注塑工艺对ABS 热流道注塑制品翘曲变形的影响

2022-07-22田梦婕

现代制造技术与装备 2022年5期

田梦婕夏勋

（江苏师范大学科文学院，徐州 221132）

ABS 塑料是一种原料易得、综合性能良好、价格便宜、用途广泛的“坚韧、质硬、刚性”材料，近年来被广泛应用于热流道注塑成型生产，甚至可以使用ABS 塑料制品替代金属和非金属材料。在这种条件下，制造商对制品的质量提出了更高的要求。本文研究控释注水漏斗产品的壁很薄，壁厚为1 ～2 mm，更容易产生翘曲变形等注塑缺陷[1]。对于薄壁件产品而言，翘曲变形量是影响产品质量好坏的关键因素之一。与冷流道注塑模具相比，热流道注塑模具能减少塑料原料的损耗，减少流道部分的反复加热，可有效改善制件质量，提高自动化生产程度[2]。因此，为提高制品成型质量和生产效率，可采用热流道浇注系统注塑模具。目前，基于试验设计的方法对注塑工艺参数影响因素的研究受到了广大研究人员的重视。研究者通过研究模具温度、冷却时间、保压压强、保压时间等影响参数，了解影响塑件体积收缩和翘曲变形的因素，从而得出最佳注塑参数组合[3-4]。此外，在热流道注塑模具基础上，结合计算机辅助工程（Computer Aided Engineering，CAE）技术对ABS 塑料件制品翘曲变形的研究，更有利于提高塑件的生产精度和质量[5]。

1 3 种浇注系统方案对比

方案1 是选择塑件左右两侧边缘的正中间作为浇口进行注射，将数据输入Moldflow 模拟软件中，建立模型如图1（a）所示。方案2 是选择塑件左右两侧突出的圆台正中间作为浇口进行注射，将数据输入Moldflow 模拟软件中，建立模型如图1（b）所示。方案3 是选择塑件前后两侧边缘的正中间对称位置作为浇口进行注射，将数据输入Moldflow 模拟软件中，建立模型如图1（c）所示。

方案1 和方案3 浇口位置处的设计如图2（a）所示，采用的是矩形断面。方案2 浇口位置的截面形状为圆形，如图2（b）所示。

方案1 和方案2 的模拟结果中，漏斗全部成型，没有废品；以方案3 的截面形状和浇注系统进行模拟后，废品率高达58.7%。因此，不选用方案3。方案1 和方案2 的成型率相同，理论上均可采用，但从实际使用方面考虑，要保证平台表面平整，故选择方案2 进行设计。

2 工艺参数方案制定与结果分析

2.1 工艺参数方案制定

本文采用均匀试验的方法，考虑影响塑件注塑质量的7 个因素，查询注塑模具设计手册，得到这些影响因素参数的选用范围：注塑温度分为25 个水平，冷却时间分为25 个水平，保压压强分为15 个水平，模具温度分为15 个水平，注射时间分为15 个水平，注射压强分为5 个水平，保压时间分为5 个水平。最终，得到混合水平的均匀设计表U75（252×152×53）。安排试验，3 个浇注系统方案的试验表见表1。

2.2 结果分析

图3为模拟75 组不同参数组合得到的翘曲变形量，可以得到最小变形量出现在第29组数据中为0.157 8 mm，最大变形量出现在第48 组数据中为0.428 1 mm。

从图3 很难看出因变量和7 个自变量之间是否存在某种线性关系，或者某一影响因素影响翘曲变形量的程度。为进一步获得影响翘曲变形量的直接因素，需要针对这些数据进行数学分析。经计算，翘曲变形的回归方程为：

由F统计量进行F检验，即可推断多元线性回归关系的显著性。方差分析表如表2 所示。

表1 U75（252×152×53）

表2 七元线性回归关系方差分析表

由于df1=7、df2=67，查表得F0.01(7,67)=2.93。因为F＞F0.01(7,67)，所以塑件的翘曲变形量与注塑温度、冷却时间、保压压强、模具温度、注射压强、注射时间和保压时间之间存在极显著线性关系。

重复前面计算，得到回归方程为：

可见，偏回归系数b1、b2、b3、b4、b6影响极显著，即影响翘曲变形量的大小程度由大到小排序为注射时间、冷却时间、注射温度、保压时间、保压压强。其中，注射时间影响翘曲变形量程度最大，保压压强影响翘曲变形量程度最小。

利用MATLAB 软件中的遗传算法工具箱分析方程，获得在注塑温度190 ℃、冷却时间68 s、保压压强57 MPa、注射时间4.9 s 和保压时间5 s 的条件下，控释注水漏斗塑件的翘曲变形量最小为0.118 6 mm。通过Moldflow 软件模拟得到的数据为0.118 1 mm，相差较小，得到的回归方程精度较好。