羅華云，馮永平

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

基于田口實驗的快速冷熱成型MP4外殼注塑工藝優(yōu)化

羅華云，馮永平

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

根據(jù)快速冷熱成型特點，以某款MP4外殼為例，采用Moldflow2012軟件分析了引起翹曲變形的原因；利用田口實驗的正交表和Moldflow2012軟件，以減小產(chǎn)品的翹曲變形量和體積收縮率為研究目標(biāo)，通過極差分析了5個研究變量對翹曲變形量和體積收縮率的影響，并且通過研究田口實驗方法中的望小特性，得出了綜合評價塑件質(zhì)量研究目標(biāo)的最佳工藝參數(shù)組合：熔體溫度為235 ℃、模具溫度為75 ℃、保壓壓力為85 MPa、注射壓力為75 MPa、注射時間為6 s，并驗證了其合理性。

田口實驗 快速冷熱成型 工藝參數(shù) 望小特性

快速冷熱成型技術(shù)［1-3］主要原理是利用三維無匯線模具及溫控設(shè)備，使模具內(nèi)的溫度快速加熱及冷卻，從而使塑件表面質(zhì)量得到顯著改善。體積收縮率和翹曲變形是影響塑件產(chǎn)品質(zhì)量的主要問題。本工作以某款MP4外殼為例，從快速冷熱成型工藝入手，利用田口實驗方法（即通過實驗進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)最佳化設(shè)計的方法）的正交表和Moldflow2012軟件進(jìn)行分析，以減小產(chǎn)品的翹曲變形量和體積收縮率為研究目標(biāo)，通過極差分析，分析了主要工藝參數(shù)對翹曲變形量和體積收縮率的影響及最佳工藝參數(shù)組合，并利用田口實驗設(shè)計中的望小特性（即研究的目標(biāo)函數(shù)值越小，品質(zhì)越佳）得出了綜合評價塑件質(zhì)量研究目標(biāo)的最佳工藝參數(shù)組合，并驗證了其合理性。

1 MP4外殼快速冷熱成型產(chǎn)品信息

某款MP4外殼尺寸為85 mm×35 mm×6 mm，壁厚為1 mm，基材為ABS樹脂，樹脂牌號為Lustran-ABS-1146，密度為1.054 1 g/cm3，最大剪切應(yīng)力為0.28 MPa，最大剪切速率為5 000 s-1，計算收縮率為0.55%，吸水率為0.3%，通過UG三維造型，導(dǎo)入Moldflow2012軟件，網(wǎng)格類型為雙層面，采用冷卻、填充、保壓、翹曲，一模兩腔，側(cè)澆口，進(jìn)行網(wǎng)格劃分，修改后的網(wǎng)格單位為8 503個，匹配比例為89.5%，產(chǎn)品模型和計算機(jī)輔助工程（CAE）分析模型見圖1。

圖1 MP4外殼模型及其CAE分析模型Fig.1 Model and CAE analysis model of MP4 cover

2 翹曲變形原因分析

利用Moldflow2012軟件對MP4外殼進(jìn)行模擬分析［4-6］。從圖2可以看出：由于冷卻不均引起的翹曲變形量為0.009 6 mm，收縮不均引起的翹曲變形量為0.269 2 mm，而取向因素引起的翹曲變形量近似為0，所以造成翹曲變形量的主要原因是收縮不均引起的，其次是冷卻不均，而取向因素沒有什么影響。

圖2 MP4外殼翹曲變形原因分析結(jié)果Fig.2 Results of cause analysis on warping deformation of MP4 cover

3 田口實驗設(shè)計

田口實驗設(shè)計［7-9］選取熔體溫度、模具溫度、保壓壓力、注射壓力和注射時間作為研究變量，體積收縮率和翹曲變形量作為研究目標(biāo)，各研究變量取值見表1。

表1 5因素和4水平取值Tab.1 5 variables and 4 level values

采用田口實驗中的L16（45）正交表進(jìn)行實驗，根據(jù)快速冷熱成型工藝，借助Moldflow2012軟件分析，得到某款MP4外殼的體積收縮率見表2。以體積收縮率和翹曲變形量為研究目標(biāo)，依據(jù)田口實驗中相關(guān)信噪比（S/N）理論，采用望小特性，塑件產(chǎn)品質(zhì)量的綜合研究目標(biāo)見式（1）。

表2 正交試驗測試結(jié)果Tab.2 Testing results of orthogonal samples

式中：y1表示體積收縮率，y2表示翹曲變形量，Y表示綜合研究目標(biāo)。

4 變量對研究目標(biāo)的影響

利用極差法對L16（45）正交表獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（見表3）。K表示第i研究目標(biāo)第j水平，其中i=1～2，j=1～4，Km1～Km4表示采用望小特性分析的綜合評價的均值；R1n，R2n，Rn分別表示體積收縮率、翹曲變形量和綜合研究目標(biāo)的極差［10-15］。

