工艺参数对注塑制品质量的影响研究(1).pdf

2003年9月郑州大学学报(工学版)Sep12003
第24卷第3期JournalofZhengzhouUniversity(EngineeringScience)Vol124No13

文章编号:1671-6833(2003)03-0062-05

工艺参数对注塑制品质量的影响研究

王利霞,王蓓,申长雨

(郑州大学橡塑模具国家工程研究中心,河南郑州450002)

摘要:注塑成型工艺过程极其复杂且其对制品质量有重要的影响,获得优化的工艺参数是改善制品
质量的关键.CAE技术可辅助优化工艺,但目前的应用是在计算机上的反复试错,依赖于设计者的经验,
费时、费力且难以获得最优的工艺.将CAE及TaguchiDOE技术结合,可在较少的分析次数下自动获得优
化工艺,从而改善了制品质量.收缩和沉降斑是衡量注塑制品质量的两个重要指标,文中基于一个工业
产品,采用L9(34)正交矩阵进行实验,研究工艺参数对注塑制品内最大沉降斑和体收缩率变化的影响,
获得优化工艺参数使体收缩率变化和沉降斑指数达到最小,分析结果表明了该方法的有效性1
关键词:注塑成型;工艺优化;DOE;体收缩率;沉降斑
中图分类号:TQ320166文献标识码:A

法、神经网络等,这些方法理论性太强,工厂的技
0引言
术人员很难理解,使得其在实际中的应用存在一
注塑成型是重要的塑料制品成型方式,适于定的困难.
大批量生产形状复杂、尺寸要求精确的塑料制品.注射成型的非线性、多变量特性,使得其工艺
在成型过程中,材料开始要经历温度和压力增加、的设置非常困难.而传统的试错方法虽然可以改
严重的剪切变形,随后在模具型腔中温度和压力善制品质量,却费时费力耗资.CAE技术的出现,
急剧下降,使得制品固化,同时未来得及松弛的残使得注塑成型工艺的计算机模拟能帮助工艺工程
余应力和取向及其他一些制品性能保留了下来,师迎接这一挑战,可通过对成型过程的模拟,及早
决定了制品的质量.因此,注塑成型制品的质量受发现不合理的工艺设置,修改参数并最终获得无
到许多因素的影响.这些因素有:与模具设计和冷明显缺陷的注塑制品.而CAE技术与DOE技术的
却管道设计有关的几何参数,材料性能参数包括结合,可方便实现工艺的自动优化.本文结合CAE
聚合物材料的流变性能、热力学性能、物理性能、技术和DOE技术研究工艺参数对制品质量的影
机械性能及在充填、保压和冷却过程中的工艺参响并优化工艺参数.
数等.随着热塑性塑料在生产中的应用越来越广
1数值模拟与实验设计结合的工艺优化
泛,获得合适的工艺条件越来越显得迫切.在制品
理论
和模具设计中已经广泛采用数值模拟辅助设
计[1],而在工艺设置和调节方面,还没有类似的方CAE技术可用来确定合适的工艺参数,这对
法辅助工艺工程师.上个世纪90年代,基于知识于大型、复杂和尺寸要求精确的制品显得尤为重
的专家系统可帮助提供工艺设计的智能建议和智要.应用CAE技术优化工艺参数时,甚至还可以
能决策[2].然而,因为其自身的定性和定量推理的没有制品和模具原型,可节省大量的时间和资金.
不完整性,仅仅靠基于知识的专家系统还难以给但目前的应用也仅限于应用CAE分析代替反复
出优化解.近年来,研究者们采用多种方法对工艺试模,这只能使工艺调节到无明显制品缺陷的工
优化进行了研究[3,4],如传统优化技术、遗传算艺,而不能达到最优工艺,而且对于大型复杂的制

收稿日期:2003-04-28;修订日期:2003-06-20
基金项目:国家“863”计划资助项目(2002AA336120)
作者简介:王利霞(1969-),女,河南省长垣县人,郑州大学副教授,博士研究生,主要从事高聚物成型模拟、工艺优
化及制品质量控制方面的研究1

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第3期王利霞等工艺参数对注塑制品质量的影响研究36

[1]
品,由于工艺模型及几何模型的复杂性,CAE分析Cp(T)均为温度的函数.
时间较长,限制了其在工艺优化方面的应用.因基于上述控制方程,结合适当的边界条件,采
此,合理设计实验,有效利用CAE分析,以较少的用混合有限元/有限差分/控制体积法实现充填/
分析次数获得足够的实验信息,并实现工艺参数后充填一体化模拟.通过充填/后充填模拟,我们
的自动优化具有重要的意义.可对成型过程中熔体的流动行为、各种场(温度、
111注塑成型充填/后充填过程的数值模拟压力、速度、密度等等)的分布及变化得以深刻的
在塑料制品生产中,塑料、模具和加工设备三了解,并可预测制品的性能.
者密切相关,塑料加工不单纯是物理过程,而是控采用数值模拟代替真实实验具有以下优势:
制制品的结构和性能的中心环节.近年来,随