根据田口方法实验

根据田口方法实验，工艺参数对翘曲的影响

摘要：

实验模型是一个汽车三角面板，用田口实验的方法来判定工艺参数对翘曲的影响。构造正交数组来研究每一个因素的重要性（成型温度，融化温度，注射时间，v/p转换，保压压力和保压时间）。CAE软件Moldflow用来分析翘曲变形的范围。通过获得信噪比和执行一定范围的分析来分析工艺参数对翘曲的影响。而且，最小翘曲的工艺参数会得到优化。随后，根据填充条件会得到最小翘曲的最佳填充条件。

关键词：注射模，翘曲，田口方法，最佳工艺

1.介绍：

随着轻型汽车的发展，汽车生产厂商开始普遍的使用塑料。差不多有80%的汽车塑料零部件是通过注射模生产的。在生产过程中，塑料产品中的发现了大量成型缺陷，比如翘曲，体积收缩，熔接痕和气泡。潜在的原因包括大量的塑料原材料，复杂的模具型腔结构，成型设备的不同控制方法和不同的流变特性和机器性能。塑料零件的翘曲是塑料产品质量一个重要的指标，它不仅仅影响产品的装配和性能，也影响产品质量外观，最简单也是最有效防止敲的方法就获得最优的成型工艺参数。

使用一个连续的单一的方法，1.Behrooz Farshi 研究了薄壁零件的汽车，确定了成型工艺参数对翘曲和体积收缩的影响。Wu-lin Chen 用Moldflow模拟了塑料注射的过程，根据响应面方法设计了一个实验，确定了减小体积收缩和翘曲的工艺参数。2.Kurtaran通过一个类神经网络模型和一个遗传算法（GA）分析了注射成型参数（成型温度，融化温度，填充压力，填充时间和冷却时间）对汽车灯罩的翘曲的影响。这个研究发现了最小的最佳变形工艺参数。3.Kitayama指出通过代理模型优化技术，变量压力分布图可以有效的减少翘曲的影响，该技术一直在使用径向基函数网络。4.Chuang MT和Yang YK应用灰色关联分析并获得了一个注塑成型工艺的最佳参数组合。5.为了优化参数的设计这样的一个的过程，许多方法已经被广泛的使用，包括田口方法。6.Babur Ozcelik用有限元软件(FE)分析了手机外壳的成型工艺，并且通过正交实验设计检测到了翘曲的最大影响要素。该研究还通过CATIA结构分析优化了部分。7.Wei Guo提出一个有效的方法，用综合设计实验和GA以减少缩痕深度和为了优化永久的优化设计。8,9.Dong-Gyu Ahn 进行了数值分析和实验，确定了注射成型工艺参数核心的转变的影响，优化了薄壁和深壁的电池塑料壳注射成型条件。10.Jung Hyun Cho 描述了有机玻璃在高温下由于注射成型引起的变形和改变浇口位置来减少这种变形。11.Phuong NguyeThi研究了在一个模内涂层工艺内不同的涂层条件的流动行为。

当前的研究模拟了工件在机器上的注塑工艺。一个汽车的内部三角形是作为一个例子，使用的是模流分析软件和有限元分析软件。这个过程反映了熔体充填，包装，主公你缺的预测地预测翘曲变形和冷却过程。利用田口实验方法确定了包括注射温度、熔融温度、注射时间、V/P转换点、保压压力和包压时间工艺参数影响。

2.实验设计：

2.2模型和材料

为了满足有限元分析研究，在这项研究中提出的三维实体模型在CATIA中举例说明，如图1所示。这个模型包括一个435mm*90mm*30mm，壁厚2，5mm的塑件。从模流分析软件里选择了这个材料（编号：12517），这个材料由Kingfa Sci & Tech责任有限公司生产。表一给出了零件的材料属性。给出了实体模型的尺寸特征，用模塑仿真分析进行了前处理建模和网格处理。图2显示了零件成型的有限元模型包括31595个网格单元和双层网格的网络类型。浇注系统和冷却系统建立在模塑仿真分析软件关于模具设计中。

2.2田口实验设计

田口方法是由日本质量专家田口博士设计的实验方法。这种方法有助于大大减少实验中的迭代次数,降低实验成本。为了研究翘曲形成参数影响，这个研究选择模具温度，熔融温度，注射时间，，V/P转换点，保压压力和保压时间作为研究因素。体积控制管理V/P转换点，保压压力是注射压力的60%~100%。所选的研究如表2所示。L27正交试验基于田口方法被利用，表格3列出了实验设计的参数。

