【文章內(nèi)容簡介】 量。過去對工藝參數(shù)對制品質(zhì)量的研究主要集中在單個(gè)因素對制品質(zhì)量影響的基礎(chǔ)上，而較少考慮參數(shù)之間的交互作用。本文內(nèi)容既是在此情況下，應(yīng)用析因分析研究工藝參數(shù)對制品質(zhì)量的交互影響，并篩選出主要工藝 參數(shù)之間的重要交互作用 CAE 分析的工藝參數(shù)及交互作用的影響研究。實(shí)際實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，甚至某種情況下通過實(shí)際實(shí)驗(yàn)其質(zhì)量指標(biāo)無法測量。而 CAE 技術(shù)的發(fā)展，使得其能解決實(shí)際生產(chǎn)中無法解決的問題。本文采用 CAE 代替實(shí)際試驗(yàn)，進(jìn)行了具體案例的分析。 ，研究工藝參數(shù)及其重要交互作用對制品質(zhì) 量的影響。研究內(nèi)容包括 :工藝參數(shù)及其重要交互作用對有無熔接線工字型拉伸試樣強(qiáng)度的影響規(guī)律 。工藝參數(shù)及其重要交互作用對一維流動(dòng)平板重量及其平行流動(dòng)方向和垂直流動(dòng)方向上收縮、強(qiáng)度的影響規(guī)律。 并進(jìn)行工藝優(yōu)化。 表面質(zhì)量等因素 的影響研究。隨著塑料制品越來越廣泛的應(yīng)用，其外觀質(zhì)量的要求也就越來越高。 表面質(zhì)量 是影響外觀質(zhì)量的重要缺陷。本文對幾何形狀、工藝參數(shù)及其 他 重要交互作用 的參數(shù)進(jìn)行了一定量的考慮與分析。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告專用紙 第 12 頁共 46 頁 。注塑質(zhì)量控制中，存在很大的困難，這些困難不僅來源于工藝動(dòng)力學(xué)的復(fù)雜性和在溫度壓力波動(dòng)下材料行為的不可預(yù)測性，還來源于制品質(zhì)量與影響因素之間的關(guān)系缺乏了解。本文基于前面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及規(guī)律分析，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立了工藝參數(shù)對質(zhì)量指標(biāo)的影 響關(guān)系模型，為質(zhì)量控制技術(shù)提供了工藝模型。 運(yùn)用 CAE，即 用計(jì)算機(jī)輔助求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 外觀、 穩(wěn)定性、熱傳導(dǎo)、彈塑性等力學(xué)性能的分析計(jì)算以及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)等問題的一種近似數(shù)值分析方法。 其最重要的意義就是無需實(shí)際生產(chǎn)測試，只需在軟件輔助的條件下，就能對某件產(chǎn)品的實(shí)際生產(chǎn)進(jìn)行模擬分析，并最終獲得設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。這點(diǎn)對現(xiàn)代生產(chǎn)追求質(zhì)量與效率的理念非常符合，具有極其重要的實(shí)際意義。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告專用紙 第 13 頁共 46 頁 2. 注塑成型工藝 參數(shù)影響性 分析 注塑成型過程中主要有三方面的工藝條件控制，與壓力有關(guān)的條件有 :充填壓力、 保壓壓力和塑化壓力 (又稱為背壓 ):與溫度有關(guān)的條件有 :機(jī)筒溫度、模具溫度及熔體溫度 。與時(shí)間有關(guān)的條件有 :注射時(shí)間 (注射速率 )、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間及材料塑化時(shí)間等。此外還有決定注射量的計(jì)量行程。下面主要從注塑工藝角度理解（解釋）一些關(guān)鍵的參數(shù)，以求達(dá)到控制制品質(zhì)量的目的。 壓力參數(shù)分析 注塑壓力 壓力與塑件的許多特性有關(guān)，提高注塑壓力有助于熔體充模，增加塑件密度，減少塑件收縮，并提高尺寸穩(wěn)定性等。但塑件內(nèi)應(yīng)力及取向也隨之增加，造成塑件脫模困難，還會(huì)損傷塑件表面。一般來說，較高的注塑壓力對 產(chǎn)品的綜合性能是有益的，但過高的注塑壓力容易造成熔體的噴射式流動(dòng)，在塑件內(nèi)形成氣泡、銀紋，甚至燒傷塑件。