南瑞亭

(1.廣州市交通技師學(xué)院 機(jī)電工程系 2.華南理工大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院）

1 引言

注射成型是塑料的主要加工方法之一，其生產(chǎn)效率高，能成型外形復(fù)雜、尺寸精確或帶嵌件的注射制品；對各種塑料的加工適應(yīng)性強(qiáng)，因此得到了廣泛應(yīng)用。隨著塑料注射工藝在汽車、摩托車、家用電器、儀器儀表等行業(yè)中的廣泛運(yùn)用，有關(guān)注射過程規(guī)律的把握、注射工藝參數(shù)優(yōu)化的配置在國際上得到了廣泛的重視。而工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，對注射成型塑料制品質(zhì)量的要求越來越高，并且注射成型過程與一定工藝條件下高聚物的流變性能、熱傳導(dǎo)性能等密切相關(guān)，而且涉及復(fù)雜的物理動力學(xué)問題。傳統(tǒng)的作法是憑試模師傅，通過不斷試錯的方法實(shí)現(xiàn)參數(shù)的優(yōu)化配置，這使得制件很難滿足現(xiàn)代工業(yè)的要求。所以，本文希望通過正交試驗(yàn)的極差分析得出較優(yōu)的參數(shù)組合，以達(dá)到參數(shù)最優(yōu)配置的目的[1～3]。

目前國際上還沒有統(tǒng)一的對注塑件質(zhì)量的評估標(biāo)準(zhǔn)，只能大致上將注射成型質(zhì)量分為性能質(zhì)量和表面質(zhì)量。性能質(zhì)量包括制品內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)形態(tài)、制品密度、制品物理力學(xué)性能、熔接痕強(qiáng)度以及與塑料收縮特性有關(guān)的制品尺寸和形狀精度等；表面質(zhì)量包括表面粗糙度及表觀缺陷狀況等[4,5]。

翹曲是與塑料收縮特性有關(guān)的制品變形，是當(dāng)前注塑制品出現(xiàn)的主要缺陷之一。翹曲主要由冷卻不當(dāng)、分子取向不平衡、模具澆注系統(tǒng)設(shè)計有缺陷、脫模系統(tǒng)不合理以及成型條件設(shè)置不當(dāng)所引起[6]。

本文主要研究注射成型過程中常見的制品成型條件設(shè)置不當(dāng)所引起的翹曲問題，以液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD) 后背板為實(shí)驗(yàn)對象，對影響薄殼塑件翹曲變形的因素( 如模具溫度、熔體溫度、注射時間、保壓壓力、保壓時間、冷卻時間等) 進(jìn)行分析，并通過正交實(shí)驗(yàn)法找出最佳工藝參數(shù)組合。

2 工藝參數(shù)的優(yōu)化方案及分析

本次實(shí)驗(yàn)的目的是采用正交試驗(yàn)法找出塑件成型的最佳工藝參數(shù)組合，以改善和消除塑件的翹曲變形，提高塑件的質(zhì)量。正交試驗(yàn)是依據(jù)數(shù)據(jù)的正交性來進(jìn)行試驗(yàn)方案設(shè)計[7,8]，該方法的主要優(yōu)點(diǎn)：① 能在眾多的試驗(yàn)條件中選出代表性極強(qiáng)的少數(shù)試驗(yàn)條件；② 根據(jù)代表性強(qiáng)的少數(shù)試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)可推斷出最佳的試驗(yàn)條件或生產(chǎn)工藝；③ 通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)的進(jìn)一步分析處理，可以提供比試驗(yàn)結(jié)果本身多得多的對各因子的分析，比如哪些因素對成型質(zhì)量的影響會更大一些等；④ 在正交試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，可能使數(shù)據(jù)處理的計算變得簡單。

此正交試驗(yàn)中，將翹曲量作為質(zhì)量指標(biāo)，翹曲量越小，質(zhì)量越好。主要考察注射成型工藝參數(shù)對翹曲量的影響。影響塑件翹曲變形的因素(工藝參數(shù))主要有：模具溫度、注射時間、保壓壓力、保壓時間，每個因素3個水平(工藝參數(shù)的值)，表1為考察注射成型工藝參數(shù)對翹曲量影響的因素水平表。

由于試驗(yàn)是涉及4因素3水平的正交試驗(yàn)，故選用正交試驗(yàn)表L9(34)安排試驗(yàn)。表2為考察注射成型工藝參數(shù)對翹曲量影響的試驗(yàn)方案表。

表1 因素水平表

表2 試驗(yàn)方案

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 試驗(yàn)方案結(jié)果

如表3所示，由于RA>RB>RC，所以各因素由主到次的順序?yàn)椋篈（模具溫度）、B（注射時間）、C（保壓壓力）。

表3 試驗(yàn)方案結(jié)果分析

3.2 優(yōu)化方案的確定與探討

本實(shí)驗(yàn)中，試驗(yàn)指標(biāo)是翹曲量，指標(biāo)相對來說越小越好，應(yīng)選取每個因素的K1，K2，K3中最小的值對應(yīng)的那個水平，由于

A因素列：K1

B因素列：K1

C因素列：K3

所以優(yōu)化方案為：A1B1C3，即模具溫度85℃，注射時間0.6s，保壓壓力100%。

4 結(jié)論

⑴ 注射成型工藝優(yōu)化是涉及多因素多指標(biāo)的參數(shù)優(yōu)化配置問題；

⑵ 試驗(yàn)安排得是否合理，直接影響試驗(yàn)次數(shù)和效果。本文采用正交試驗(yàn)，并在極差分析法的指導(dǎo)下，成功得出了該試驗(yàn)條件下，各參數(shù)對翹曲量影響的優(yōu)先次序和注射成型工藝參數(shù)的最優(yōu)配置。即影響翹曲量的最重要因子是模具溫度；

⑶ 通過極差分析得到的最優(yōu)方案為：模具溫度85℃，注射時間0.6s，保壓壓力100%。

[1]劉來英.注射成型工藝[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2005.

[2]王崗,單巖.Moldflow 模具分析應(yīng)用實(shí)例[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社.2005.

[3]李玉蘭,林緒虹,劉桂雄.正交設(shè)計方法在優(yōu)化空瓶檢測圖像處理參數(shù)中應(yīng)用 Application of orthogonal design in optimizing parameters for the image processing of empty bottle detection system.光學(xué)精密工程 OPTICS AND PRECISION ENGINEERING, 2005(21).

[4]駱志高,楊虎振,周士沖.基于CAE技術(shù)的注塑模組合型腔流動平衡優(yōu)化設(shè)計[J].塑料工業(yè),2006,(11).

[5]周大路,黃薇.基于Moldflow技術(shù)的絕緣蓋注射成型分析[J].模具工業(yè), 2008,(03).

[6]黃曉燕.注塑成型模擬技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校學(xué)報, 2009,(01).

[7]路書芬. 注塑成型工藝參數(shù)對制品質(zhì)量影響的實(shí)驗(yàn)研究[D].鄭州大學(xué), 2006.

[8]陸寶山.注塑缺陷原因分析及改善對策[J].機(jī)械制造與自動化, 2009,(04)