基于正交实验的塑料件优化设计研究

基于正交实验的塑料件优化设计硏究

成薇徐以国（泛亚汽车技术中心有限公司，上海201201)

【摘要】现有塑料件设计中，影响变形的因素有很多，基本有四大类因素:产品设计、材料、模具及工艺， 其

品设计中，筋特征为

大的

的结构特征，主 以及各个可

到加强作用，同时，合理的筋设计也 、模

、工下的变形

，通正交

组成的最佳组合。研究结果对

形的主要措

和极差分析筛选出

之一。文章主要研究6类筋品设计在 对注塑制品质量影 要的

作用。

【Abstract】 In the design of plastic parts，there are many factors affecting deformation，which

mainly are product

design，materials，molds and

processes.

In

the

product design，the

mon structural features to play a reinforcing role and control tlie deformation. In this paper，deforma­tion performance of 6 types of ril3 products designed under diferent materials，molds and processes isstudied.

The

most influential factors

factors

are

on

the quality

of test

injection molded products and and

range

选择及数据设计起到重

ril3

the best co

tion of controllable selected by ortliogonal analysis. The research results

an important guiding role in material selection and data design.

【关键词】注塑工艺参数模具材料正交实验

doi ：10. 3969/j. issn. 1007-4554.2019.01.6

进行综合评判。高月华等[)]提出

小化

0引言

随着注塑制品结构的日趋 ， 对于功

能需求及精度要求的不断提高，更突显出注塑成 型工艺参数对制品质量的 ，某参数的微小扰动也可能 品的缺陷超出许可值。因，塑 的翘曲变形优 术 研究的主 向。 对翘曲量优化的研究多集中在工艺参数的研究。曹雄刚等[1]以塑 为研究对象，用正交实验研究了各个参数及参数之间 的交互作用对制品翘曲变形的影响程度。潘柏松 等[2]以动机壳为研究对象，对塑 成型后的体积收、 沉 数和最大翘曲量3个目

品翘曲变形的 优 法，对于汽车 ，

某 用要求较高的场合 会在材料里添加玻纤等填充物。徐以国[/]等 善浇口位置来改善纤取向的方向来优化翘曲变形。以上研究多集 在工艺参数优化领域，虽然有部分对模具参数 的研究， 体结合、工艺、模及产品设计的并 。本文 品设计的筋类型出，结合常用 及 工艺、模具参数展开综合性研究，具有较大的实用价值。

1研究对象

为了便于总结通用的研究结果，以样板为对

收稿日期:2018 -09 -29

• 28 +

上海汽车2019. 01

象展开研究。样板形状为矩形，长、宽、 为200 mmX 120 mmX 15 mm、厚度为\"mm、侦J边厚 度为\"mm、Rib厚度为1 mm， 1 。

图1样板

2 基于正交试验的Mlodflow仿真分

析

正交 法能够合理地

参数进行

，

用较少的

样本获得基本上能够

的 数据。 的主 的是，通研究筋的特征的数值模拟关 术来完成CAE分析，并通过正交 的分析结果来探讨各个结构及工艺参数对成型结果的影响。本文筋 计分为* ，如图2 。进浇口位置有3种， 3 。

2.1试验参数的选取

结合 的实际 得出将筋高度、浇口位

置、筋的类型作为结 参数，选 、注射时间和冷却时间作为工 参数。2.2评价 的确定

评价 为 < 向翘曲变形量，单位为mm。25

平的确定

实际零件的设计要求，本实验采用i*,\"1 x33

x63 -正交

，表1为正交实验的因子 。

上海汽车2019. 01

设计研究

(a)短边进浇 （b)长边进浇 （c)中间进浇

图3

浇口位置

表1正交实验因子水平表

水平

因素

筋度/mm

浇材料

射时P筋型

时P

11长边中点PP11102

2短边中点ABS1.52123-中心

PA 66 +20% 纤维

2314

4---4165----5186

-

-

-

-6

20

根据实验方案，在Moldflow中安排CAE仿真， 仿真结果

2 。2.4

数据分析

正交 结果的分析方法有两种，即极差分析法（直观法）和方差分析法。极差分析法具有计 算、易懂等优点，是正交 结果分析常

用的 法。

对 结果进行极差分析，将筋度、浇、、射时间、筋型、 时 6 分别标记为人扒〔、0、1&，设4因素的水平7’对应 的 为1Q以 推，得到其他5彳

对应的

和，得到极差结果

3

。

为了直观地描述各 的 和，把各影

在 1、1、1、1、1下的试验和转化成折

，

4

，通

可以获悉某在哪

下的指标和值最小，即 < 向变形最小。根据

和最小原则，

可知

参

数 组合为LMNO3P2&6， 筋的高度为

2 mm、浇口为中心、 为ABS、注射时间为2 5、筋的类型为

种、

时间为20 5,在组结构

及工艺参数的组合下，筋的 < 向变形

小。

• 29 +

设计研究

表2正交实验结果

序

筋高度

射 Pnm浇口

材料

时间/s

型

保压 时间/s

和

111PP11200.744 4211PP15201.056 5311PP23141.229 5411ABS1.54160.429 2511ABS1.56100.544 4611PA 66 + 20% 纤维

1.51188.522712PP1.56121.199 6812ABS15160.566 7912ABS22180.788 91012ABS23180.865 61112PA 66 + 20% 纤\"141415.391212PA 66 + 20% 纤\"

