汽車后視鏡殼體多級(jí)注射成型技術(shù)研究

陳桂華，張群威

汽車后視鏡殼體多級(jí)注射成型技術(shù)研究

陳桂華，張群威

（河南工業(yè)大學(xué) 漯河工學(xué)院，河南 漯河 462000）

目的 研究多級(jí)注射成型技術(shù)對(duì)汽車后視鏡殼體成型收縮率的影響。方法 利用SPSS軟件進(jìn)行八因素四水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)并進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，研究熔體溫度、保壓壓力、保壓時(shí)間、一級(jí)注射速率、二級(jí)注射速率、三級(jí)注射速率、四級(jí)注射速率、五級(jí)注射速率等8個(gè)因素對(duì)殼體成型收縮率的影響。結(jié)果 一級(jí)注射速率對(duì)收縮率的影響最大，其次是保壓時(shí)間、二級(jí)注射率和熔體溫度，四級(jí)注射速率和保壓壓力的極差數(shù)值較小，對(duì)收縮率的影響較小。結(jié)論 最優(yōu)的工藝參數(shù)如下：熔體溫度為220 ℃，保壓壓力為50 MPa，保壓時(shí)間為5 s，一、二、三、四、五級(jí)注射速率分別為30%、40%、85%、50%、20%。

多級(jí)注射成型；后視鏡殼體；正交試驗(yàn)；收縮率

多級(jí)注射成型技術(shù)是在傳統(tǒng)單級(jí)注射成型技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種新型注射工藝，可以解決單級(jí)注射成型中產(chǎn)品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的問題[1-2]。該技術(shù)是在充模瞬間，通過控制不同階段的注射速率，使塑料樹脂熔體能夠在流動(dòng)中達(dá)到近似理想的充模狀態(tài)，因此要求在不同位置有不同的注射速率和注射壓力等。多級(jí)注射成型技術(shù)具有諸多的優(yōu)點(diǎn)，如可以在一次生產(chǎn)過程中制備出精密復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，可以有效改善樣品的外觀缺陷進(jìn)而提高產(chǎn)品質(zhì)量，也可以靈活地根據(jù)不同產(chǎn)品的性能或者加工需求進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)置[3-5]?，F(xiàn)階段多級(jí)注射成型技術(shù)已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)[6-9]。

張甲敏等[10]介紹了多級(jí)注射成型的主要控制參數(shù)，并結(jié)合典型實(shí)例說明了正確運(yùn)用多級(jí)注塑工藝可以有效解決制品缺陷，提高制品質(zhì)量。馬懿卿[11]在介紹塑料熔體充模流動(dòng)特征的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)分析理想充模模型，并聯(lián)系多級(jí)注射原理，提出了分段設(shè)計(jì)原則及參數(shù)選擇方案。郁濱等[12]通過試驗(yàn)證實(shí)了噴嘴壓力與模腔幾何形狀之間存在相關(guān)性，給出了依據(jù)噴嘴壓力曲線確定分級(jí)注射速度參數(shù)的算法，該方法可一次給出所有可能的分級(jí)注射參數(shù)，高效可靠。戴文利等[13]以PA6和PA1010為研究對(duì)象，研究了注射速率對(duì)樣品質(zhì)量的影響趨勢，發(fā)現(xiàn)該參數(shù)存在最優(yōu)值，模具結(jié)構(gòu)、材料性質(zhì)和澆口類型是影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素。唐根榮[14]采用多級(jí)注塑工藝成型了冰箱用PS蔬菜盒制品，不但實(shí)現(xiàn)了高速注射，縮短了成型周期，而且還減少了制品的內(nèi)應(yīng)力，防止了制品產(chǎn)生翹曲、裂紋等缺陷，有效提高了制品的質(zhì)量，使合格率達(dá)到98%。

上述研究主要論述了多級(jí)注射成型技術(shù)的原理和工藝控制，沒有結(jié)合實(shí)際產(chǎn)品進(jìn)行相關(guān)分析。文中以具體應(yīng)用產(chǎn)品——汽車后視鏡外殼為研究對(duì)象，利用SPSS軟件進(jìn)行八因素四水平的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將成型收縮率作為考核指標(biāo)，最終獲得了最優(yōu)的工藝組合方案。

