李明， 李仁勇， 趙良軍， 蘇童

（重慶長(zhǎng)安汽車(chē)股份有限公司， 重慶 401120）

0 引 言

隨著汽車(chē)行業(yè)的高速發(fā)展，可以選擇的車(chē)型越來(lái)越多，消費(fèi)者不再滿(mǎn)足于基本的出行功能，對(duì)汽車(chē)內(nèi)飾品質(zhì)的要求也越來(lái)越高。PC+ABS塑料的力學(xué)性能和耐候性?xún)?yōu)良，大量運(yùn)用在汽車(chē)內(nèi)飾的外觀(guān)件上，但該塑料成型的塑件易出現(xiàn)外觀(guān)色差問(wèn)題，降低了內(nèi)飾的品質(zhì)?，F(xiàn)以汽車(chē)組合儀表罩為例，介紹解決PC+ABS塑件色差問(wèn)題的方案。

1 組合儀表罩結(jié)構(gòu)及色差問(wèn)題

圖1所示為組合儀表罩結(jié)構(gòu)，整體為橢圓筒狀，外側(cè)有不均勻的翻邊，外形尺寸為370 mm × 170 mm × 130 mm，基本壁厚為2.5 mm，表面處理為細(xì)皮紋。塑件內(nèi)側(cè)為高可視區(qū)域，背面有卡扣、加強(qiáng)筋等特征，材料選用PC+ABS，收縮率為0.5%，推薦加工工藝參數(shù)如表1所示。

表1 推薦加工工藝參數(shù)

圖1 組合儀表罩結(jié)構(gòu)

圖2方框所示為組合儀表罩色差問(wèn)題，局部區(qū)域的顏色與周?chē)灰恢隆?/p>

圖2 色差問(wèn)題

2 色差問(wèn)題影響因素分析

塑件A面（外觀(guān)面）的一部分色差形狀和其上加強(qiáng)筋所處的位置基本一致，塑件結(jié)構(gòu)可能是影響因素之一，如圖3所示。

圖3 色差缺陷1處塑件局部結(jié)構(gòu)

塑件A面的一部分色差形狀和模具上的滑塊成型處形狀一致[1]，如圖4所示，成型塑件此處并無(wú)其他特征，此處滑塊是成型塑件的安裝點(diǎn)，不能取消。模具上將斜導(dǎo)柱拆除，滑塊變成鑲件，此處色差問(wèn)題無(wú)變化，說(shuō)明色差和滑塊運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)[2]。由于滑塊尺寸較小，未設(shè)計(jì)冷卻水路，成型塑件時(shí)滑塊溫度與周邊區(qū)域不一致，局部溫度差異可能是影響因素之一[3]。在實(shí)際成型塑件過(guò)程中還發(fā)現(xiàn)保壓壓力、保壓時(shí)間及模具溫度對(duì)色差問(wèn)題也有影響[4]。

圖4 色差缺陷2處模具局部結(jié)構(gòu)

3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)分析

經(jīng)初步分析，確定影響成型塑件色差問(wèn)題的關(guān)鍵因素有5項(xiàng)，分別為塑件結(jié)構(gòu)（A）、局部溫度差異（B）、保壓壓力（C）、保壓時(shí)間（D）及模具溫度（E）。根據(jù)推薦的成型工藝參數(shù)及實(shí)際生產(chǎn)情況，定義關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)的高低水平如表2所示。

表2 工藝參數(shù)的高低水平

在Minitab軟件中創(chuàng)建5因子2水平的試驗(yàn)設(shè)計(jì)（design of experiment，DOE）分析，試驗(yàn)得出結(jié)果如表3所示。圖5所示為試驗(yàn)過(guò)程的照片，評(píng)分值為主觀(guān)評(píng)價(jià)，10分制，1分為最佳，該試驗(yàn)僅關(guān)注色差問(wèn)題，熔接痕等缺陷不在評(píng)價(jià)范圍，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)需綜合考慮。

表3 試驗(yàn)結(jié)果

圖5 試樣照片及評(píng)價(jià)結(jié)果

對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，根據(jù)圖6得出結(jié)論：塑件結(jié)構(gòu)對(duì)色差問(wèn)題無(wú)影響，局部溫度差異、保壓壓力、保壓時(shí)間及模具溫度為顯著因子，影響力排序?yàn)榫植繙囟炔町悾颈簤毫Γ颈簳r(shí)間＞模具溫度。

圖6 Pareto圖

試驗(yàn)得出的回歸方程如式（1）所示，根據(jù)回歸方程可知色差與4個(gè)因子的函數(shù)關(guān)系，將已知各因子數(shù)值代入函數(shù)可以得出色差值，運(yùn)用回歸方程可以在不進(jìn)行實(shí)際操作的情況下，根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)色差值反推因子最優(yōu)解，節(jié)省制造成本。