16142.849 71313PP1.52161.600 21413PP1.53101.496 21513ABS24200.730 81613PA 66 + 20% 纤维12102.168 21713PA 66 + 20% 纤维21121.784 41813PA 66 + 20% 纤维

25127.1971921PP22141.223 42021ABS12120.559 82121ABS13120.6682221PA 66 + 20% 纤维1.55185.1652321PA 66 + 20% 纤维24105.4282421PA 66 + 20% 纤维

26163.82522PP1.54121.407 32622PP21161.37132722PP25100.604 82822ABS11100.929 52922PA 66 + 20% 纤维1.52202.638 93022PA 66 + 20% 纤维

1.53202.722 83123PP14182.2563223PP16183.331 83323ABS1.51140.527 93423ABS1.55140.581 13523ABS26200.630 236

2

3

PA 66 + 20% 纤维

1

3

16

2.255

表3极差计算表

项1

1

111

1

极差3

筋高度/mm49.163 336.100 813.062 5浇29.370 231.335 124.558 86.776 3材料17.521

7.8221

59.921

52.098 9射时间/s32.775 626.834 625.653 9

7.1217

筋类型13.879 58.979 49.237 125.641 315.171 112.355 716.6619时间/s

11.171 112.816 121.801610.022 420.929 38.523 6

13.278

由极差计算表可知，在选定的设计变量范围

内，各 对于 < 向变形的影响程度为>3 >

• 30 +

3&>3〇>3>3，即对于 < 向变形影响最大的是 ，其后依 筋类型、 时、筋度、注射时间、浇口位置。 的特性和变形有着：接的关系， 的形级别不在 上。在36组实 ， 别进行分类，每对应1\" 实项， 6 筋型进行进一

分类， 筋型有两组变形数据，将这

数

据取 ，用这 的筋类型对应的

形。以6

的筋类型为Z轴，变形 ％；合曲

（

。

图（可以方便地对比不同材料的筋类型的敏

程度及 的整体变形 。 分，结 对筋类型等参数的敏感程度及形范围，并针对分析结果给出设计建议， 4。

3 结语

本文从实际生产角度出发，研究了 6种筋类 型对

在

工艺参数下的变形，以正交为工具分析了

、筋型及工艺参数对变

形的贡献。结果表明， 影 形的-要

，其 筋类型。实际生 据使用要求确定，很以降低变形为选 向。所以在 可更改的前提下，筋型对变形的影响

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设计研究

表4参数敏感度分析及设计建议表

分析结果

参数敏感程度

ABS材料整体变形较小，分布在

计建议

尤为 ，本文研究了各个筋类型对变形的影响，

并给出了设计建议。是基于实际需求展开的研 究，研究成果具有极强的实践意义。

参考文献

[1] 曹雄刚，靳伍银，韩炎娜，等.Taguchi试验设计在注射 成型工艺参数优 的应用[J].模具工业，2008(3): 1-5.[2] 潘柏松，龚惠玲， .基于正交试验法的注塑工艺多目标优 计[J].浙江工业大学学报，2007(3): 308-312.[3] 月华，王希诚.注塑制品的翘曲优化及影响因素分 析[J].化工学报，2007(6): 1575-1580.

[4] 朱兴建，俞建新，徐以国，等.基于Moldflow的汽车内饰 件翘曲变形优化方法[J].塑料,2014(5): 102-105.

ABS材料

的类型对变形影体较小， 0.429 9〜0.929 5之间，对参数 筋

筋的类型对变形改善贡献整体

敏感程度低。工窗口及设计

大，可以随意选

窗口较宽

PA66 + 20%纤维材料整体变形

2号筋和3号筋的变形普遍较

小;4筋和5号筋形较大。

PA66 +20% 纤维较小，分布在2.168 2 ~15.39

计时优选2号筋和3号筋

材料之间，对参数敏感程度高。可以

型(第17组数据 ，1筋

通过合理的参数选低变形

位满）

体变形 在ABS和PA66

随工艺参数震荡较大、变 + 20b纤维之间，分布在0.6~ 6筋形较大;2号、3筋形稳定;5

3.3之，对参数敏感程度适 PP材料

略好。 品计优先 。 可以通 合 的参数选 筋考虑2%3%5号筋型

低形

(上接第27页）

合实际 结果进行对比，误差较小，该工具可用于工程实际进行转向 期选型设计。

参考文献

5 结语

(1) 基于虚拟主 架运动特点，结合 L

Excel线性求解工具，提出了种确定 车轮转

一

角下虚拟主 向的方法；

(2) 结合转向 特点， 虚拟主

[1] 王文建，张雷.转向器最大齿条力的计算与验证[J].

客车技术与研究，2015(4):34-36.

[2] 米奇克.M.汽车动力学[M].北京:人民交通出版社，1997.[3] 陈士安，邱峰，何仁，等.车辆主销内倾引起的回正力 矩的解析[J].农业机械学报，2008,39(7):32-35.

了套用于计算

一

架转向机构最大齿条力的工具，并结

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