也容易使塑件產(chǎn)生溢料或飛邊、引起過度填充，使塑件內(nèi)應(yīng)力增大，容易產(chǎn)生變形和翹曲，脫模時(shí)易出現(xiàn)裂紋、劃傷或頂出變形，同時(shí)對模具本身也帶來不良影響。 保壓壓力 在注射成型的保壓補(bǔ)縮階段，保壓壓力對模腔內(nèi)塑料熔體進(jìn)行壓實(shí)以及維持向模腔內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)料流動(dòng)。保壓壓力可影響塑件的縮痕，尺寸穩(wěn)定性，以及澆口附近的取向度和脫模等。高的保壓壓力顯然可以增加塑件密度，桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告專用紙 第 14 頁共 46 頁 減少或消除塑件縮痕，提高尺寸穩(wěn)定性，防止物料產(chǎn)生倒流 現(xiàn)象等。但同時(shí)帶來制件取向增高、冷卻時(shí)間加長、不易脫模等不利影響，使塑件容易產(chǎn)生變形、表面劃傷等，也容易使塑件產(chǎn)生飛邊，影響表觀質(zhì)量。一般來講，保壓壓力對制品的質(zhì)量影響與注射壓力的影響相似。大多數(shù)塑料的保壓壓力在注射壓力的 40%一 80%之間，而具體保壓壓力的確定，主要考慮塑件材料的特性及制件的結(jié)構(gòu)，并克服熔體從機(jī)筒到模腔的流動(dòng)阻力，將熔料送入型腔并將之壓實(shí)。 塑化壓力（背壓） 塑化壓力是指螺桿頂部熔料在螺桿后退時(shí)所受到的壓力。它對注射成型的影響主要體現(xiàn)在 :注射機(jī)對物料的塑化效果及其塑化能力方面。 一般來講，增大塑化壓力，螺桿后退速度減小，機(jī)筒內(nèi)熔體受到的壓力隨之增加。于是塑化時(shí)剪切作用加強(qiáng)，塑化效果提高。但須往意的是，增大背壓的同時(shí)，過高的塑化壓力一方面因熔體在螺槽邊緣的反流和漏流而減少了塑化量，可能引起計(jì)量不足，另一方面會(huì)使剪切熱過高剪切應(yīng)力過大，有可能使物料降解，產(chǎn)生氣泡或燒傷，影響塑件質(zhì)量。 溫度參數(shù)分析 模具溫度 模具溫度是指在成型過程中的模腔表面的溫度，模具溫度影響熔體的充模流動(dòng)行為、制品的冷卻速度和成型后的制品性能等。模溫的設(shè)定主要取決于熔料的粘度。熔料粘度較低的可 以采取低模溫注射以縮短冷卻時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。熔粘度較高的應(yīng)采用高模溫注射成型。一般說來提高模溫桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告專用紙 第 15 頁共 46 頁 可以使制件的冷卻速率均勻一致，防止凹痕和裂紋等成型缺陷產(chǎn)生。結(jié)晶型塑料的模溫控制直接決定了冷卻速率，從而進(jìn)一步?jīng)Q定結(jié)晶的速率。模溫高時(shí)冷卻速率小，結(jié)晶速率變大，有利于分子的松弛過程，分子取向效應(yīng)小。模溫太高，會(huì)延長成型周期和使產(chǎn)品發(fā)脆。模溫低，冷卻速率大，熔料的流動(dòng)與結(jié)晶同步進(jìn)行，由于熔料在結(jié)晶溫度區(qū)間停留時(shí)間縮短，不利于晶體的生長，造成產(chǎn)品的分子結(jié)晶程度較低，影響其使用性能。此外，模溫過低，塑料熔體的流動(dòng)阻力很 大，流速變緩，甚至在充模中凝固妨礙后續(xù)進(jìn)料，使得制件短射，強(qiáng)迫取向大，常造成塑件缺料、凹陷、熔縫等缺陷。因此，要保證制品的成型質(zhì)量，必須有一個(gè)高低適宜的模溫范圍。 熔體溫度 熔體溫度主要取決于機(jī)筒和噴嘴兩部分的溫度，影響物料的塑化和熔體的注射充模。注射溫度的提高主要有利于改善熔體的流動(dòng)性，它與制品的很多特性有關(guān)。升高熔體溫度，可使塑件內(nèi)應(yīng)力、流線方向的沖擊強(qiáng)度和撓曲度、拉伸強(qiáng)度等機(jī)械力學(xué)性能降低，而使垂直于流線方向的沖擊強(qiáng)度、流動(dòng)長度、表面粗糙度等性能有所改善，并可降低制品的后收縮。從總體上看，提 高熔體溫度有利于改善充模狀況以及在模腔內(nèi)的傳遞，有利于制品的綜合性能的提高，但過高的溫度也不可取。當(dāng)熔體溫度接近注塑溫度范圍的上限值時(shí)，一方面容易產(chǎn)生較多的氣體，使塑件產(chǎn)生氣泡、空洞、變色、燒焦等，也因過多地改善流動(dòng)性而產(chǎn)生飛邊，影響制品表觀質(zhì)量 。另一方面，過高的溫度會(huì)使塑料發(fā)生降解作用，使塑件強(qiáng)度降低，失去彈性等，影響使用性能。因此，料溫必須進(jìn)行很好的控制。 