電子剎車分泵殼注射成型質(zhì)量分析及優(yōu)化＊

朱曉東

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院南通分院，江蘇南通 226011）

1 引言

電子剎車分泵殼塑件是汽車電子剎車系統(tǒng)的重要組成部分，該塑件應(yīng)用于汽車剎車系統(tǒng)塑件制造領(lǐng)域，因塑件內(nèi)部成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用傳統(tǒng)制造工藝鑄造成型，成型件一般為鋁件或鑄鐵件，成型工藝復(fù)雜，成型周期長，成本較高。隨著現(xiàn)代材料技術(shù)的革新及注射成型技術(shù)的發(fā)展，電子剎車分泵殼采用注射成型，塑件具有成型周期短，制造成本低，運行穩(wěn)定性好等優(yōu)點，是行業(yè)普遍采用的成型制造工藝[1]。塑件在成型過程中，因模具積熱、冷卻不均等問題，容易造成局部翹曲變形，影響塑件成型質(zhì)量。通過調(diào)研，很多注塑企業(yè)在生產(chǎn)類似塑件時容易出現(xiàn)塑件欠注、外觀縮水等成型缺陷，影響塑件使用。基于正交試驗的電子剎車分泵殼注射成型質(zhì)量研究擬通過正交試驗、結(jié)合方差分析結(jié)果論證，優(yōu)化成型參數(shù)等措施有效提升塑件成型質(zhì)量。

2 塑件結(jié)構(gòu)分析

電子剎車分泵殼外形尺寸為141.2×84×74.6mm，采用Pro/E軟件建立三維模型[2]，圖1所示為電子剎車分泵殼三維模型。此形狀為電子剎車分泵殼主體，底部有底板，中部有端蓋與之密封裝配，內(nèi)部安裝電子剎車電機配件，要求控制變形范圍、尺寸精度和表面質(zhì)量，塑件壁厚平均約3mm，部分區(qū)域厚度差異較大，最厚處3.5mm，最薄處0.7mm塑件總體積58.4cm3，塑件內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外觀容易產(chǎn)生縮水、欠注等成型缺陷。

圖1 電子剎車分泵殼三維模型

3 成型材料分析

電子剎車分泵殼成型材料選擇PBT+30%GF，即聚對苯二甲酸丁二醇酯添加30%玻璃纖維材質(zhì)，PBT材料添加30%玻纖后，具有良好的熱穩(wěn)定性及耐腐蝕性，抗應(yīng)力開裂性能好，在高溫狀態(tài)下抗高溫變形小，成型后的塑件具有較好的韌性，同時具有較高的硬度，注射成型運行穩(wěn)定，常用于汽車門拉手、電器外殼等領(lǐng)域[3]。

4 MoldFlow模流分析

4.1 模型修復(fù)與網(wǎng)格劃分

將Pro/E模型件導(dǎo)入到MoldFlow CAD Doctor中，為保證塑件的整體強度，塑件內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計加強筋，且內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用MoldFlow CAD Doctor自動進行優(yōu)化，去除局部微小特征如小于0.8的倒角及圓角以便提高分析效率，導(dǎo)入MoldFlow進行網(wǎng)格劃分，采用點澆口，澆口尺寸2.8mm，網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖2所示，采用雙層面網(wǎng)格，平均縱橫比1.39，網(wǎng)格匹配分比90.3%，接進MoldFlow分析最低指標接近90%，滿足分析要求[4]。

圖2 網(wǎng)格劃分

4.2 成型參數(shù)設(shè)置

設(shè)置MoldFlow分析參數(shù)，注塑機型號選擇海天MA600注塑機，最大鎖模力60t，熔料溫度260℃，模具溫度80℃，注射時間1.5s，最大注射壓力155MPa，注射體積116.792cm3，保壓時間6s，最大保壓壓力155MPa，冷卻時間20s，開模時間12s，注射循環(huán)時間39.5s，V/P轉(zhuǎn)換最大壓力41.69MPa，噴嘴壓力控制曲線如圖3所示，最大壓力50MPa，鎖模力曲線如圖4所示，當注射時間為2.042s時，最大鎖模力為44.62t，滿足注塑機控制范圍[5]。

圖3 噴嘴壓力曲線

圖4 鎖模力曲線

4.3 填充分析

為了提高生產(chǎn)效率，采用1模2腔，模架類型采用二板模，采用閥針熱流道系統(tǒng)，通過閥針控制澆口的打開與關(guān)閉，如圖5所示，澆口采用閥針澆口，通過動態(tài)充填分析，如圖6所示，通過充填動畫模擬，塑件動態(tài)充填平穩(wěn)，充填時間1.56s，塑件能夠100%進膠，填充方案初步可行。

圖5 閥針熱流道系統(tǒng)

圖6 填充時間

塑件的結(jié)合部位結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，壁厚不均，容易產(chǎn)生困氣，需注意排氣，通過圖7熔接等值線分布可以看出塑件充填顯示等值線均勻，沒有滯留區(qū)域[6]。通過熔體流動前沿溫度分析，可以得到最大流動前沿溫度264.17℃，最小流動前沿溫度256.31℃，波前溫度顯示沒有異常，溫度差異控制在10℃以內(nèi)，屬于正常注射成型溫度范圍。

