王妍婕

廣汽本田汽車有限公司 廣東 廣州 510000

引言

工業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶動塑料制品應(yīng)用在各個領(lǐng)域，利用塑料制品輕重量、低成本、高耐腐蝕以及染色等優(yōu)勢，汽車的內(nèi)飾件、外裝件以及功能結(jié)構(gòu)件都應(yīng)用塑料制品，尤其是汽車保險杠應(yīng)用塑料制品，成為減少汽車變形關(guān)鍵的部件。轎車前后保險杠使用塑料制品，本文通過正交試驗設(shè)計方法利用Moldflow模擬分析計算出翹曲變形的影響因素，綜合比較各工藝參數(shù)下翹曲變形，確定注塑成型工藝參數(shù)，然后Moldflow模擬出參數(shù)實際效果，驗證參數(shù)組合正確性。

1 實驗部分

1.1 保險杠模型

某品牌轎車前保險杠作為模型進行試驗研究，按照1/2等比例制作前保險杠模型，模型規(guī)格為1688×688×513mm，厚度控制在2.8-3.0mm范圍內(nèi)。Moldflow軟件前期對有限元模型進行分析，澆口、填充平衡性以及外觀熔接都是分析對象，對以上對象進行綜合性分析，根據(jù)分析結(jié)果確定澆口設(shè)計方案。本文采用正交試驗的方式，在不同注塑成型工藝參數(shù)交互作用下，以及按照不同工藝參數(shù)的配比，分析翹曲收縮變形對保險杠模型的影響。

1.2 注塑機和原材料性能參數(shù)

選用型號HTFIOOOW2寧渡海天塑料注射成型機，該機型參數(shù)如下：鎖模力10000kN；注射容量4847cm3；螺桿直徑110mm；塑化能力104B；最大注射壓力174MPa；注射行程510N。該機型以上的機型參數(shù)輸入到Moldflow軟件，在Moldflow軟件注塑機數(shù)據(jù)庫內(nèi)準(zhǔn)備進行模擬分析。保險杠的材料選用揚子石化生產(chǎn)的材料，材料為高抗沖聚丙烯(PP)1215C，材料的固體密度為8895g/cm3，熔體密度為7218g/cm3。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實驗方案設(shè)計

保險杠的注塑過程在溫度和壓力變化下，塑料制件體積和密度也會發(fā)生變化，直接影響到制件的翹曲變化。其中翹曲變形發(fā)生的變化，通常受到以下工藝參數(shù)影響：熔體溫度→模具溫度→注射時間。以上工藝參數(shù)雖然對翹曲變形的影響不同，但是每個參數(shù)間產(chǎn)生相互制約的關(guān)系。正交實驗過程分析可知，相應(yīng)條件以及因素對試驗最優(yōu)水平組合的影響，以及實驗因素對試驗指標(biāo)的影響都會按照大小通過排列的方式展示出來。在列表中分析每個因素的影響作用，最終確定最佳參數(shù)水平組合，降低對翹曲變形的影響。實驗設(shè)計按照以下流程進行：（1）確定模擬試驗?zāi)康?。因素以及因素水平；?）制作因素水平表、正交表；（3）確定試驗?zāi)Ｐ?；?）進行Moldflow模擬分析；（5）計算模擬實驗結(jié)果，處理數(shù)據(jù)；（6）確定最佳參數(shù)水平組合；（7）驗證模擬試驗數(shù)據(jù)。通過分析可知，翹曲變形影響因素主要指標(biāo)包括以下幾種：（1）選擇熔體溫度(A)；（2）模具溫度(B)；（3）注射時間(C)；（4）保壓壓力(D)；（5）保壓時間(E)。

制件過程產(chǎn)生的翹曲變形因素有三種：（1）冷卻差異。在模腔內(nèi)分布差異性的溫度，引發(fā)不均勻熱收縮；（2）收縮差異。產(chǎn)品的不同位置由于不均勻體積收縮，導(dǎo)致塑料制品厚度出現(xiàn)收縮差異性，結(jié)晶度不同的薄壁以及厚壁位置，會出現(xiàn)不均勻收縮現(xiàn)象；（3）取向差異。平行方向和垂直方向分子排列，出現(xiàn)明顯的收縮差異現(xiàn)象。

