电子刹车分泵壳注射成型质量分析及优化＊

朱晓东

（江苏联合职业技术学院南通分院，江苏南通 226011）

1 引言

电子刹车分泵壳塑件是汽车电子刹车系统的重要组成部分，该塑件应用于汽车刹车系统塑件制造领域，因塑件内部成型结构复杂，采用传统制造工艺铸造成型，成型件一般为铝件或铸铁件，成型工艺复杂，成型周期长，成本较高。随着现代材料技术的革新及注射成型技术的发展，电子刹车分泵壳采用注射成型，塑件具有成型周期短，制造成本低，运行稳定性好等优点，是行业普遍采用的成型制造工艺[1]。塑件在成型过程中，因模具积热、冷却不均等问题，容易造成局部翘曲变形，影响塑件成型质量。通过调研，很多注塑企业在生产类似塑件时容易出现塑件欠注、外观缩水等成型缺陷，影响塑件使用。基于正交试验的电子刹车分泵壳注射成型质量研究拟通过正交试验、结合方差分析结果论证，优化成型参数等措施有效提升塑件成型质量。

2 塑件结构分析

电子刹车分泵壳外形尺寸为141.2×84×74.6mm，采用Pro/E软件建立三维模型[2]，图1所示为电子刹车分泵壳三维模型。此形状为电子刹车分泵壳主体，底部有底板，中部有端盖与之密封装配，内部安装电子刹车电机配件，要求控制变形范围、尺寸精度和表面质量，塑件壁厚平均约3mm，部分区域厚度差异较大，最厚处3.5mm，最薄处0.7mm塑件总体积58.4cm3，塑件内部结构复杂，外观容易产生缩水、欠注等成型缺陷。

图1 电子刹车分泵壳三维模型

3 成型材料分析

电子刹车分泵壳成型材料选择PBT+30%GF，即聚对苯二甲酸丁二醇酯添加30%玻璃纤维材质，PBT材料添加30%玻纤后，具有良好的热稳定性及耐腐蚀性，抗应力开裂性能好，在高温状态下抗高温变形小，成型后的塑件具有较好的韧性，同时具有较高的硬度，注射成型运行稳定，常用于汽车门拉手、电器外壳等领域[3]。

4 MoldFlow模流分析

4.1 模型修复与网格划分

将Pro/E模型件导入到MoldFlow CAD Doctor中，为保证塑件的整体强度，塑件内部结构设计加强筋，且内部结构复杂，采用MoldFlow CAD Doctor自动进行优化，去除局部微小特征如小于0.8的倒角及圆角以便提高分析效率，导入MoldFlow进行网格划分，采用点浇口，浇口尺寸2.8mm，网格划分结果如图2所示，采用双层面网格，平均纵横比1.39，网格匹配分比90.3%，接进MoldFlow分析最低指标接近90%，满足分析要求[4]。

图2 网格划分

4.2 成型参数设置

设置MoldFlow分析参数，注塑机型号选择海天MA600注塑机，最大锁模力60t，熔料温度260℃，模具温度80℃，注射时间1.5s，最大注射压力155MPa，注射体积116.792cm3，保压时间6s，最大保压压力155MPa，冷却时间20s，开模时间12s，注射循环时间39.5s，V/P转换最大压力41.69MPa，喷嘴压力控制曲线如图3所示，最大压力50MPa，锁模力曲线如图4所示，当注射时间为2.042s时，最大锁模力为44.62t，满足注塑机控制范围[5]。

图3 喷嘴压力曲线

图4 锁模力曲线

4.3 填充分析

为了提高生产效率，采用1模2腔，模架类型采用二板模，采用阀针热流道系统，通过阀针控制浇口的打开与关闭，如图5所示，浇口采用阀针浇口，通过动态充填分析，如图6所示，通过充填动画模拟，塑件动态充填平稳，充填时间1.56s，塑件能够100%进胶，填充方案初步可行。

图5 阀针热流道系统

图6 填充时间

塑件的结合部位结构较为复杂，壁厚不均，容易产生困气，需注意排气，通过图7熔接等值线分布可以看出塑件充填显示等值线均匀，没有滞留区域[6]。通过熔体流动前沿温度分析，可以得到最大流动前沿温度264.17℃，最小流动前沿温度256.31℃，波前温度显示没有异常，温度差异控制在10℃以内，属于正常注射成型温度范围。