圖7 等值線分布

對塑件進行翹曲結(jié)果分析如圖8所示，總變形最大翹曲0.74mm，最小翹曲0.03mm，X方向的最大翹曲變形為0.51mm，最小翹曲變形為-0.44mm，Y方向的最大翹曲變形為0.31mm，最小翹曲變形為-0.32mm，Z方向的最大翹曲變形為0.72mm，最小翹曲變形為-0.57mm，可見在X、Y方向翹曲變形相對較小，Z方向翹曲變形最大，在注射參數(shù)優(yōu)化時可適當控制Z方向的變形量，使塑件在X、Y、Z3個方向的變形量接近均衡。

圖8 翹曲結(jié)果分析

5 注射成型質(zhì)量優(yōu)化研究

5.1 正交試驗設(shè)計[7～8]

正交試驗?zāi)軌蚝侠眚炞C多因素對注塑質(zhì)量的影響且效率高，是行業(yè)普遍采用的試驗方式，本試驗采用正交設(shè)計助手軟件對塑件Z向翹曲變形過大進行優(yōu)化研究，因X、Y方向變形較小，選取塑件Z方向的翹曲變形作為試驗指標，模具溫度（A）、熔料溫度（B）、填充時間（C）、保壓時間（D）、冷卻時間（E）為試驗因素進行4因素5水平正交試驗，表1所示為L16（45）正交試驗水平設(shè)計。

表1 L16（45）正交試驗水平設(shè)計

表2所示為L16（45）正交試驗方案結(jié)果，從試驗結(jié)果可知，模具溫度（A）對Z方向翹曲變形影響最大，其次為冷卻時間（E），熔料溫度（B），保壓時間（D）、填充時間（C），即A＞E＞B＞D＞C，將L16（45）正交試驗方案結(jié)果與方差分析結(jié)果進行驗證，方差分析結(jié)果如表3所示，正交試驗與方差分析結(jié)果保持一致，本正交試驗結(jié)果數(shù)據(jù)較為準確。

表2 L16（45）正交試驗方案結(jié)果

圖9 正交效應(yīng)折線圖

表3 方差分析

為了能更加直觀的反映各因素對Z方向翹曲的影響，繪制正交效應(yīng)折線如圖9所示，各影響因素折線圖最低點可以看出，模具溫度80℃、熔料溫度280℃、填充時間1.4s、保壓時間5s、冷卻時間30s時，塑件Z方向變形最小，得出最佳組合為A3B4C1D2E4。

5.2 參數(shù)優(yōu)化分析[9-10]

將優(yōu)化后的翹曲變形結(jié)果與優(yōu)化前的翹曲結(jié)果進行對比，優(yōu)化后的分析結(jié)果如圖10所示，塑件總翹曲變形最大為0.67mm，最小為0.03mm，變形量比之前減少15.49%，X方向翹曲變形最大為0.45mm，最小為-0.39mm，比之前減少11.58%，Y方向翹曲變形最大為0.29mm，最小為-0.26mm，比之前減少12.7%，Z方向翹曲變形最大為0.66mm，最小為-0.43mm，比之前減少15.5%，在工藝優(yōu)化后的基礎(chǔ)上，調(diào)整工藝參數(shù)對電子剎車分泵殼Z方向翹曲優(yōu)化較為明顯，使得塑件在X、Y、Z3方向的翹曲變形基本達到平衡，避免塑件由于單一方向翹曲變形過大造成收縮開裂、翹曲、縮水等注射成型缺陷。

圖10 優(yōu)化后的翹曲變形

6 生產(chǎn)驗證

將優(yōu)化后的試驗參數(shù)組合A3B4C1D2E4設(shè)定注射參數(shù)，再次進行生產(chǎn)驗證，通過多次重復(fù)試驗，隨機抽取樣品進行觀察，如圖11所示，由于塑件在X、Y、Z方向翹曲變形基本平衡，優(yōu)化后Z方向最大變形0.662mm，最小變形-0.428mm，優(yōu)化前Z方向最大變形0.723mm，最小變形-0.569mm，變形量降低15.635%，與理論分析數(shù)據(jù)基本保持一致，塑件表面沒有明顯外觀縮水與欠注缺陷，能夠滿足生產(chǎn)要求。

圖11 優(yōu)化后的注塑塑件

7 結(jié)論

（1）電子剎車分泵殼采用Pro/E軟件造型，MoldFlow CAD Doctor對三維模型進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，初擬成型方案與成型參數(shù)，通過模流分析，發(fā)現(xiàn)塑件在單一方向Z向翹曲變形過大，容易導(dǎo)致塑件收縮開裂、翹曲、局部縮水等注塑缺陷。

（2）通過正交試驗，選取塑件最大翹曲Z向翹曲變形作為試驗指標，對模具溫度、熔料溫度、填充時間、保壓時間、冷卻時間為試驗因素進行4因素5水平正交試驗，結(jié)合方差分析結(jié)果論證，得出最佳組合為A3B4C1D2E4，模具溫度80℃、熔料溫度280℃、填充時間1.4s、保壓時間5s、冷卻時間30s時，塑件Z方向翹曲變形最小。

（3）通過參數(shù)優(yōu)化，Z方向翹曲變形為1.09mm，比之前減少15.5%，與其余兩方向翹曲基本保持平衡，通過生產(chǎn)驗證，實際塑件檢測結(jié)果與理論分析數(shù)據(jù)基本保持一致，塑件表面沒有明顯外觀縮水、局部欠注缺陷，能夠滿足生產(chǎn)要求，為類似塑件注射成型工藝參數(shù)優(yōu)化設(shè)置提供良好的理論指導(dǎo)。