時(shí)間參數(shù)分析 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告專用紙 第 16 頁共 46 頁 注射時(shí)間 注射時(shí)間是控制注射速率的參數(shù)之一。注射時(shí)間越短，則注射速率越高，注射速率的大小對塑件的性能有很大影響。提高注 射速率可使充模壓力提高，有利于充模過程，并使充模中的熱量散失減少，模腔溫度比較均勻，制品均勻而密實(shí)。同時(shí)可降低制品收縮率，減少塑件芯部取向，增加熔接縫強(qiáng)度。一般來說，注射速率的提高有益于制品的綜合性能，但過高的注射速率會(huì)增加壓力損失，降低固化層厚度，提高塑件表層取向性，甚至使熔體發(fā)生彈性湍流，使塑件容易形成飛邊、表面裂紋等。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，過高過低的注射速率都會(huì)導(dǎo)致沖擊強(qiáng)度的下降。另一方面，過低的注射速率使塑件熔接縫強(qiáng)度下降，總?cè)∠蜃饔迷龃螅瑑?nèi)應(yīng)力增高等，影響制品力學(xué)性能。 保壓時(shí)間 保壓時(shí)間和冷卻時(shí) 間的長短也對塑件的質(zhì)量產(chǎn)生直接影響?？s短保壓時(shí)間，會(huì)使模腔壓力降低加快，有可能產(chǎn)生倒流，使塑件產(chǎn)生縮孔、凹陷等缺陷，并影響塑件尺寸的穩(wěn)定性。加長保壓時(shí)間，可提高塑件尺寸的穩(wěn)定性避免上述缺陷的發(fā)生，得到致密的產(chǎn)品。同時(shí)會(huì)使模腔壓力提高，改變由于溫度不均而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。但會(huì)增加脫模難度，有時(shí)容易產(chǎn)生表面頂出劃傷或?qū)⑺芗攺澋默F(xiàn)象。材料塑化時(shí)間的長短可影響塑化質(zhì)量，直接影響產(chǎn)品性能。時(shí)間太短了不能使塑化均勻、溫度一致，容易產(chǎn)生硬塊、銀絲等 。而太長了又會(huì)使熔料因螺桿的作用而發(fā)生分解、燒傷等，也給產(chǎn)品質(zhì)量帶來不良影響 。 注射速度分析 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告專用紙 第 17 頁共 46 頁 注射速度是指螺桿前進(jìn)將熔融物料充填到模腔時(shí)的速度，一般用單位時(shí)間的注射質(zhì)量 (g/s)或螺桿前進(jìn)的速度 (m/s)表示。 低速注射時(shí)，料流速度慢，熔料從澆口開始漸向型腔遠(yuǎn)端流動(dòng)，料流前呈球形，先進(jìn)入型腔的熔料先冷卻而流速減慢，接近型腔壁的部分冷卻成高彈態(tài)的薄殼，而遠(yuǎn)離型腔壁的部分仍為粘流態(tài)的熱流，繼續(xù)延伸球狀的流端，至完全充滿型腔后，冷卻殼的厚度加大而變硬。這種慢速充模由于熔料進(jìn)入型腔時(shí)間長，冷卻使得粘度增大，流動(dòng)阻力也增大，需要用較高注射壓力充模。 對不具有活性原子團(tuán)的非極性聚和物而 言 (如 PP)，剪切應(yīng)力的增加將引起熔體粘度的下降。這種性質(zhì)對注塑是非常有利的，因?yàn)樽⑸渌俣瓤梢宰鳛闇囟群蛪毫σ酝獾牡谌N手段，能對物料的粘度進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。 在注塑理論中理想的注射成型速度就是”將最均勻熔融的塑料，用最短的時(shí)間傳送至模具內(nèi)使其在均一狀態(tài)下固化”，從這一理論觀點(diǎn)來看一般都希望注塑速度快，但實(shí)際成型時(shí)受到成型機(jī)性能的限制，高速流動(dòng)產(chǎn)品外觀容易產(chǎn)生種種異常，故不能期望流速太高。所以合適的注塑速度應(yīng)以塑件的表觀質(zhì)量和模具的結(jié)構(gòu)來確定。 以上的各種參數(shù)，就是注塑過程中比較重要的參數(shù)，對本設(shè)計(jì)有著非常重 要的影響。 DOE 法全稱實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法，主要是 應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的基本知識(shí)，討論如何合理地安排試驗(yàn)，取得數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行綜合科學(xué)分析，從而盡快獲得最優(yōu)組合方案。在工程學(xué)領(lǐng)域是改進(jìn)制造過程性能的非常重要的手段。在開發(fā)新工序中亦有著廣泛的應(yīng)用。在工序開發(fā)的早期應(yīng)用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法能夠提高產(chǎn)量；減少變異性，與額定值或目標(biāo)值更為一致 。