軟底透氣皮質鞋底模具注塑工藝參數優化*

于維斌，曹建華

(東莞市機電工程學校，廣東 東莞 523846)

0 引言

參數設置不當會導致塑件在注塑過程中出現飛邊、溢料、翹曲變形等情況[1-2]。軟底透氣皮質鞋底需將塑膠與皮料相結合，更不易確定合理的注塑工藝參數[3]。如果熔體溫度等參數值過高會導致皮料與塑膠過度融合，皮料層遭到破壞；而參數值過低則會導致皮料層與塑膠層無法正常粘合[4]。本文利用Moldflow軟件、以降低翹曲量作為優化目標，分析了注塑時間、保壓壓力、保壓時間、冷卻時間、熔體溫度這幾個主要參數對翹曲變形的影響，用正交試驗法獲得了最佳參數值，為軟底透氣皮質鞋底產品注塑工藝優化提供了示例[5-6]。

1 基于正交試驗的多工藝參數優化

翹曲變形是注射成型的主要缺陷之一，采用計算機模擬成型過程，分析工藝參數對翹曲變形的影響，可以優化設計方案，減少翹曲[7]。軟底透氣皮質鞋底注射的塑料與皮料熔接的部位如圖1所示。本研究主要關注塑料與皮料熔接區域翹曲變形的程度。

(a) 底面

通過Moldflow軟件模擬注塑成型和翹曲的過程，采用產品的總翹曲變形量作為數值試驗指標進行正交試驗，分析影響翹曲變形的因素以減少塑件翹曲變形量[8]。

選取模具溫度、熔體溫度、保壓壓力、注塑時間、保壓時間作為影響翹曲變形的主要因素進行考察，將這5個因子分別取4個水平進行正交試驗[9]。模具1與模具2的影響因子及水平分別如表1和表2所示，兩者僅注塑時間和保壓時間略有差別。

表1 模具1的影響因子及水平

表2 模具2的影響因子及水平

采用五因素四水平正交試驗矩陣設計試驗，采用的正交表為L16(45)[10]。模具1和模具2的正交表分別如表3和表4所示，試驗指標為Moldflow軟件計算的最大翹曲變形量。

表3 模具1模擬試驗安排及試驗結果

表4 模具2模擬試驗安排及試驗結果

作為示例，圖2和圖3分別顯示了模具1和模具2所對應的試驗1的翹曲模擬結果。

圖2 模具1試驗1翹曲分布

圖3 模具2試驗1翹曲分布

由表3可知： 模具1在試驗8條件下翹曲變形量最小，為0.930 3 mm，對應的模具溫度為45 ℃，注塑時間為3.5 s，熔體溫度為180 ℃，保壓壓力為35 MPa，保壓時間為8 s。由表4可知： 模具2在試驗10條件下翹曲變形量最小，為1.911 mm對應的模具溫度為35 ℃，熔體溫度為210 ℃，注塑時間為6 s，保壓壓力為40 MPa，保壓時間為14 s。

模具1各影響因素對應的翹曲變形均值和極差如表5和圖4所示。

表5 模具1翹曲變形量均值和極差

圖4 模具1各因素水平效應曲線圖

由表5可知： 模具1的熔體溫度、注塑時間、保壓時間、保壓壓力、模具溫度各對應的翹曲極差值分別為0.062 7， 0.016 1， 0.037 6， 0.039 4， 0.045 9。其中熔體溫度對制件翹曲變形量的影響遠大于其他4個因素，注塑時間對制件翹曲變形量的影響最小。

由圖4可知： 翹曲變形量隨熔體溫度上升，先減小后增大；隨模具溫度升高而增大；，隨注塑時間增大呈現減小—增大—減小的趨勢；隨保壓壓力增大，先減小再急劇增大，后小幅減小；隨保壓時間增加，先減小，后急劇增大，再小幅減小。

模具2各影響因素對應的翹曲變形均值和極差見表6和圖5。

表6 模具2翹曲均值和極差

圖5 模具2各因素水平效應曲線圖

由表6可知： 模具2的熔體溫度、注塑時間、保壓時間、保壓壓力、模具溫度各對應的翹曲極差值分別為0.047 6， 0.036 4， 0.033 3， 0.024 5， 0.033 8。對翹曲變形量影響最大的是熔體溫度，與模具1的分析結果相似；對制件翹曲變形量的影響最小的是保壓壓力。

由圖5可知： 翹曲變形量隨熔體溫度上升而呈先減小后增大的趨勢；隨模具溫度升高而增大；隨注塑時間增加，先減小后趨于平穩；隨保壓壓力增加先減小再增大；隨保壓時間增加，先減小后增大，再小幅減小，并趨于穩定。

根據正交試驗，模具1、模具2的最佳注射參數如表7所示。

表7 優化所得模具參數

其中，熔體溫度對制件的翹曲變形量影響最大，因而在注塑過程中一定要注意控制注塑機的熔體溫度。

2 結論

本文基于Moldflow軟件，采用五因素四水平正交分析法，對溶體溫度、模具溫度、注塑時間、保壓時間、保壓壓力5個注塑工藝參數對塑件翹曲變形量的影響進行了分析。結果表明，溶體溫度對制件的翹曲變形量影響最大，應注意控制。