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        汽車后視鏡殼體多級注射成型技術(shù)研究

        2022-07-26 09:35:30陳桂華張群威
        精密成形工程 2022年7期
        關(guān)鍵詞:工藝

        陳桂華,張群威

        汽車后視鏡殼體多級注射成型技術(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 研究多級注射成型技術(shù)對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設(shè)計并進(jìn)行生產(chǎn)試驗,研究熔體溫度、保壓壓力、保壓時間、一級注射速率、二級注射速率、三級注射速率、四級注射速率、五級注射速率等8個因素對殼體成型收縮率的影響。結(jié)果 一級注射速率對收縮率的影響最大,其次是保壓時間、二級注射率和熔體溫度,四級注射速率和保壓壓力的極差數(shù)值較小,對收縮率的影響較小。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,保壓時間為5 s,一、二、三、四、五級注射速率分別為30%、40%、85%、50%、20%。

        多級注射成型;后視鏡殼體;正交試驗;收縮率

        多級注射成型技術(shù)是在傳統(tǒng)單級注射成型技術(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。多級注射成型技術(shù)具有諸多的優(yōu)點,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)階段多級注射成型技術(shù)已經(jīng)成為研究的熱點[6-9]。

        張甲敏等[10]介紹了多級注射成型的主要控制參數(shù),并結(jié)合典型實例說明了正確運(yùn)用多級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)系多級注射原理,提出了分段設(shè)計原則及參數(shù)選擇方案。郁濱等[12]通過試驗證實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注射參數(shù),高效可靠。戴文利等[13]以PA6和PA1010為研究對象,研究了注射速率對樣品質(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]采用多級注塑工藝成型了冰箱用PS蔬菜盒制品,不但實現(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注射成型技術(shù)的原理和工藝控制,沒有結(jié)合實際產(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象,利用SPSS軟件進(jìn)行八因素四水平的正交試驗設(shè)計,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

        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),對應(yīng)牌號為ASA7045。成型過程中設(shè)定ASA的干燥溫度為85~95 ℃,干燥時間為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對應(yīng)相同的位置)。

        1.3 正交試驗設(shè)計

        利用SPSS軟件進(jìn)行八因素四水平正交試驗設(shè)計,根據(jù)ASA原材料特性和多級注射成型技術(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、保壓時間、一級注射速率、二級注射速率、三級注射速率、四級注射速率、五級注射速率。注射速率定義為注塑機(jī)最大注射速率的百分比,表1為此次試驗對應(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軟件正交試驗設(shè)計菜單生成的正交矩陣設(shè)計方案和對應(yīng)試驗結(jié)果,共計32組試驗,試驗結(jié)果的評價指標(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,說明該因素對收縮率指標(biāo)的影響越大。均值能夠反映單項工藝參數(shù)的最佳水平值,其值越大,說明該水平下的單項工藝越好,具體數(shù)據(jù)如表3所示。

        從表3的極差分析可知,一級注射速率的極差最大,說明該因素對收縮率的影響最大,其次是保壓時間、二級注射速率和熔體溫度,三者的極差比較相近,四級注射速率和保壓壓力的極差較小,說明它們對收縮率的影響較小。進(jìn)一步對均值進(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,保壓時間為5 s,一級注射速率為30%,二級注射速率為40%,三級注射速率為85%,四級注射速率為50%,五級注射速率為20%。

        表2 正交試驗及結(jié)果統(tǒng)計表

        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)計表

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

        圖2為不同因素對收縮率的影響曲線,圖3為基于最優(yōu)工藝組合制備的后視鏡殼體實物。從圖2可以比較直觀地看到每個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,可能是因為增加壓力有利于壓實熔體,同時也可以彌補(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)保壓時間減少時,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,以便得到密實的制品。當(dāng)注射速率較低時,熔體材料充腔的時間會相應(yīng)增加,此時制品易發(fā)生密度不均勻或者內(nèi)應(yīng)力增加等缺陷。文中最優(yōu)組合中一級至五級注射速率分別呈現(xiàn)出低速、低速、高速、中速、低速的特點,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)熔體材料流動到預(yù)制品的邊緣區(qū)域時,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 不同因素對收縮率影響

        圖3 汽車后視鏡殼體實物

        3 結(jié)論

        以汽車后視鏡為研究對象,基于正交試驗設(shè)計方法,利用SPSS軟件進(jìn)行八因素四水平正交試驗設(shè)計并開展生產(chǎn)試驗,通過將成型收縮率作為考核指標(biāo),對影響成型收縮率的熔體溫度、保壓壓力、保壓時間、五級的注射速率等8個因素工藝組合進(jìn)行正交試驗研究,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,保壓時間為5 s,一、二、三、四、五級注射速率分別為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,主要研究方向為材料成型工藝及其數(shù)值模擬技術(shù)。

        責(zé)任編輯:蔣紅晨

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