基于正交试验汽车灯罩缩痕深度工艺参数优化

庞龙凤

(杭州科技职业技术学院，杭州311402)

1 引言

传统的模具设计和工艺参数设置主要通过实物试模来反复调整工艺参数，缺乏科学依据，生产周期长，成本高[1]。因此，针对如何快速有效的寻求合适的工艺参数组合，得到高质量塑料制品的研究具有重要意义。

2 注塑系统的建立

2.1 汽车前灯的有限元仿真

首先运用UG软件对汽车前灯进行三维造型，如图1为汽车前灯的结构模型，该产品的长宽高分别为320*185*445 mm。

图1 汽车前灯的结构模型

2.2 浇注系统的设计

本文的浇注系统结合客户的要求，浇口选用侧浇口，痕迹小，加工方便，特别适用多型腔的两板式模具[2]，浇口及流道位置设置如图2所示。

图2 浇口及流道位置

2.3 冷却系统的设计

根据汽车前灯的结构特点，将大量的水井设置在模具型芯和型腔位置处，用以加强冷却，如图3,图4所示。

3 成型方案的初步模拟及结果分析

前灯的材料选用SABIC Innovative Plastics B.V.制造的Lexan LS2:PC。结合Moldflow软件中对该种材料推荐的工艺参数范围以及成型窗口分析确定初步成型工艺参数如表1所示。

图3 型芯侧水路分布图

图4 型腔侧水路分布图

表1 初步成型工艺参数

对此工艺设置进行冷却、填充、保压和翘曲分析得到主要缺陷是缩痕深度,从图5所示,可以得出制品的最大缩痕变形量为0.0660mm。根据企业要求，缩痕深度控制在0.02—0.05mm。

4 正交试验方案

利用规格化的正交试验表,既能减少盲目试模的次数,又能在较少的试验次数内使各因素得到较为全面的检验,通过数据处理还可以找出各试验因素对试验指标的影响程度[3]。

4.1 正交试验因素及水平

图5 缩痕估算

根据前面的分析，本文以缩痕深度为优化目标，以保压压力、保压时间、注射时间、V/P(速度/压力)转换四个变量为实验因素，根据实验因子和水平数量，采用四因子五水平的L25（54）正交表，假设各因素间无交互效应。根据材料工艺性分析，在工艺参数取值范围内，模具温度统一取80℃，熔体温度统一取280℃，建立因素水平表2并利用Moldflow软件对25个实验进行模拟，结果如表3。

4.2 正交试验结果极差分析

为得到指标与各因素的关系，寻找最佳成型工艺参数组合，极差分析可以求得不同因素在不同水平上的极差和平均值[4]。表4是当以缩痕深度为实验指标时，均值极差法对实验结果的分析，实验因子的显著性顺序与信噪比分析所得结果一致,即各因素对缩痕深度影响程度大小依次为：保压压力A>V/P转换D>注射时间C>保压时间B。

为了便于直观的观察因素的变化对指标的影响效果，做出各因素对各指标均值影响的趋势图[5]。

表2 因素水平表

从图6，可以看出，在本实验条件范围内，结合极差分析,当以缩痕深度为实验指标时，在实验因子保压压力A取水平5（105MPa）、实验因子保压时间 B 取水平 4（6.5s）、实验因子注射时间C取水平5（5s）、实验因子V/P转换D取水平1（100%）时，缩痕深度均值最小。

表3 正交试验表及试验结果

表4 缩痕深度均值极差分析

4.3 最佳工艺参数组合的验证

利用Moldflow软件，对优化后的工艺参数进行分析验证。模拟结果如图7所示,在最优方案A5B4C5D1下进行模拟分析得到的缩痕估算为0.0412mm，远小于原来工艺参数条件下的缩痕深度0.066mm。说明对改善翘曲变形起到明显作用。

图6 各因素对缩痕深度均值影响趋势图

图7 优化后的缩痕深度

5 结论

①以某工厂汽车前灯为研究对象,用正交试验法对Moldflow的结果进行多因子水平分析,得出了注塑成型工艺参数的优化配置以及试验条件下各因子对评价指标缩痕深度影响程度大小依次为：保压压力A>V/P转换D>注射时间C>保压时间B。

②对优化配置的工艺参数组合A5B4C5D1进行分析验证,优化后的缩痕深度为0.0412mm，远小于原来工艺参数条件下的缩痕深度0.066mm,达到优化目标的要求。