基于Moldflow與正交試驗設計的汽車前格柵注塑工藝參數優化

王家濤 田夢婕 尚昌華 孟丹琦 陳 旭

（江蘇師范大學科文學院，徐州 221132）

21世紀，中國的塑料行業進入了一個高速發展期。在中國市場中，無論是生產量、進口量還是消費量，塑料都在穩步增長，同時對塑件的性能及質量要求提出了更高要求。然而，塑件在制作過程中由于溫度影響材質和殘余應力易產生翹曲變形。因此，在制定和調整工藝成型時，要考慮溫度、壓力以及速度等因素，才能制作出完美的塑件[1]。王善凱以注塑件的翹曲變形量為主要指標，確定了注塑過程的工藝參數，從而優化了注塑過程中產生的翹曲變形[2]。潘杰利用Kriging模型，以翹曲變形量為目標量進行工藝參數優化[3]。

本文以汽車氣格柵為研究對象。氣格柵通氣性能好，能促進散熱排氣，因此對其注塑生產過程要求很高。如果工藝參數設置不合理，極易產生翹曲變形等生產缺陷。本文采用Moldflow軟件對注塑件進行工藝參數的優化分析，以翹曲變形量為主要參數指標設置工藝參數，以提高注塑成功率，節約成本，保證行駛安全。

1 零件分析

圖1為利用Creo軟件繪制的氣格柵零件三維模型。該汽車前格柵的尺寸為1 200 mm×15 mm×130 mm，氣格柵平均壁厚15 mm，且總體壁厚均勻。氣格柵為一體式零件，但其結構復雜，存在通孔、肋板以及內凹槽等難以加工的部分。

圖1 氣格柵零件圖

2 基于正交實驗法的分析與優化

2.1 實驗數據設計

正交表的特點是使試驗點“均勻分散、整齊可比”?！熬鶆蚍稚ⅰ奔淳鶆蛐裕乖囼烖c均勻分布在試驗范圍內，使每個試驗點都具有一定的代表性，可以用部分試驗反映全面試驗的情況，從而大大減少試驗次數[4]?！罢R可比”是綜合可比性，使試驗結果的分析十分方便，易于分析各因素及其交互作用對試驗指標的影響大小及規律性[5]。選擇表1參數范圍，建立表2試驗參數組合，并通過模流分析獲得對應翹曲變形量。

表2 正交試驗方案結果

2.2 影響顯著性比較

由表3極差分析結果可以得到，針對單個指標的優成型條件，根據極差值，各因素對翹曲變形由主到次的影響順序為熔體溫度、保壓壓力、保壓時間、冷卻時間、注射時間、模具溫度、注射壓力，其中熔體溫度為主影響因素。需要說明的是：Ki表示任一列上水平號為i時，所對應的試驗結果之和；ki表示任一列上因素取水平i時所得試驗結果1的算術平均值，有ki=Ki/s，其中s為任一列上各水平出現的次數；R稱為極差，在任一列上，R=max（K1，K2，K3，K4）-min（K1，K2，K3，K4）或R=max（k1，k2，k3，k4）-min（k1，k2，k3，k4）[6-7]。

表3 正交實驗極差分析結構

2.3 優化參數的組合

已知各因素對翹曲變形量的影響順序，可以確定最優方案。最優方案是指在各實驗因素范圍內各因素的水平組合。各因素的優水平確定與實驗指標有關。若指標越大越好，則應選取使指標大的水平；反之，指標越小越好，應選取使指標小的水平。所以，挑選每個因素的K中最小的值所對應的水平。影響因素、最優方案、對應因素值的情況見表4。

表4 因素、優方案、對應因素值

3 結語

（1）通過極差分析，熔體溫度為主影響因素。參數優化后分別為熔體溫度240 ℃、模具溫度60 ℃、保壓時間5 s、保壓壓力38 MPa、注射壓力100 MPa、注射時間45 s、冷卻時間20 s。最佳工藝參數組合所對應的最大翹曲量為5.681 mm。

（2）熔體溫度、模具溫度、保壓時間、保壓壓力、注射時間、注射壓力、冷卻時間7個因素的研究范圍內探討，通過極差分析得出注塑成型工藝參數試驗條件下注射時間對翹曲和體積收縮的影響程度較顯著，可為實際注塑工藝參數的設置提供理論指導。