最主要桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告專用紙 第 18 頁共 46 頁 目的在于 減少開發(fā)時(shí)間 ， 減少總成本。 本設(shè)計(jì)主要研究的是，在產(chǎn)品自身材料等參數(shù)基本確定的前提下，通過控制外部因素，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)來尋得一組相對比較完善的、利用產(chǎn)品開發(fā)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)。并在此過程中具體分析各 種情況。 DOE 法的注塑成型仿真優(yōu)化 設(shè)計(jì)選取的研究對象是一款手機(jī)，型號為諾基亞 5800，主要研究對象是手機(jī)的后蓋板，具體就是通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（ DOE 法），利用各組數(shù)據(jù)，經(jīng)過moldflow 分析得出不同結(jié)果，最終得到最佳的一組數(shù)據(jù)，用來作為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)的參數(shù)。其中 3D 建模圖和將用于分析的后蓋板如分別如下圖 31 和 32所示。 圖 31 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告專用紙 第 19 頁共 46 頁 圖 32 軟件 Moldflow 以及正交實(shí)驗(yàn)助手的介紹 moldflow 軟件簡介 目前 ,CAE 技術(shù)作為一項(xiàng)較新的技術(shù) ,在制造業(yè)中扮演越來越重要的角色。在注塑成型分析中 ,目前比較具有代表性的 CAE 軟件是 Moldflow。在注塑成型的過程中 ,塑料在模具型腔中的流動(dòng)和成型 ,與塑料的性能、制品的形狀尺寸、成型溫度、成型壓力、成型時(shí)間等都有一定的關(guān)系。對于一些尺寸較大、結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且質(zhì)量精度要求較高的產(chǎn)品 ,即使是具有豐富經(jīng)驗(yàn)的注塑工藝設(shè)計(jì)人員也很難保證一次就確定出最佳的注塑工藝。利用Moldflow 可以快速、低成本地預(yù)測出制件可能產(chǎn)生的各種缺陷 ,對改進(jìn)注塑工藝提供了參考依據(jù)。在利用 Moldflow 對注塑工藝進(jìn)行分析時(shí) ,對注塑工藝參數(shù)的設(shè)定和修改主要還是依靠經(jīng)驗(yàn)以及材料供應(yīng)商提供的推薦參數(shù)，工藝設(shè)計(jì)人員不能確定出在影響產(chǎn)品質(zhì)量的諸多注塑工藝參數(shù)中，各個(gè)參數(shù)對制件影響程度大小以及各個(gè)參數(shù)間的交互影響程度 ,以至于參數(shù)改進(jìn)的效桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )報(bào)告專用紙 第 20 頁共 46 頁 率很低。對于復(fù)雜的產(chǎn)品 ,單次注塑分析過程就已經(jīng)會(huì)消耗掉大量的時(shí)間 ,顯然對其注塑參數(shù)作全面實(shí)驗(yàn)必將花費(fèi)更多的時(shí)間 ,而隨著產(chǎn)品生命周期的縮短 ,必須提高生產(chǎn)效率 ,這樣全面實(shí)驗(yàn)顯得更沒有意義。利用正交實(shí)驗(yàn)法 ,工藝設(shè)計(jì)人員就可以通過較少的注塑工藝分析實(shí)驗(yàn)來獲得對產(chǎn)品質(zhì)量影響最大的注塑參 數(shù) ,從而有針對性地對它進(jìn)行調(diào)節(jié) ,獲得更好的產(chǎn)品質(zhì)量。 采用 Moldflow 軟件對注塑成型過程進(jìn)行模擬分析，為評估模具工藝的合理性．優(yōu)化模具設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)，可量大限度地降低模具制造成本，縮短開發(fā)周期。 高質(zhì)量注塑制品的獲得，是以優(yōu)秀的制品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和注塑成型工藝為前提。注塑制品的許多缺陷 (如熔接痕、短射、制品變形等 )皆與熔體在模具中的流動(dòng)方式有關(guān)，因而對熔體流動(dòng)方式的控制成為優(yōu)化注塑成型工藝的關(guān)鍵。隨著