3.结论和讨论：

模塑仿真分析的有限元软件被用来设计27本研究实验的参数,进行仿真分析注塑形成过程。图3显示了这个分析的关键结果。通过进行这个模拟，一个设计师可以直观地查询熔体在型腔的流动状况和成型缺陷。图3（a）展示了充填时间结果。熔体在型腔流动可以随时在图里观察，熔体的填充时间的俩个部分差不多相等。因此，浇注系统设计相对合理,不会引起不平衡流。表3记录了27个实验

的翘曲变形。

3.1均值分析

实验期间确定每个因素在每个级别的平均结果,随着一系列的K 值(平均值）。表4和图4显示了不同层的K 值因素。平均值图表表明产品翘曲的程度随着注射时间慢慢减少，同时V/P 转换点和保压时间增加。熔融温度减少，弯曲的程度迅速降低。随后，影响程度迅速下降。保压压力减少，弯曲程度迅速下降。这个结果阐明了研究中的所有研究因素，保压压力对翘曲的影响最大。表4显示了平均的结果分析，表明一个重要的不同意味着一个对翘曲的相当大的影响。因此，翘曲的影响因素包括保压压力，熔融温度，保压时间，V/P 转换点，注射时间和模具温度（从高到低）。

3.2SNR 分析

信噪比用SNR 表示。田口方法是用来确定实验至少受噪声的影响。最大SNR 代表新的噪音能源的最小灵敏度，从而优化实验条件。少量翘曲被优先选择。因此，小SNR 特征值可用于描述翘曲特征。SNR 的计算公式表达如下：

()

????????????∑=n 1i 2i w 1 -10log =N S n

W i是每个实验里的翘曲数量。图5显示了每个因素的平均SNR。一

大比例

个

意味着噪

对性能的弱影响。关于最小化问题，相应级别下的翘曲最小。生成最声

小翘曲的工艺参数是用A1B3C3D3E3F3。理想的结果是结合低模具温度获得高层次的熔融温度，注射时间，V/P转换点，保压压力和保压时间。推荐的参数是在模塑仿真分析软件用于进行模拟测试。图7显示了使用推荐工艺参数的翘曲分析结果。翘曲程度测量为2.919mm，这个数据比从27个实验获得的实验值要小。因此，田口方法可以快速确定合适的工艺参数，并协助减少调试时间。

3.3曲线分析来优化保压

根据上面每一个分析来看，保压压力对翘曲的影响远远大于其他因素。换句话说，跟其他因素相比，翘曲度在保压状态下更敏感变化。根据CAE分析，体积收缩不均匀变化是引起一些翘曲实例最主要原因。体积收缩不均匀可以通过控制保压工艺来改善，从而减少翘曲度。因此如果随着冷却时间保压压力不断变化，

所有部分不断缩小体积，然后这些部分的翘曲度减少。相比之下，一些模拟的实验遵循分段保压压力梯度曲线(0 s, 100%; 14 s, 100%; 15 s, 0%)。图8显示了给推荐的保压曲线的翘曲CAE分析。翘曲数量测量是 2.644mm。翘曲变形的程度是0.27mm，比使用推荐的工艺参数低。因此可以通过优化保压曲线来改善塑料注射模具压力工艺来减少塑件翘曲程度。图9显示了内饰面板。

4.总结：

通过使用田口方和有限元分析的实验确定了注射模具工艺参数对翘曲的影响。根据数值分析和模拟的结果，在汽车内饰面板里，保压压力对翘曲度的影响最大，其次是熔融温度，保压时间，V/P转换点，注射时间和成型温度。增加保压压力，改善熔融温度，增加注射和保压时间以及其他方法来帮助限制翘曲度。另外，改变成型温度很难影响翘曲度。根据给的推荐的工艺参数的翘曲分析结果，翘曲度是2.919mm，这比从27个实验里获得数值要小。此外，均匀体积收缩可以通过优化保压资料获得。优化保压曲线后的翘曲度是 2.664mm，这比在推荐工艺参数下的许多翘曲小很多。

后记：

这项工作获得了中国国家高技术研究和计划(No. 2013AA 040201),中央大学的基础研究基金(WUT: 2014-IV-041)，国家重点实验室的开放基础材料的模具加工和技术(P2014-12)的课题支持。

文献：