，才能制作出完美的塑件[1]。王善凱以注塑件的翹曲變形量為主要指標(biāo)，確定了注塑過程的工藝參數(shù)，從而優(yōu)化了注塑過程中產(chǎn)生的翹曲變形[2]。潘杰利用Kriging模型，以翹曲變形量為目標(biāo)量進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化[3]。

本文以汽車氣格柵為研究對(duì)象。氣格柵通氣性能好，能促進(jìn)散熱排氣，因此對(duì)其注塑生產(chǎn)過程要求很高。如果工藝參數(shù)設(shè)置不合理，極易產(chǎn)生翹曲變形等生產(chǎn)缺陷。本文采用Moldflow軟件對(duì)注塑件進(jìn)行工藝參數(shù)的優(yōu)化分析，以翹曲變形量為主要參數(shù)指標(biāo)設(shè)置工藝參數(shù)，以提高注塑成功率，節(jié)約成本，保證行駛安全。

1 零件分析

圖1為利用Creo軟件繪制的氣格柵零件三維模型。該汽車前格柵的尺寸為1 200 mm×15 mm×130 mm，氣格柵平均壁厚15 mm，且總體壁厚均勻。氣格柵為一體式零件，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在通孔、肋板以及內(nèi)凹槽等難以加工的部分。

圖1 氣格柵零件圖

2 基于正交實(shí)驗(yàn)法的分析與優(yōu)化

2.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)

正交表的特點(diǎn)是使試驗(yàn)點(diǎn)“均勻分散、整齊可比”。“均勻分散”即均勻性，使試驗(yàn)點(diǎn)均勻分布在試驗(yàn)范圍內(nèi)，使每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)都具有一定的代表性，可以用部分試驗(yàn)反映全面試驗(yàn)的情況，從而大大減少試驗(yàn)次數(shù)[4]?！罢R可比”是綜合可比性，使試驗(yàn)結(jié)果的分析十分方便，易于分析各因素及其交互作用對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響大小及規(guī)律性[5]。選擇表1參數(shù)范圍，建立表2試驗(yàn)參數(shù)組合，并通過模流分析獲得對(duì)應(yīng)翹曲變形量。

表2 正交試驗(yàn)方案結(jié)果

2.2 影響顯著性比較

由表3極差分析結(jié)果可以得到，針對(duì)單個(gè)指標(biāo)的優(yōu)成型條件，根據(jù)極差值，各因素對(duì)翹曲變形由主到次的影響順序?yàn)槿垠w溫度、保壓壓力、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間、注射時(shí)間、模具溫度、注射壓力，其中熔體溫度為主影響因素。需要說明的是：Ki表示任一列上水平號(hào)為i時(shí)，所對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)結(jié)果之和；ki表示任一列上因素取水平i時(shí)所得試驗(yàn)結(jié)果1的算術(shù)平均值，有ki=Ki/s，其中s為任一列上各水平出現(xiàn)的次數(shù)；R稱為極差，在任一列上，R=max（K1，K2，K3，K4）-min（K1，K2，K3，K4）或R=max（k1，k2，k3，k4）-min（k1，k2，k3，k4）[6-7]。

表3 正交實(shí)驗(yàn)極差分析結(jié)構(gòu)

2.3 優(yōu)化參數(shù)的組合

已知各因素對(duì)翹曲變形量的影響順序，可以確定最優(yōu)方案。最優(yōu)方案是指在各實(shí)驗(yàn)因素范圍內(nèi)各因素的水平組合。各因素的優(yōu)水平確定與實(shí)驗(yàn)指標(biāo)有關(guān)。若指標(biāo)越大越好，則應(yīng)選取使指標(biāo)大的水平；反之，指標(biāo)越小越好，應(yīng)選取使指標(biāo)小的水平。所以，挑選每個(gè)因素的K中最小的值所對(duì)應(yīng)的水平。影響因素、最優(yōu)方案、對(duì)應(yīng)因素值的情況見表4。

表4 因素、優(yōu)方案、對(duì)應(yīng)因素值

3 結(jié)語

（1）通過極差分析，熔體溫度為主影響因素。參數(shù)優(yōu)化后分別為熔體溫度240 ℃、模具溫度60 ℃、保壓時(shí)間5 s、保壓壓力38 MPa、注射壓力100 MPa、注射時(shí)間45 s、冷卻時(shí)間20 s。最佳工藝參數(shù)組合所對(duì)應(yīng)的最大翹曲量為5.681 mm。

（2）熔體溫度、模具溫度、保壓時(shí)間、保壓壓力、注射時(shí)間、注射壓力、冷卻時(shí)間7個(gè)因素的研究范圍內(nèi)探討，通過極差分析得出注塑成型工藝參數(shù)試驗(yàn)條件下注射時(shí)間對(duì)翹曲和體積收縮的影響程度較顯著，可為實(shí)際注塑工藝參數(shù)的設(shè)置提供理論指導(dǎo)。