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解決注塑產品變形缺陷,看它就對啦!

2019-6-3 19:51| 發布者: 優勝網絡張老師| 查看: 52| 評論: 0

摘要: 模具開發當中一般會遇到各種注塑缺陷:變形、斷裂、磨損、飛邊、斑紋等。 有的缺陷通過改變模具結構可以得到改善;有的缺陷通過改變塑料制件形狀結構可以改變;而有的則需要通過調整工藝參數來做調整以減輕甚至消除 ...

模具開發當中一般會遇到各種注塑缺陷:變形、斷裂、磨損、飛邊、斑紋等。

有的缺陷通過改變模具結構可以得到改善;有的缺陷通過改變塑料制件形狀結構可以改變;而有的則需要通過調整工藝參數來做調整以減輕甚至消除缺陷!

以往的情況是,一般通過試模試機在現場調整工藝參數以達到預期的效果,這里我們介紹一種簡單又比較實用的方法:正交試驗法,來比較快速便捷的找到改善缺陷的工藝參數。

翹曲變形是影響塑料塑料制件注射制品質量的重要因子, 而工藝參數是引起翹曲變形的主要因子。

影響注塑工藝參數有如下保壓壓力的大小、模具溫度的高低、熔體溫度的大小、保壓時間的長短以及注射時間的長短, 這五個因子影響塑料蓋子注射制品的翹曲變形。

注塑成型過程中通常會遇到耦合性與非線性等特性。一般來講是沒有辦法直接得到塑料蓋子注塑的翹曲與工藝參數的理論數學模型, 因此找到一種行之有效的優化塑料蓋子成型工藝參數就顯的十分重要。這里選取典型的一個塑料翻蓋(如圖1)作為研究對象進行研究。

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1 翻蓋蓋子典型結構圖

Fig.1Typical structure of flip top lid


一、優化方法  

 

基于有限元分析, 可以看到塑膠制件的優劣與其翹曲變形的程度有直接的關系, 翹曲可以通過調整模具結構得到改善,也可以通過增減壁厚而減輕。同時調節成型參數也是一種行之有效的手段。

 

本章著重討論如何從調整成型參數入手運用正交試驗法來降低翹曲程度。

 

成型參數眾多,不難發現有五個要素對翹曲的影響很大,即注射時間、保壓壓力、保壓時間、模溫和熔體溫度。注塑成型中各個因素并不是線性相關,而是存在著非線性亦或耦合性等等,因此沒有很好的方面建立合適的模型來反映成型因子與翹曲之間的關系。

 

這里引入正交試驗來以有限典型試驗的方法,使成型參數與翹曲變形建立一種邏輯關系模型。正交試驗是對多因素水平試驗設計。其核心思想是在保證試驗結果真實有效的基礎上減少試驗次數。它要從全面試驗結果中遴選出小部分具均勻分散,整齊可比的點進行試驗; 接著在規則下設計正交矩陣, 為了最大限度合理安排試驗需選取規定的正交表

 

在試驗設計時,因為因子與因子有相互影響,所以要考慮另組合因子也作為一個因子, 這樣隨著因子的增多,需要相當多的試驗,效率很低也會大大影響試驗的結論。而應用正交試驗設計,則能選取典型的試驗,來減少試驗次數并通過計算找到最合適的因子組合。進而找到各個因子對目標的影響程度, 通過典型試驗便得到全部概況。

 

 

正交試驗設計流程一般有三個部分:

 

1)    確立試驗方案,包括試驗因子和試驗目標。

 

從比較全面的試驗中選擇相關性最大的幾個試驗因子。如果選擇的試驗因子比較少則會造成試驗太片面而影響結果。然后要選擇適當的試驗條件和試驗范圍。太大亦或太小的條件范圍都會影響試驗的可靠性。接著選擇合適的正交試驗表,確定試驗因子水平數與試驗因子數,試驗按因子和水平依照正交表逐一進行,并記錄對應的結果。最后計算每一個試驗方案的信噪比。

 

2)    對信噪比試驗結果的分析和優化。

 

分析試驗結果的方法有很多,一般使用極值法和方差分析法,針對目標得到優化的參數方案。

 

3)    驗證優化方案,將優化方案再進行試驗,比對試驗結果。

 

 

 

二、優化結果和分析

 

首先確定試驗指標,即試驗的目的。

 

這里以模擬翹曲變形量為研究指標,在模流分析中,應用了翹曲模擬分析。

 

試驗所用材料聚丙烯,牌號巴塞爾HP400,推薦工藝參數是,模具溫度20-50oc,熔體溫度220-250oc

 

然后明確因子以及水平,因子是會對試驗指標產生影響的因素。這里用ABC等字母來表示。而因子在試驗中所選的或變化的狀態或條件則稱為水平,一般用123等數字來表示。

 

通過對塑料蓋子翹曲變形的分析,可知因子有五個:注射時間、保壓壓力、保壓時間、熔體溫度和模具溫度。

 