1 試驗(yàn)

1.1 材料

文中使用的原材料為福建華塑新材料有限公司生產(chǎn)的丙烯腈（A）–苯乙烯（S）–丙烯酸酯（A）三元接枝共聚物（簡稱ASA），對(duì)應(yīng)牌號(hào)為ASA7045。成型過程中設(shè)定ASA的干燥溫度為85～95 ℃，干燥時(shí)間為3～4 h，模具溫度為60～90 ℃。

1.2 成型產(chǎn)品

產(chǎn)品為某知名品牌汽車后視鏡外殼（如圖1所示），外形為凹坑形狀，殼的平均厚度為3.5 mm，采用多級(jí)注射成型工藝加工而成。

圖1 汽車后視鏡結(jié)構(gòu)示意圖

文中以樣品的成型收縮率作為考核指標(biāo)，收縮率的計(jì)算見式（1）[15]。

=[(0?)/0]×100% (1)

式中：為樣品的成型收縮率；0為常溫時(shí)模具型腔任意單方向的尺寸；為常溫下所制備的樣品的尺寸（與0對(duì)應(yīng)相同的位置）。

1.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

利用SPSS軟件進(jìn)行八因素四水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，根據(jù)ASA原材料特性和多級(jí)注射成型技術(shù)原理，選擇相應(yīng)因素參數(shù)和水平數(shù)值，其中八因素分別為：熔體溫度、保壓壓力、保壓時(shí)間、一級(jí)注射速率、二級(jí)注射速率、三級(jí)注射速率、四級(jí)注射速率、五級(jí)注射速率。注射速率定義為注塑機(jī)最大注射速率的百分比，表1為此次試驗(yàn)對(duì)應(yīng)的因素水平表。

表1 因素水平表

Tab.1 Level/factor

2 結(jié)果與討論

表2為SPSS軟件正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)菜單生成的正交矩陣設(shè)計(jì)方案和對(duì)應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果，共計(jì)32組試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)價(jià)指標(biāo)為樣品成型收縮率。為了找出收縮率隨各因素變化的規(guī)律，并得到最佳工藝參數(shù)組合，通過分析均值、極差對(duì)收縮率的變化進(jìn)行總結(jié)。極差又稱范圍誤差或全距，其定義為最大值與最小值的差，某因素的極差值越大，說明該因素對(duì)收縮率指標(biāo)的影響越大。均值能夠反映單項(xiàng)工藝參數(shù)的最佳水平值，其值越大，說明該水平下的單項(xiàng)工藝越好，具體數(shù)據(jù)如表3所示。

從表3的極差分析可知，一級(jí)注射速率的極差最大，說明該因素對(duì)收縮率的影響最大，其次是保壓時(shí)間、二級(jí)注射速率和熔體溫度，三者的極差比較相近，四級(jí)注射速率和保壓壓力的極差較小，說明它們對(duì)收縮率的影響較小。進(jìn)一步對(duì)均值進(jìn)行分析可知，為了使制備樣品的成型收縮率最低，最優(yōu)的工藝組合為11441322，即熔體溫度為220 ℃，保壓壓力為50 MPa，保壓時(shí)間為5 s，一級(jí)注射速率為30%，二級(jí)注射速率為40%，三級(jí)注射速率為85%，四級(jí)注射速率為50%，五級(jí)注射速率為20%。

