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解决注塑产品变形缺陷,看它就对啦!

2019-6-3 19:51| 发布者: 优胜网络张老师| 查看: 52| 评论: 0

摘要: 模具开发当中一般会遇到各种注塑缺陷:变形、断裂、磨损、飞边、斑纹等。 有的缺陷通过改变模具结构可以得到改善;有的缺陷通过改变塑料制件形状结构可以改变;而有的则需要通过调整工艺参数来做调整以减轻甚至消除 ...

模具开发当中一般会遇到各种注塑缺陷:变形、断裂、磨损、飞边、斑纹等。

有的缺陷通过改变模具结构可以得到改善;有的缺陷通过改变塑料制件形状结构可以改变;而有的则需要通过调整工艺参数来做调整以减轻甚至消除缺陷!

以往的情况是,一般通过试模试机在现场调整工艺参数以达到预期的效果,这里我们介绍一种简单又比较实用的方法:正交试验法,来比较快速便捷的找到改善缺陷的工艺参数。

翘曲变形是影响塑料塑料制件注射制品质量的重要因子, 而工艺参数是引起翘曲变形的主要因子。

影响注塑工艺参数有如下保压压力的大小、模具温度的高低、熔体温度的大小、保压时间的长短以及注射时间的长短, 这五个因子影响塑料盖子注射制品的翘曲变形。

注塑成型过程中通常会遇到耦合性与非线性等特性。一般来讲是没有办法直接得到塑料盖子注塑的翘曲与工艺参数的理论数学模型, 因此找到一种行之有效的优化塑料盖子成型工艺参数就显的十分重要。这里选取典型的一个塑料翻盖(如图1)作为研究对象进行研究。

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1 翻盖盖子典型结构图

Fig.1Typical structure of flip top lid


一、优化方法  

 

基于有限元分析, 可以看到塑胶制件的优劣与其翘曲变形的程度有直接的关系, 翘曲可以通过调整模具结构得到改善,也可以通过增减壁厚而减轻。同时调节成型参数也是一种行之有效的手段。

 

本章着重讨论如何从调整成型参数入手运用正交试验法来降低翘曲程度。

 

成型参数众多,不难发现有五个要素对翘曲的影响很大,即注射时间、保压压力、保压时间、模温和熔体温度。注塑成型中各个因素并不是线性相关,而是存在着非线性亦或耦合性等等,因此没有很好的方面建立合适的模型来反映成型因子与翘曲之间的关系。

 

这里引入正交试验来以有限典型试验的方法,使成型参数与翘曲变形建立一种逻辑关系模型。正交试验是对多因素水平试验设计。其核心思想是在保证试验结果真实有效的基础上减少试验次数。它要从全面试验结果中遴选出小部分具均匀分散,整齐可比的点进行试验; 接着在规则下设计正交矩阵, 为了最大限度合理安排试验需选取规定的正交表

 

在试验设计时,因为因子与因子有相互影响,所以要考虑另组合因子也作为一个因子, 这样随着因子的增多,需要相当多的试验,效率很低也会大大影响试验的结论。而应用正交试验设计,则能选取典型的试验,来减少试验次数并通过计算找到最合适的因子组合。进而找到各个因子对目标的影响程度, 通过典型试验便得到全部概况。

 

 

正交试验设计流程一般有三个部分:

 

1)    确立试验方案,包括试验因子和试验目标。

 

从比较全面的试验中选择相关性最大的几个试验因子。如果选择的试验因子比较少则会造成试验太片面而影响结果。然后要选择适当的试验条件和试验范围。太大亦或太小的条件范围都会影响试验的可靠性。接着选择合适的正交试验表,确定试验因子水平数与试验因子数,试验按因子和水平依照正交表逐一进行,并记录对应的结果。最后计算每一个试验方案的信噪比。

 

2)    对信噪比试验结果的分析和优化。

 

分析试验结果的方法有很多,一般使用极值法和方差分析法,针对目标得到优化的参数方案。

 

3)    验证优化方案,将优化方案再进行试验,比对试验结果。

 

 

 

二、优化结果和分析

 

首先确定试验指标,即试验的目的。

 

这里以模拟翘曲变形量为研究指标,在模流分析中,应用了翘曲模拟分析。

 

试验所用材料聚丙烯,牌号巴塞尔HP400,推荐工艺参数是,模具温度20-50oc,熔体温度220-250oc

 

然后明确因子以及水平,因子是会对试验指标产生影响的因素。这里用ABC等字母来表示。而因子在试验中所选的或变化的状态或条件则称为水平,一般用123等数字来表示。

 