用響應(yīng)優(yōu)化器進(jìn)一步分析得到最優(yōu)解如圖7所示。根據(jù)圖7最優(yōu)解可知：在材料物性、模具結(jié)構(gòu)及實(shí)際生產(chǎn)允許的前提下，局部溫度差異越小越好，保壓壓力越小越好，保壓時(shí)間越短越好，模具溫度越高越好。

圖7 最優(yōu)解

4 解決方案

4.1 局部溫度差異優(yōu)化

局部溫度差異優(yōu)化是靠冷卻系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)，為了保證模具各個(gè)區(qū)域溫度均勻，動(dòng)、定模的冷卻水路排布要充分[5]，重點(diǎn)是滑塊的冷卻水路設(shè)計(jì)，小滑塊冷卻水路設(shè)計(jì)容易被忽略，可視區(qū)域的滑塊必須設(shè)計(jì)冷卻水路，滑塊空間不足可以采用“水井”形式的冷卻水路[6]，如圖8所示。

圖8 滑塊冷卻水路

4.2 保壓壓力及保壓時(shí)間優(yōu)化

如果只調(diào)整注射工藝參數(shù)而保持其他參數(shù)不變，降低保壓壓力及縮短保壓時(shí)間會(huì)產(chǎn)生熔接痕等其他缺陷，導(dǎo)致成型塑件不合格。最終優(yōu)化的方向是在低保壓的情況下達(dá)到高保壓的效果，同時(shí)不產(chǎn)生其他缺陷，這就需要從塑件壁厚和進(jìn)澆方案兩方面同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。

4.2.1 塑件壁厚優(yōu)化

塑件壁厚優(yōu)化的重點(diǎn)是防止產(chǎn)生熔接痕，主體壁厚需均勻一致，避免突變，加強(qiáng)筋位厚度小于0.4倍主體壁厚，重要的安裝結(jié)構(gòu)考慮根部厚度減薄，通過(guò)抽芯機(jī)構(gòu)脫模，如圖9所示。

圖9 塑件壁厚優(yōu)化

4.2.2 進(jìn)澆方案優(yōu)化

進(jìn)澆方案優(yōu)化的重點(diǎn)是減少澆注系統(tǒng)的壓力損失，縮短流道長(zhǎng)度[7]，同時(shí)避免流道內(nèi)熔體過(guò)早凝固影響補(bǔ)縮，因此熱流道澆口數(shù)量要充足[8]，澆口尺寸要盡量設(shè)計(jì)大些，普通流道截面積也要盡量設(shè)計(jì)大些，流道長(zhǎng)度盡量縮短。優(yōu)化后的進(jìn)澆方案如圖10所示，為了規(guī)避傳統(tǒng)方案的缺點(diǎn)，優(yōu)化方案增加了1個(gè)熱流道，普通流道長(zhǎng)度縮短至50 mm，澆口深度增加為0.5倍主體壁厚，總體流道長(zhǎng)度縮短至250 mm以?xún)?nèi)。

圖10 進(jìn)澆方案優(yōu)化

4.3 模具溫度優(yōu)化

模具溫度優(yōu)化的重點(diǎn)是提升模具溫度，故用熱水來(lái)冷卻，不能使用常溫水（25 ℃左右）冷卻。模具水管需更換為耐高溫水管，生產(chǎn)時(shí)接模溫機(jī)，按實(shí)際需求設(shè)置模具溫度。

5 優(yōu)化后效果

按上述方案優(yōu)化后的塑件外觀(guān)品質(zhì)有大幅提升，無(wú)明顯色差缺陷，滿(mǎn)足質(zhì)量要求，如圖11所示。實(shí)際生產(chǎn)中，模具溫度設(shè)置為75 ℃，滑塊通冷卻水，保壓壓力設(shè)置為50 MPa，保壓時(shí)間設(shè)置為3 s，與DOE試驗(yàn)分析結(jié)果相符。

圖11 優(yōu)化后效果

6 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，PC+ABS塑料的塑件外觀(guān)色差問(wèn)題由多種因素共同作用產(chǎn)生，通過(guò)DOE試驗(yàn)進(jìn)行分析，找出關(guān)鍵影響因素：局部溫度差異、保壓壓力、保壓時(shí)間及模具溫度，并找到解決方案。為保證成型塑件的品質(zhì)，在設(shè)計(jì)塑件結(jié)構(gòu)時(shí)需要規(guī)避設(shè)計(jì)缺陷，在設(shè)計(jì)模具時(shí)需要優(yōu)化進(jìn)澆方案并提升冷卻效果，在注射工藝參數(shù)調(diào)試環(huán)節(jié)需要遵循“一高兩低”的原則。