汽车后视镜壳体多级注射成型技术研究

陈桂华，张群威

汽车后视镜壳体多级注射成型技术研究

陈桂华，张群威

（河南工业大学 漯河工学院，河南 漯河 462000）

目的 研究多级注射成型技术对汽车后视镜壳体成型收缩率的影响。方法 利用SPSS软件进行八因素四水平的正交试验设计并进行生产试验，研究熔体温度、保压压力、保压时间、一级注射速率、二级注射速率、三级注射速率、四级注射速率、五级注射速率等8个因素对壳体成型收缩率的影响。结果 一级注射速率对收缩率的影响最大，其次是保压时间、二级注射率和熔体温度，四级注射速率和保压压力的极差数值较小，对收缩率的影响较小。结论 最优的工艺参数如下：熔体温度为220 ℃，保压压力为50 MPa，保压时间为5 s，一、二、三、四、五级注射速率分别为30%、40%、85%、50%、20%。

多级注射成型；后视镜壳体；正交试验；收缩率

多级注射成型技术是在传统单级注射成型技术的基础上发展而来的一种新型注射工艺，可以解决单级注射成型中产品质量不达标的问题[1-2]。该技术是在充模瞬间，通过控制不同阶段的注射速率，使塑料树脂熔体能够在流动中达到近似理想的充模状态，因此要求在不同位置有不同的注射速率和注射压力等。多级注射成型技术具有诸多的优点，如可以在一次生产过程中制备出精密复杂的结构件，可以有效改善样品的外观缺陷进而提高产品质量，也可以灵活地根据不同产品的性能或者加工需求进行各种参数的设置[3-5]。现阶段多级注射成型技术已经成为研究的热点[6-9]。

张甲敏等[10]介绍了多级注射成型的主要控制参数，并结合典型实例说明了正确运用多级注塑工艺可以有效解决制品缺陷，提高制品质量。马懿卿[11]在介绍塑料熔体充模流动特征的基础上，通过系统分析理想充模模型，并联系多级注射原理，提出了分段设计原则及参数选择方案。郁滨等[12]通过试验证实了喷嘴压力与模腔几何形状之间存在相关性，给出了依据喷嘴压力曲线确定分级注射速度参数的算法，该方法可一次给出所有可能的分级注射参数，高效可靠。戴文利等[13]以PA6和PA1010为研究对象，研究了注射速率对样品质量的影响趋势，发现该参数存在最优值，模具结构、材料性质和浇口类型是影响产品质量的主要因素。唐根荣[14]采用多级注塑工艺成型了冰箱用PS蔬菜盒制品，不但实现了高速注射，缩短了成型周期，而且还减少了制品的内应力，防止了制品产生翘曲、裂纹等缺陷，有效提高了制品的质量，使合格率达到98%。

上述研究主要论述了多级注射成型技术的原理和工艺控制，没有结合实际产品进行相关分析。文中以具体应用产品——汽车后视镜外壳为研究对象，利用SPSS软件进行八因素四水平的正交试验设计，将成型收缩率作为考核指标，最终获得了最优的工艺组合方案。

1 试验

1.1 材料

文中使用的原材料为福建华塑新材料有限公司生产的丙烯腈（A）–苯乙烯（S）–丙烯酸酯（A）三元接枝共聚物（简称ASA），对应牌号为ASA7045。成型过程中设定ASA的干燥温度为85～95 ℃，干燥时间为3～4 h，模具温度为60～90 ℃。

1.2 成型产品

产品为某知名品牌汽车后视镜外壳（如图1所示），外形为凹坑形状，壳的平均厚度为3.5 mm，采用多级注射成型工艺加工而成。

图1 汽车后视镜结构示意图

文中以样品的成型收缩率作为考核指标，收缩率的计算见式（1）[15]。

=[(0−)/0]×100% (1)

式中：为样品的成型收缩率；0为常温时模具型腔任意单方向的尺寸；为常温下所制备的样品的尺寸（与0对应相同的位置）。

1.3 正交试验设计

利用SPSS软件进行八因素四水平正交试验设计，根据ASA原材料特性和多级注射成型技术原理，选择相应因素参数和水平数值，其中八因素分别为：熔体温度、保压压力、保压时间、一级注射速率、二级注射速率、三级注射速率、四级注射速率、五级注射速率。注射速率定义为注塑机最大注射速率的百分比，表1为此次试验对应的因素水平表。