制件在增高的溶體注射溫度下翹曲變形會減小，翹曲變形最小值通常出現(xiàn)在230℃，一段時間后會有所增加。溶體溫度的變化，會影響到制件成型翹曲收縮，包括熱收縮、結(jié)晶收縮、取向收縮以及補壓收縮。若升高溶體溫度，會減小溶體黏度，增強充模和保壓收縮能力，降低翹曲收縮變形。若增加料體的溫度，在保壓和冷卻定型階段的制件，都會出現(xiàn)明顯的熱收縮、結(jié)晶收縮以及取向收縮現(xiàn)象，即使溫度上升到230℃，翹曲變形上升情況仍然存在。模具溫度上升會導(dǎo)致制件出現(xiàn)明顯的翹曲變形，翹曲變形趨勢變化不是很明顯。在澆口凍結(jié)后制件脫模前，模具溫度對制件翹曲收縮的影響較為明顯。澆口凍結(jié)后對制件進行填充和保壓，不會出現(xiàn)翹曲變形。升高橫溫后，會增加冷卻定型時間，制件完成脫模會增加翹曲變形。

影響保險杠翹曲變形的參數(shù)，還包括不同時間的注射以及不同壓力的保壓。增加注射時間，制件的翹曲變形影響會降至最低，注射時間按照螺桿連續(xù)推進壓縮熔體入模連續(xù)時間確定。若較短的注射時間，增加注射速度，熔體內(nèi)會受到較強的剪切力作用，導(dǎo)致結(jié)晶和取向間的作用力明顯增強，翹曲變形的趨勢不斷增加。

保壓壓力增加可以降低制件的翹曲變形，若壓力增至45MPa或者更高，制件翹曲變形會更加明顯。較高的保壓壓力會增加模腔內(nèi)制品的密實度，模腔彈性逐漸恢復(fù)，減少翹曲收縮現(xiàn)象的發(fā)生。若超高的保壓壓力，模具會發(fā)生溢料情況，出現(xiàn)較為強烈的流動參與應(yīng)力，翹曲變形仍會增加。

不同保壓時間對保險杠的翹曲變形量影響較為特殊，若保壓時間增加之間的翹曲變形會降低，拖增加保壓時間，可以將溶體不斷引入到型腔內(nèi)，填充冷卻后產(chǎn)生的收縮縫隙，降低型腔內(nèi)的應(yīng)力，避免制件出現(xiàn)明顯的翹曲變形。

2.2 最佳工藝參數(shù)組合及實驗驗證

翹曲變形的影響程度，會在同工藝參數(shù)下發(fā)生變化，按照重要程度大小進行排列，分別為模具溫度為最大，保壓時間、注射時間、溶體溫度依次降低，最小為保壓壓力，最終得出最佳工藝參數(shù)組合為A4B1C5D2E5，按照最佳工藝參數(shù)優(yōu)化后的結(jié)果，輸入到Moldflow軟件分析模流，制件翹曲變形由最大降至7166mm，在該工藝參數(shù)下獲得的制件，受到翹曲變形的影響最小。

3 結(jié)論

綜上所述，利用Moldflow模擬分析技術(shù)和正交試驗設(shè)計，進行保險杠塑料制件注塑成型各影響因素進行分析可知，制件發(fā)生翹曲變形與注塑成型工藝參數(shù)有直接關(guān)系。按照影響大小排列，分別為模具溫度為最大，保壓時間、注射時間、溶體溫度依次降低，最小為保壓壓力，在不同水平狀態(tài)下制品的翹曲變形影響趨勢和原因，確定最終的最佳工藝參數(shù)組合。最佳工藝參數(shù)組合輸入到Moldflow模擬進行分析可知，制件的翹曲變形好于原有的狀態(tài)，證明注塑成型試驗與Moldflow的驗證結(jié)果相符。