表2 正交試驗(yàn)及結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

Tab.2 Orthogonal tests and results

表3 基于SPSS分析的均值/極差/標(biāo)準(zhǔn)差統(tǒng)計(jì)表

Tab.3 Mean/range/standard deviation based on SPSS analysis

圖2為不同因素對(duì)收縮率的影響曲線，圖3為基于最優(yōu)工藝組合制備的后視鏡殼體實(shí)物。從圖2可以比較直觀地看到每個(gè)因素水平下均值的變化趨勢。升高熔體溫度容易導(dǎo)致聚合物材料降解，且在冷卻至室溫后制品的收縮也較大，收縮率增大。增加保壓壓力后，收縮率主要表現(xiàn)為下降趨勢，可能是因?yàn)樵黾訅毫τ欣趬簩?shí)熔體，同時(shí)也可以彌補(bǔ)在冷卻過程中因收縮引起的受力不均現(xiàn)象，減小殘余應(yīng)力，從而減小收縮率。當(dāng)保壓時(shí)間減少時(shí)，容易出現(xiàn)因澆口未冷凝而引起的熔體回流，或因熔體材料不足導(dǎo)致的較大程度收縮。在注射過程中，熔體材料在進(jìn)入模具后即開始冷卻，因此需要使熔體材料充滿型腔，以便得到密實(shí)的制品。當(dāng)注射速率較低時(shí)，熔體材料充腔的時(shí)間會(huì)相應(yīng)增加，此時(shí)制品易發(fā)生密度不均勻或者內(nèi)應(yīng)力增加等缺陷。文中最優(yōu)組合中一級(jí)至五級(jí)注射速率分別呈現(xiàn)出低速、低速、高速、中速、低速的特點(diǎn)，若在注塑過程中全部保持高速注射速率，比較容易發(fā)生熔體破裂的現(xiàn)象，導(dǎo)致制品表面粗糙，當(dāng)熔體材料流動(dòng)到預(yù)制品的邊緣區(qū)域時(shí)，高速又比較容易產(chǎn)生大的慣性沖擊，造成溢料現(xiàn)象，因此后面幾級(jí)的注射速率表現(xiàn)為逐步降低的趨勢，以確保氣體能夠比較容易地從排氣口溢出，最終獲得質(zhì)量較優(yōu)的制品。

圖2 不同因素對(duì)收縮率影響

圖3 汽車后視鏡殼體實(shí)物

3 結(jié)論

以汽車后視鏡為研究對(duì)象，基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，利用SPSS軟件進(jìn)行八因素四水平正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)并開展生產(chǎn)試驗(yàn)，通過將成型收縮率作為考核指標(biāo)，對(duì)影響成型收縮率的熔體溫度、保壓壓力、保壓時(shí)間、五級(jí)的注射速率等8個(gè)因素工藝組合進(jìn)行正交試驗(yàn)研究，通過分析均值和極差，最終獲得最優(yōu)的工藝組合為11441322，即熔體溫度為220 ℃，保壓壓力為50 MPa，保壓時(shí)間為5 s，一、二、三、四、五級(jí)注射速率分別為30%、40%、85%、50%、20%。

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Multistage Injection Molding Technology of Automobile Rearview Mirror Housing

CHEN Gui-hua, ZHANG Qun-wei

(Luohe Institute of Technology, Henan University of Technology, Henan Luohe 462000, China)

The work aims to research the effects of multi-stage injection molding technology on molding shrinkage rate of automobile rearview mirror housing. SPSS software was used to conduct orthogonal experimental design and product test with 8 factors and 4 levels. The effects of melt temperature, holding pressure, holding time, first-stage injection rate, second-stage injection rate, three-stage injection rate, four-stage injection rate, and five-stage injection rate on the molding shrinkage rate of housing were studied. The first-stage injection rate had the greatest effect on the shrinkage rate, followed by the holding time, the second-stage injection plastic and the melt temperature. The range of four-stage injection rate and holding pressure was less, which had little effect on the shrinkage rate. The optimal process combination is that the melt temperature is 220 ℃, the holding pressure is 50 MPa, the holding time is 5 s, the first-stage injection rate is 30%, the second-stage injection rate is 40%, the third-stage injection rate is 85%, the fourth-stage injection rate is 50% and the five-stage injection rate is 20%.

multistage injection molding; rearview mirror housing; orthogonal test; shrinkage rate

10.3969/j.issn.1674-6457.2022.07.022

TQ320.66

A

1674-6457(2022)07-0157-05

2021–07–07

陳桂華（1982—），女，碩士，講師，主要研究方向?yàn)椴牧铣尚凸に嚰捌鋽?shù)值模擬技術(shù)。

責(zé)任編輯：蔣紅晨