表1 因素水平表

Tab.1 Level/factor

2 结果与讨论

表2为SPSS软件正交试验设计菜单生成的正交矩阵设计方案和对应试验结果，共计32组试验，试验结果的评价指标为样品成型收缩率。为了找出收缩率随各因素变化的规律，并得到最佳工艺参数组合，通过分析均值、极差对收缩率的变化进行总结。极差又称范围误差或全距，其定义为最大值与最小值的差，某因素的极差值越大，说明该因素对收缩率指标的影响越大。均值能够反映单项工艺参数的最佳水平值，其值越大，说明该水平下的单项工艺越好，具体数据如表3所示。

从表3的极差分析可知，一级注射速率的极差最大，说明该因素对收缩率的影响最大，其次是保压时间、二级注射速率和熔体温度，三者的极差比较相近，四级注射速率和保压压力的极差较小，说明它们对收缩率的影响较小。进一步对均值进行分析可知，为了使制备样品的成型收缩率最低，最优的工艺组合为11441322，即熔体温度为220 ℃，保压压力为50 MPa，保压时间为5 s，一级注射速率为30%，二级注射速率为40%，三级注射速率为85%，四级注射速率为50%，五级注射速率为20%。

表2 正交试验及结果统计表

Tab.2 Orthogonal tests and results

表3 基于SPSS分析的均值/极差/标准差统计表

Tab.3 Mean/range/standard deviation based on SPSS analysis

图2为不同因素对收缩率的影响曲线，图3为基于最优工艺组合制备的后视镜壳体实物。从图2可以比较直观地看到每个因素水平下均值的变化趋势。升高熔体温度容易导致聚合物材料降解，且在冷却至室温后制品的收缩也较大，收缩率增大。增加保压压力后，收缩率主要表现为下降趋势，可能是因为增加压力有利于压实熔体，同时也可以弥补在冷却过程中因收缩引起的受力不均现象，减小残余应力，从而减小收缩率。当保压时间减少时，容易出现因浇口未冷凝而引起的熔体回流，或因熔体材料不足导致的较大程度收缩。在注射过程中，熔体材料在进入模具后即开始冷却，因此需要使熔体材料充满型腔，以便得到密实的制品。当注射速率较低时，熔体材料充腔的时间会相应增加，此时制品易发生密度不均匀或者内应力增加等缺陷。文中最优组合中一级至五级注射速率分别呈现出低速、低速、高速、中速、低速的特点，若在注塑过程中全部保持高速注射速率，比较容易发生熔体破裂的现象，导致制品表面粗糙，当熔体材料流动到预制品的边缘区域时，高速又比较容易产生大的惯性冲击，造成溢料现象，因此后面几级的注射速率表现为逐步降低的趋势，以确保气体能够比较容易地从排气口溢出，最终获得质量较优的制品。

图2 不同因素对收缩率影响

图3 汽车后视镜壳体实物

3 结论

以汽车后视镜为研究对象，基于正交试验设计方法，利用SPSS软件进行八因素四水平正交试验设计并开展生产试验，通过将成型收缩率作为考核指标，对影响成型收缩率的熔体温度、保压压力、保压时间、五级的注射速率等8个因素工艺组合进行正交试验研究，通过分析均值和极差，最终获得最优的工艺组合为11441322，即熔体温度为220 ℃，保压压力为50 MPa，保压时间为5 s，一、二、三、四、五级注射速率分别为30%、40%、85%、50%、20%。

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Multistage Injection Molding Technology of Automobile Rearview Mirror Housing

CHEN Gui-hua, ZHANG Qun-wei

(Luohe Institute of Technology, Henan University of Technology, Henan Luohe 462000, China)

The work aims to research the effects of multi-stage injection molding technology on molding shrinkage rate of automobile rearview mirror housing. SPSS software was used to conduct orthogonal experimental design and product test with 8 factors and 4 levels. The effects of melt temperature, holding pressure, holding time, first-stage injection rate, second-stage injection rate, three-stage injection rate, four-stage injection rate, and five-stage injection rate on the molding shrinkage rate of housing were studied. The first-stage injection rate had the greatest effect on the shrinkage rate, followed by the holding time, the second-stage injection plastic and the melt temperature. The range of four-stage injection rate and holding pressure was less, which had little effect on the shrinkage rate. The optimal process combination is that the melt temperature is 220 ℃, the holding pressure is 50 MPa, the holding time is 5 s, the first-stage injection rate is 30%, the second-stage injection rate is 40%, the third-stage injection rate is 85%, the fourth-stage injection rate is 50% and the five-stage injection rate is 20%.

multistage injection molding; rearview mirror housing; orthogonal test; shrinkage rate

10.3969/j.issn.1674-6457.2022.07.022

TQ320.66

A

1674-6457(2022)07-0157-05

2021–07–07

陈桂华（1982—），女，硕士，讲师，主要研究方向为材料成型工艺及其数值模拟技术。

责任编辑：蒋红晨