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        基于Moldflow與均勻試驗設(shè)計的汽車前格柵注塑工藝參數(shù)優(yōu)化

        2021-07-27 01:12:38田夢婕孟丹琦王家濤
        關(guān)鍵詞:變形

        陳 旭 田夢婕 周 楊 孟丹琦 王家濤

        (江蘇師范大學科文學院,徐州 221132)

        目前,合成高分子材料已成為人類不可或缺的新型材料,與鋼鐵、木材和水泥成為現(xiàn)代社會的4大基礎(chǔ)材料,廣泛應用于信息、工業(yè)以及交通運輸?shù)葒窠?jīng)濟領(lǐng)域。近年來,我國塑料制品業(yè)發(fā)展迅速,成為我國國民經(jīng)濟的重要組成部分。日常生產(chǎn)中,人們對注塑產(chǎn)品的要求越來越高。隨著汽車產(chǎn)品的飛速發(fā)展,汽車輕量化的呼聲日益高漲。塑料材料在汽車行業(yè)中逐步被認可及運用,但要保證產(chǎn)品的安全性,這對塑料零配件的性能提出了更高的要求。在實際生產(chǎn)和使用過程中,翹曲變形量是影響注塑件質(zhì)量的關(guān)鍵因素。因此,利用Moldflow、Croe和Matlab等軟件,優(yōu)化注塑參數(shù),獲得最佳注塑條件,以降低翹曲變形量,從而在生產(chǎn)應用中節(jié)約試模成本,減少缺陷,提高塑件質(zhì)量[1]。

        1 初始設(shè)計與分析

        1.1 零件圖分析

        利用Creo軟件繪制如圖1所示的汽車前格柵三維模型。該零件外形尺寸為1 200 mm×15 mm×130 mm。氣格柵整體壁厚較為均勻,平均壁厚為15 mm。設(shè)有槽、通孔、螺紋孔以及肋板等,總體結(jié)構(gòu)細節(jié)十分復雜。氣格柵對汽車前端起一定保護作用,對發(fā)動機艙的各路管道起一定保護作用,在功能上還具有散熱進氣的作用。該零件材料為PC與ABS混合并添入無機纖維形成的復合材料,整體力學性能好,有一定的加工流動性,便于加工成型,不會被銹蝕,耐沖擊,具有較好的耐磨耗性,絕緣性好,導熱性低。

        圖1 汽車前格柵三維模型

        1.2 模型優(yōu)化

        將汽車前格柵三維模型導入Moldflow。為了提高模流分析的準確性,對有缺陷的網(wǎng)格進行網(wǎng)格修復。本制品通過運用Moldflow中的網(wǎng)格修復工具,將模型網(wǎng)格最大縱橫比降到20以下,將網(wǎng)格的匹配百分比提升至89.9%,從而達到了分析要求[2]。

        2 工藝參數(shù)優(yōu)化

        2.1 均勻試驗設(shè)計

        均勻試驗設(shè)計是從均勻性出發(fā)的實驗設(shè)計,使實驗點在所屬范圍內(nèi)充分地均勻分散。不僅可以大大減少試驗點,而且能得到反映試驗體系主要特征的實驗結(jié)果,即只需考慮試驗點在試驗范圍內(nèi)平均分布的一種試驗設(shè)計方法,便可大大降低試驗次數(shù)[3]。選取翹曲變形量作為試驗指標,選取模具溫度、熔體溫度、保壓壓力、保壓時間、注射壓力、注射時間、冷卻時間、開模時間等8個試驗因素,根據(jù)基礎(chǔ)因素水平,設(shè)定因素變化范圍及相應水平間隔,設(shè)計如表1所示的U13(138)均勻試驗表。

        表1 - 均勻試驗方案結(jié)果

        2.2 影響顯著性比較

        將參數(shù)輸入Moldflow,模擬生產(chǎn)過程,獲得13組翹曲變形量,結(jié)果見表1。通過SPSS軟件進行回歸分析,得到標準化回歸系數(shù)P、F值檢驗和復相關(guān)系數(shù)R值。標準化回歸系數(shù)P代表各因素x對實驗結(jié)果y的重要性。P值越大,對應的因素越重要[4]。通過SPSS軟件分析,可獲得8因素對翹曲變形量影響最大的是注射時間。F值服從自由度(m,n-m-1)的分布,在給定顯著水平α(0.05和0.01)下,F(xiàn)=1.063。查表F(F分布表α=0.05)得,F(xiàn)<6.04,所以y(翹曲變形量)與x1(熔體溫度)、x2(模具溫度)、x3(保壓時間)、x4(保壓壓力)、x5(注射壓力)、x6(注射時間)、x7(冷卻時間)、x8(開模時間)無明顯線性關(guān)系。

        根據(jù)顯著性檢驗要求,R>Rmin時,說明y與x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8之間存在密切線性關(guān)系。通過SPSS軟件計算,得R=0.825。查詢復相關(guān)系數(shù)R表,得Rmin=0.684。綜上,得R>Rmin。

        所以,通過Matlab建立線性回歸方程,由:

        得:

        2.3 遺傳算法優(yōu)化

        通過Matlab軟件中遺傳算法工具箱優(yōu)化模型,結(jié)果如圖2所示。可見,獲得的最優(yōu)參數(shù)組合是熔體溫度180 ℃,模具溫度50 ℃,保壓時間8 s,保壓壓力54 MPa,注射壓力96 MPa,注射時間20 s,冷卻時間20.001 s,開模時間3 s,最小翹曲量是4.676 mm。

        3 結(jié)語

        在模具溫度、熔體溫度、保壓壓力、保壓時間、注射壓力、注射時間、冷卻時間、開模時間等8個因素的研究范圍內(nèi)探討,得到F值的結(jié)果為非顯著線性相關(guān)。但是,探討P、R值時,在相應范圍內(nèi)顯著。所以,模具溫度、熔體溫度、保壓壓力、保壓時間、注射壓力、注射時間、冷卻時間、開模時間等8個因素與翹曲變形量是線性關(guān)系,通過回歸分析得出了注塑成型工藝參數(shù)試驗條件下注射時間對翹曲和體積收縮的影響程度較顯著,可為實際注塑工藝參數(shù)的設(shè)置提供理論指導[5]。

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