基于某款汽车遥控器外壳高温快速成型工艺优化

罗华云，冯永平，谢 晖

基于某款汽车遥控器外壳高温快速成型工艺优化

罗华云，冯永平，谢 晖

（南昌大学科学技术学院，江西省南昌市 330029）

以某款汽车遥控器外壳为例，结合计算机辅助工程、正交试验和方差分析研究了影响高温快速成型产品质量的工艺参数。结果表明：熔体温度对体积收缩率的影响最显著，其次是模具温度、注射压力、转保压力、注射时间。保压压力、保压时间和冷却时间对体积收缩率影响不大。选取熔体温度、模具温度、注射压力、注射时间、转保压力5个工艺参数建立多元回归产品质量预测模型，并通过实例验证算法的可行性，为高温快速成形工艺优化提出了一条新思路。

高温快速成型 汽车遥控器外壳 计算机辅助工程 方差分析 回归分析

随着工业技术迅速发展及人们生活水平的提高，客户对产品质量要求也越来越高，高温快速成型技术[1]以其精密、高效、节能、绿色环保等优势而快速发展。该技术的核心在于变模温注射成型，当前有关该技术的研究主要集中在模具温控技术和成型控制领域。本研究从工艺角度入手，以某款汽车遥控器外壳为例，在正交试验基础上，结合计算机辅助工程（CAE）和方差分析，研究了各工艺参数对高温快速成型产品质量的影响，描述了高温快速成型产品质量评价指标及其评价变量；结合多元回归分析对高温快速成型工艺参数进行有效预测与优化，以得出可用于指导生产实践的高温快速成型工艺优化方法。

1　高温快速成型产品质量评价指标及评价变量

图1为某款汽车遥控器外壳实体模型，产品尺寸为80 mm×20 mm×6 mm，主体壁厚2 mm，材料丙烯腈-苯乙烯-丁二烯三元共聚物为高光制件，采用高温快速成型技术生产。

图1　某款汽车遥控器外壳的实体模型Fig.1 Solid model of remote control shell for a certain car

对于工程优化问题，首先需要确定质量评价指标及评价变量。图2形象地表示了影响高温快速成型产品质量的因素。高温快速成型产品多为高光产品，因而产品质量评价指标可以通过影响产品表观质量的指标来确定，这里以体积收缩率作为主要评价指标。通过研究高温快速成型工艺，初步确定模具温度、熔体温度、注射压力、注射时间、保压压力、转保压力、保压时间和冷却时间等8个成型参数作为评价变量。

图2　高温快速成型工艺因素鱼刺图示意Fig.2 Fishbone diagrams of the factors influencing the rapid heat cycle molding technology

2　正交试验

2.1试验方案

通过正交试验，利用CAE进行模拟分析，初步确定选取8因素在3水平取值（见表1）。

表1　试验因素与水平Tab.1 Experimental factors and levels

按照正交试验设计L27（313）方案[2-3]考察8因素3水平对高温快速成型工艺的影响。利用Moldflow软件进行模拟分析，测出某款汽车遥控器外壳体积收缩率分别为3.976%，8.520%，10.170%，4.341%，8.476%，9.228%，4.609%，3.458%，5.867%，9.558%，10.230%，8.676%，8.903%，9.408%，7.685%，8.099%，4.780%，7.338%，10.220%，9.241%，9.888%，5.606%，8.578%，8.951%，5.688%，7.792%，7.424%。

2.2因素显著性分析

为确定各因数对体积收缩率的显著性影响，对正交试验获得的数据进行方差分析[4-10]，借助Matlab软件编程。从表2可以看出：熔体温度的显著统计量度最大，对体积收缩率影响最显著，其次是模具温度、注射压力、转保压力、注射时间；对体积收缩率影响较小的是保压压力、保压时间和冷却时间。

表2　体积收缩率的方差分析Tab.2 Variance analysis of the volume shrinkage

3　高温快速成型汽车遥控器外壳评价模型

3.1多元回归评价模型的建立

引入多元回归分析理论建立评价模型[11]。为建立高温快速成型汽车遥控器外壳的工艺参数与体积收缩率的关系，选取显著影响高温快速成型产品工艺参数中的模具温度、熔体温度、注射压力、注射时间、转保压力5个参数作为输入，而以体积收缩率作为输出。回归模型见式（1）。

式中：y为输出，xm为输入，bm为回归系数，m=1，2……k。

选取多元二项式中的完全二次模型，利用试验获得数据，借助Matlab编程软件，最终得到体积收缩率回归模型[见式（2）]。

3.2多元回归模型的检验

为判断模型是否合理，结合回归理论且借助Matlab软件，得到回归模型的检验指标[12-15]：体积收缩率对应模型的多元系数为0.968 6、检验统计量为109.222、显著型概率为0.000 69、剩余方差为5.531 6，回归效果比较理想。从图3可以看出：数据的残差离零点均较近，且残差的置信区间包含零点，说明回归模型比较合理。

图3　残差图Fig.3 Residual plots

3.3多元回归模型的预测

根据式（2）对汽车遥控器外壳的体积收缩率进行回归预测，为更好地通过回归模型进行预测，随机选取6组数据，通过Moldflow软件模拟得到6组数据的仿真值与回归模型的预测值。从表3可以看出：体积收缩率的仿真值与预测值间的误差为±5.0%，说明仿真值和预测值比较接近。因此，采用多元回归模型可以有效地预测和控制高温快速成型汽车遥控器外壳的体积收缩率。

表3　仿真与预测结果对比Tab.3 Comparison between the simulated results and the predicted results

4　结论

a）通过正交试验、CAE分析和方差分析可知，熔体温度对体积收缩率影响最显著，其次是模具温度、注射压力、转保压力、注射时间。保压压力、保压时间和冷却时间对体积收缩率影响不大。

b）建立的多元回归模型能够合理的预测汽车遥控器外壳的体积收缩率，由此找到了优化工艺参数、减少体积收缩率的方向，对企业实际生产具有一定的指导意义。

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Process optimization of rapid heat cycle molding technology based on a certain car remote control shell

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

The process parameters influencing product quality of rapid heat cycle molding technology were studied in combination of computer aided engineering, orthogonal experiments and variance analysis based on a certain car remote control shell. The results showed that the effect of melt temperature on the volume shrinkage was the most significant followed by mold temperature, injection pressure, holding pressure and injection time. The packing pressure, packing time and cooling time had less influences on the volume shrinkage. A multiple regression product quality prediction model was established by means of selecting the process parameters of melt temperature, mold temperature, injection pressure, injection time and holding pressure. A new idea was proposed for the process optimization of the rapid heat cycle molding technology through validating the feasibility of the experiments by some examples.

rapid heat cycle molding；car remote control shell；computer aided engineering；variance analysis；regression analysis

TQ 22/35

B

1002-1396（2015）06-0056-03

2015-05-27；

2015-08-26。

罗华云，女，1981年生，硕士，讲师，现主要从事模具CAD/CAE/CAM的教学及研究工作。联系电话：13576047735；E-mail：happyegg2001@163.com。

江西省高等学校教学改革研究省级课题（JXJG-14-28-10），江西省南昌大学科学技术学院自然科学科研基金（2012-ZR-02）。