表3 正交實驗結(jié)果的極差分析Tab.3 Range analysis of orthogonal experiment

通過對體積收縮率的極差分析可知：注射時間影響最大，其次是熔體溫度和模具溫度，最后是注射壓力和保壓壓力，最佳工藝參數(shù)組合為：熔體溫度235 ℃，模具溫度80 ℃，保壓壓力85 MPa，注塑壓力100 MPa，注塑時間6 s，借助Moldflow2012軟件得到的5變量4水平對體積收縮率的影響趨勢見圖3。

圖3 5變量4水平對體積收縮率的影響趨勢Fig.3 Influence of five variables and four levels on volume shrinkage

通過對翹曲變形量的極差分析可知：注射壓力影響最大，其次是熔體溫度和注射時間，最后是保壓壓力和模具溫度，其最佳工藝參數(shù)組合：熔體溫度為235 ℃，模具溫度為75 ℃，保壓壓力為85 MPa，注塑壓力為175 MPa，注塑時間為6 s，借助Moldflow2012軟件得到5變量4水平對翹曲變形量的影響趨勢見圖4。

圖4 5變量4水平對翹曲變形量的影響趨勢Fig.4 Influence of five variables and four levels on warping deformation

通過對體積收縮率和翹曲變形量進(jìn)行綜合研究進(jìn)行極差分析可以得出：注射時間的影響最大，其次是注射壓力和熔體溫度，最后是保壓壓力和模具溫度。采用田口實驗方法中的S/N理論，由于S/N理論值越大，塑件產(chǎn)品的質(zhì)量越好，因此，綜合評價塑件質(zhì)量研究目標(biāo)的最佳工藝參數(shù)組合為：熔體溫度235 ℃、模具溫度75 ℃、保壓壓力85 MPa、注射壓力75 MPa、注射時間6 s，借助Moldflow2012軟件5變量4水平對綜合評價質(zhì)量的影響趨勢見圖5。

通過以上分析得到MP4外殼表面質(zhì)量最佳工藝參數(shù)組合：熔體溫度為235 ℃、模具溫度為75℃、保壓壓力為85 MPa、注射壓力為75 MPa、注射時間為6 s。以此工藝參數(shù)組合，通過Moldflow2012軟件模擬，產(chǎn)品模型分析結(jié)果見圖6，體積收縮率為4.835 0%、翹曲變形量為0.120 1 mm，滿足MP4塑件質(zhì)量要求。

圖5 5變量4水平對綜合評價質(zhì)量的影響趨勢Fig.5 Influence of five variables and four levels on comprehensive evaluation of quality

圖6 MP4外殼的體積收縮率和翹曲變形量Fig.6 Volume shrinkage and warping deformation of MP4 cover

5 結(jié)論

a）利用Moldflow2012軟件對某款MP4外殼進(jìn)行模擬分析，得知引起翹曲變形的主要原因是收縮不均。

b）通過分析田口實驗設(shè)計中望小特性，得出綜合評價塑件質(zhì)量研究目標(biāo)的最佳工藝參數(shù)組合，即熔體溫度為235 ℃、模具溫度為75 ℃、保壓壓力為85 MPa、注射壓力為75 MPa、注射時間為6 s，并驗證了該優(yōu)化組合的合理性，為企業(yè)生產(chǎn)提供了理論指導(dǎo)。

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Optimization for rapid heat cycling molding process of MP4 cover based on Taguchi experiment

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

The causes of warpage on the cover of a MP4 were analyzed by Moldflow2012 software based on characteristics of rapid heat cycling. The orthogonal table of Taguchi experiment and Moldflow2012 were used to reduce the warping deformation and volume shrinkage， the impact of five research variables on warping deformation and volume shrinkage rate were analyzed via range. The property of smaller-the-better in Taguchi methods was studied to conclude that the optimal technological parameters combination of the comprehensive evaluation on parts quality are：melt temperature is 235 ℃， die temperature is 75 ℃， packing pressure is 85 MPa， injection pressure is 75 MPa， and injection time is 6 s， which have been verified.

Taguchi experiment； rapid heat cycling； technological parameter； smaller-the-better

TP 391.72

B

1002-1396（2017）01-0066-04

2016-08-12；

2016-10-27。

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

江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究省級課題（JXJG-14-28-10）資助項目，江西省高等學(xué)校教學(xué)改革研究省級課題（JXJG--15-30-3）資助項目。