图7 等值线分布

对塑件进行翘曲结果分析如图8所示，总变形最大翘曲0.74mm，最小翘曲0.03mm，X方向的最大翘曲变形为0.51mm，最小翘曲变形为-0.44mm，Y方向的最大翘曲变形为0.31mm，最小翘曲变形为-0.32mm，Z方向的最大翘曲变形为0.72mm，最小翘曲变形为-0.57mm，可见在X、Y方向翘曲变形相对较小，Z方向翘曲变形最大，在注射参数优化时可适当控制Z方向的变形量，使塑件在X、Y、Z3个方向的变形量接近均衡。

图8 翘曲结果分析

5 注射成型质量优化研究

5.1 正交试验设计[7～8]

正交试验能够合理验证多因素对注塑质量的影响且效率高，是行业普遍采用的试验方式，本试验采用正交设计助手软件对塑件Z向翘曲变形过大进行优化研究，因X、Y方向变形较小，选取塑件Z方向的翘曲变形作为试验指标，模具温度（A）、熔料温度（B）、填充时间（C）、保压时间（D）、冷却时间（E）为试验因素进行4因素5水平正交试验，表1所示为L16（45）正交试验水平设计。

表1 L16（45）正交试验水平设计

表2所示为L16（45）正交试验方案结果，从试验结果可知，模具温度（A）对Z方向翘曲变形影响最大，其次为冷却时间（E），熔料温度（B），保压时间（D）、填充时间（C），即A＞E＞B＞D＞C，将L16（45）正交试验方案结果与方差分析结果进行验证，方差分析结果如表3所示，正交试验与方差分析结果保持一致，本正交试验结果数据较为准确。

表2 L16（45）正交试验方案结果

图9 正交效应折线图

表3 方差分析

为了能更加直观的反映各因素对Z方向翘曲的影响，绘制正交效应折线如图9所示，各影响因素折线图最低点可以看出，模具温度80℃、熔料温度280℃、填充时间1.4s、保压时间5s、冷却时间30s时，塑件Z方向变形最小，得出最佳组合为A3B4C1D2E4。

5.2 参数优化分析[9-10]

将优化后的翘曲变形结果与优化前的翘曲结果进行对比，优化后的分析结果如图10所示，塑件总翘曲变形最大为0.67mm，最小为0.03mm，变形量比之前减少15.49%，X方向翘曲变形最大为0.45mm，最小为-0.39mm，比之前减少11.58%，Y方向翘曲变形最大为0.29mm，最小为-0.26mm，比之前减少12.7%，Z方向翘曲变形最大为0.66mm，最小为-0.43mm，比之前减少15.5%，在工艺优化后的基础上，调整工艺参数对电子刹车分泵壳Z方向翘曲优化较为明显，使得塑件在X、Y、Z3方向的翘曲变形基本达到平衡，避免塑件由于单一方向翘曲变形过大造成收缩开裂、翘曲、缩水等注射成型缺陷。

图10 优化后的翘曲变形

6 生产验证

将优化后的试验参数组合A3B4C1D2E4设定注射参数，再次进行生产验证，通过多次重复试验，随机抽取样品进行观察，如图11所示，由于塑件在X、Y、Z方向翘曲变形基本平衡，优化后Z方向最大变形0.662mm，最小变形-0.428mm，优化前Z方向最大变形0.723mm，最小变形-0.569mm，变形量降低15.635%，与理论分析数据基本保持一致，塑件表面没有明显外观缩水与欠注缺陷，能够满足生产要求。

图11 优化后的注塑塑件

7 结论

（1）电子刹车分泵壳采用Pro/E软件造型，MoldFlow CAD Doctor对三维模型进行结构优化，初拟成型方案与成型参数，通过模流分析，发现塑件在单一方向Z向翘曲变形过大，容易导致塑件收缩开裂、翘曲、局部缩水等注塑缺陷。

（2）通过正交试验，选取塑件最大翘曲Z向翘曲变形作为试验指标，对模具温度、熔料温度、填充时间、保压时间、冷却时间为试验因素进行4因素5水平正交试验，结合方差分析结果论证，得出最佳组合为A3B4C1D2E4，模具温度80℃、熔料温度280℃、填充时间1.4s、保压时间5s、冷却时间30s时，塑件Z方向翘曲变形最小。

（3）通过参数优化，Z方向翘曲变形为1.09mm，比之前减少15.5%，与其余两方向翘曲基本保持平衡，通过生产验证，实际塑件检测结果与理论分析数据基本保持一致，塑件表面没有明显外观缩水、局部欠注缺陷，能够满足生产要求，为类似塑件注射成型工艺参数优化设置提供良好的理论指导。