按每種因子都選取四個水平值,然后進行工藝參數水平設置,采用五因子四水平的試驗,見表4

 

1 因子水平圖

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首先選用正交表,正交試驗表一般記為Lk(nm), 其中L代表正交表;k代表表行數即試驗的次數,n代表各個因子的水平數,m代表表的列數即因子的最多個數。

 

按照因子和水平的劃分,采用L16(45)形式的正交試驗表4.2。根據正交試驗的設計,共有45個不同試驗,按要求進行4×416次典型試驗,見表5試驗確定對信噪比值翹曲變形量影響大小因子的順序,同時根據不同因子對塑料制件翹曲量影響的顯著性,得到最佳工藝組合參數,然后找到最小形變量。

 

2 正交試驗表

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2.1極差分析

 

極差指的是試驗結果的最大值減去最小值所得的值。

 

如果極差小,說明因子水平的變化對目標影響小,相反的,則意味著因子對目標值的影響比較大。依據正交試驗的結果,因子的極差見表6

3 極差分析表

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從數據表中得到極差的大小順序為:0.7663> 0.1662> 0.1520>0.1348>0.0727,即因子的極差關系是RC>RE>RD>RA> RB,說明對于影響翹曲的因素是保壓時間(C>模具溫度(E)>熔體溫度(D)> 注射時間(A) >保壓壓力(B)

 

從因子水平與極差的關系圖4.1中我們也可以清楚直觀的看到每個參數對于翹曲量的影響大小。按極差和各因子水平的關系圖37可以得到在A3B3C2D2E1的組合時,塑件翹曲量最小。

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2因子水平與極差的關系圖

Fig.2 Facts and range relation


2.2方差分析

從上面我們可以看到極差分析相對簡單,計算量很少,可以從圖中直接讀出結果,但其準確度相對較差,只能作為一個定性的參考而不能定量來衡量,為了改進這一缺失,就需要對某些問題用方差分析來解決。

 

假設有一個試驗,使用正交表Lk(nm),試驗的k 個結果為y1,y2,y3,…yk, 記為

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為試驗k個結果的變差總和:

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是指第 j 列的因子的變差平方和,其中 r=k/n。從而可以證明

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式中表明總的變差是各列變差平方和的和,且 ST的自由度是 k-1Sj的自由度是 n-1。當正交表滿因子時, Sj中的最小數值即為誤差的變差平方和Se。當所有列排布不滿時,所有空列的Sj之和變為誤差的變差平方和Se,記為自由度fe。由此可知,對于正交表Lk(nm)進行的方差分析過程中,對正交表安排的因子統計公式:

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公式中第j列是需被檢驗的影響因子。

有時,當因子的作用不明顯時,則近似有

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使用時,一般先求出各列的Sj/(n-1)值及Se/fe值。當某個Sj/(n-1)Se/fe小時,可以把這列的值計入Se中作為誤差,可以適當增加誤差自由度,并且增加檢驗靈敏度。當所有符合列的值都計入誤差后,記為Se?,其自由度為fe?,這時有

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方差分析結果如表4:由 F 分布表查得F(n1-1,n2-1)如表。取 n1-1=fq n2-1= fea 分別取 0.010.05F0.01(3,4)=28.71F0.05(3,4)=9.12

4因子顯著性表

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由上表方差分析得到最終的結論是保壓時間對制件翹曲值變化的幅度有特別顯著影響,模具溫度和熔體溫度次之,注塑時間再次之,保壓壓力對制件翹曲值的影響幅度比較小,這個結果與極差分析的結論完全一致并給出了定量的數值,為后面的模擬打下基礎。

 

運用軟件Moldflow/MPI檢驗優化參數組合條件下的翹曲變形量,優化參數組合中各項工藝參數為: 注射時間0.6, 保壓壓力11MPa,保壓時間10s,模具溫度20°C,熔體溫度230°C。把目標定在2mm, 則模擬仿真的結果便如下圖38, 可以看到變形的程度有所收窄。

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3 翹曲變形模擬圖

Fig.3 Simulation of Deflection

這里使用了一種科學的試驗方法即正交分解法來進行模擬試驗。先對正交分解的定義及其一般流程做了簡單的闡述,然后設計了具有五因子四水平的正交試驗。保壓壓力,保壓時間,熔體溫度和模具溫度進行組合模擬試驗,定性分析五個因子對塑料制件翹曲變形產生的影響,然后定量的確定各個工藝因子對翹曲變形量的影響程度。

運用正交分解的試驗方法來獲得最佳的工藝參數,再運用簡單的極差和定量的方差法綜合分析試驗數據,得到優化后的最佳工藝參數,找到對目標影響顯著或比較顯著的因子,加以優化。最后使用最優化參數組合來做模流分析,降低翹曲,使其在可接受的公差范圍之內,從而確認其真正達到了我們預期的要求。

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