通过对塑料盖子翘曲变形的分析,可知因子有五个:注射时间、保压压力、保压时间、熔体温度和模具温度。

 

按每种因子都选取四个水平值,然后进行工艺参数水平设置,采用五因子四水平的试验,见表4

 

1 因子水平图

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首先选用正交表,正交试验表一般记为Lk(nm), 其中L代表正交表;k代表表行数即试验的次数,n代表各个因子的水平数,m代表表的列数即因子的最多个数。

 

按照因子和水平的划分,采用L16(45)形式的正交试验表4.2。根据正交试验的设计,共有45个不同试验,按要求进行4×416次典型试验,见表5试验确定对信噪比值翘曲变形量影响大小因子的顺序,同时根据不同因子对塑料制件翘曲量影响的显著性,得到最佳工艺组合参数,然后找到最小形变量。

 

2 正交试验表

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2.1极差分析

 

极差指的是试验结果的最大值减去最小值所得的值。

 

如果极差小,说明因子水平的变化对目标影响小,相反的,则意味着因子对目标值的影响比较大。依据正交试验的结果,因子的极差见表6

3 极差分析表

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从数据表中得到极差的大小顺序为:0.7663> 0.1662> 0.1520>0.1348>0.0727,即因子的极差关系是RC>RE>RD>RA> RB,说明对于影响翘曲的因素是保压时间(C>模具温度(E)>熔体温度(D)> 注射时间(A) >保压压力(B)

 

从因子水平与极差的关系图4.1中我们也可以清楚直观的看到每个参数对于翘曲量的影响大小。按极差和各因子水平的关系图37可以得到在A3B3C2D2E1的组合时,塑件翘曲量最小。

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2因子水平与极差的关系图

Fig.2 Facts and range relation


2.2方差分析

从上面我们可以看到极差分析相对简单,计算量很少,可以从图中直接读出结果,但其准确度相对较差,只能作为一个定性的参考而不能定量来衡量,为了改进这一缺失,就需要对某些问题用方差分析来解决。

 

假设有一个试验,使用正交表Lk(nm),试验的k 个结果为y1,y2,y3,…yk, 记为

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为试验k个结果的变差总和:

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是指第 j 列的因子的变差平方和,其中 r=k/n。从而可以证明

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式中表明总的变差是各列变差平方和的和,且 ST的自由度是 k-1Sj的自由度是 n-1。当正交表满因子时, Sj中的最小数值即为误差的变差平方和Se。当所有列排布不满时,所有空列的Sj之和变为误差的变差平方和Se,记为自由度fe。由此可知,对于正交表Lk(nm)进行的方差分析过程中,对正交表安排的因子统计公式:

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公式中第j列是需被检验的影响因子。

有时,当因子的作用不明显时,则近似有

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使用时,一般先求出各列的Sj/(n-1)值及Se/fe值。当某个Sj/(n-1)Se/fe小时,可以把这列的值计入Se中作为误差,可以适当增加误差自由度,并且增加检验灵敏度。当所有符合列的值都计入误差后,记为Se,其自由度为fe,这时有

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

4因子显著性表

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由上表方差分析得到最终的结论是保压时间对制件翘曲值变化的幅度有特别显著影响,模具温度和熔体温度次之,注塑时间再次之,保压压力对制件翘曲值的影响幅度比较小,这个结果与极差分析的结论完全一致并给出了定量的数值,为后面的模拟打下基础。

 

运用软件Moldflow/MPI检验优化参数组合条件下的翘曲变形量,优化参数组合中各项工艺参数为: 注射时间0.6, 保压压力11MPa,保压时间10s,模具温度20°C,熔体温度230°C。把目标定在2mm, 则模拟仿真的结果便如下图38, 可以看到变形的程度有所收窄。

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3 翘曲变形模拟图

Fig.3 Simulation of Deflection

这里使用了一种科学的试验方法即正交分解法来进行模拟试验。先对正交分解的定义及其一般流程做了简单的阐述,然后设计了具有五因子四水平的正交试验。保压压力,保压时间,熔体温度和模具温度进行组合模拟试验,定性分析五个因子对塑料制件翘曲变形产生的影响,然后定量的确定各个工艺因子对翘曲变形量的影响程度。

运用正交分解的试验方法来获得最佳的工艺参数,再运用简单的极差和定量的方差法综合分析试验数据,得到优化后的最佳工艺参数,找到对目标影响显著或比较显著的因子,加以优化。最后使用最优化参数组合来做模流分析,降低翘曲,使其在可接受的公差范围之内,从而确认其真正达到了我们预期的要求。

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