基于Moldflow与正交试验设计的汽车前格栅注塑工艺参数优化

2021-07-02王家涛田梦婕尚昌华孟丹琦

现代制造技术与装备 2021年5期

王家涛田梦婕尚昌华孟丹琦陈旭

（江苏师范大学科文学院，徐州 221132）

21世纪，中国的塑料行业进入了一个高速发展期。在中国市场中，无论是生产量、进口量还是消费量，塑料都在稳步增长，同时对塑件的性能及质量要求提出了更高要求。然而，塑件在制作过程中由于温度影响材质和残余应力易产生翘曲变形。因此，在制定和调整工艺成型时，要考虑温度、压力以及速度等因素，才能制作出完美的塑件[1]。王善凯以注塑件的翘曲变形量为主要指标，确定了注塑过程的工艺参数，从而优化了注塑过程中产生的翘曲变形[2]。潘杰利用Kriging模型，以翘曲变形量为目标量进行工艺参数优化[3]。

本文以汽车气格栅为研究对象。气格栅通气性能好，能促进散热排气，因此对其注塑生产过程要求很高。如果工艺参数设置不合理，极易产生翘曲变形等生产缺陷。本文采用Moldflow软件对注塑件进行工艺参数的优化分析，以翘曲变形量为主要参数指标设置工艺参数，以提高注塑成功率，节约成本，保证行驶安全。

1 零件分析

图1为利用Creo软件绘制的气格栅零件三维模型。该汽车前格栅的尺寸为1 200 mm×15 mm×130 mm，气格栅平均壁厚15 mm，且总体壁厚均匀。气格栅为一体式零件，但其结构复杂，存在通孔、肋板以及内凹槽等难以加工的部分。

图1 气格栅零件图

2 基于正交实验法的分析与优化

2.1 实验数据设计

正交表的特点是使试验点“均匀分散、整齐可比”。“均匀分散”即均匀性，使试验点均匀分布在试验范围内，使每个试验点都具有一定的代表性，可以用部分试验反映全面试验的情况，从而大大减少试验次数[4]。“整齐可比”是综合可比性，使试验结果的分析十分方便，易于分析各因素及其交互作用对试验指标的影响大小及规律性[5]。选择表1参数范围，建立表2试验参数组合，并通过模流分析获得对应翘曲变形量。

表2 正交试验方案结果

2.2 影响显著性比较

由表3极差分析结果可以得到，针对单个指标的优成型条件，根据极差值，各因素对翘曲变形由主到次的影响顺序为熔体温度、保压压力、保压时间、冷却时间、注射时间、模具温度、注射压力，其中熔体温度为主影响因素。需要说明的是：Ki表示任一列上水平号为i时，所对应的试验结果之和；ki表示任一列上因素取水平i时所得试验结果1的算术平均值，有ki=Ki/s，其中s为任一列上各水平出现的次数；R称为极差，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 正交实验极差分析结构

2.3 优化参数的组合

已知各因素对翘曲变形量的影响顺序，可以确定最优方案。最优方案是指在各实验因素范围内各因素的水平组合。各因素的优水平确定与实验指标有关。若指标越大越好，则应选取使指标大的水平；反之，指标越小越好，应选取使指标小的水平。所以，挑选每个因素的K中最小的值所对应的水平。影响因素、最优方案、对应因素值的情况见表4。