（南昌大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，江西南昌330031）

    摘要：在綜合利用正交實(shí)驗(yàn)法、CAE分析和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，對快速冷熱成型技術(shù)（RHCM）成型LCD電視機(jī)前面殼成型工藝進(jìn)行了優(yōu)化研究。通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)值模擬獲得樣本數(shù)據(jù)，結(jié)合方差分析技術(shù)確定了該產(chǎn)品各成型品質(zhì)指標(biāo)的顯著性影響因素；進(jìn)而通過級差分析和綜合平衡分析研究得出了該產(chǎn)品的*工藝因素組合，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該優(yōu)化組合的工藝可行性。

    關(guān)鍵詞：快速冷熱成型技術(shù)；正交實(shí)驗(yàn)法；計(jì)算機(jī)輔助工程分析；數(shù)據(jù)處理；綜合平衡法

      RHCM又稱高光無流痕注射成型技術(shù)、蒸汽注塑成型技術(shù)等，是一種新型注射成型技術(shù)，其原理主要是利用三維無匯線模具及蒸汽加速控制器，令模具內(nèi)的溫度急速加熱及冷卻，從而使得產(chǎn)品外觀得到明顯改善。就成型工藝而言，RHCM成型與微注射成型具有很大的相似性，均以高溫、快速成型為主要特點(diǎn)，都以產(chǎn)品對模具的高復(fù)原性為成型目的，如何保證塑料的低黏度性（溫度影響），或克服塑料與模壁之間的黏著力（壓力影響）將會大大影響制件的填充狀況。正是由于RHCM成型這一工藝特點(diǎn)，一方面確保熔體在型腔內(nèi)的充分?jǐn)U展與匯合，另一方面zui大程度地限制制品的成型收縮，從而確保該技術(shù)在提高產(chǎn)品對成型模具的復(fù)原性，消除熔接痕、凹痕、流紋、銀絲紋、表面浮纖等缺陷，改善產(chǎn)品表面色差、提高產(chǎn)品的強(qiáng)度和剛度、減少應(yīng)力畸變，以及提高成型效率等方面具有傳統(tǒng)成型所無法

    比擬的*性。本研究將以LCD視機(jī)前面殼為例，在正交實(shí)驗(yàn)法的基礎(chǔ)上，結(jié)合CAE分析及數(shù)據(jù)處理技術(shù)，研究RHCM成型各工藝參數(shù)對制什zui終成型品質(zhì)的影響，以實(shí)現(xiàn)對RHCM成型主要成型工藝參數(shù)進(jìn)行有效的預(yù)測與優(yōu)化，進(jìn)而提高成型品質(zhì)及成品率。

      1產(chǎn)品品質(zhì)評價指標(biāo)及因素

      1.1產(chǎn)品模型   

      LCD電視機(jī)前面殼CAD模型和CAE分析模型如圖1所示，包容尺寸為386 mm×257 mm×22 mm，主體壁厚為l.8 mm。材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS，Lustran ABS 680，美網(wǎng)Bayer公司），有關(guān)材料性能參數(shù)如表l所示，表2列出了該CAE分析模型相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)。

      1.2評價指標(biāo)及因素   

      RHCM成型過程魚骨圖（圖2）形象地表示了影響制品zui終成型品質(zhì)的有關(guān)工藝因素。LCD電視機(jī)前面殼成型品質(zhì)評價指標(biāo)的選擇可以產(chǎn)品表觀品質(zhì)指標(biāo)來確定，這里以翹曲變形量、降沉指數(shù)和成型體積收縮率作為指標(biāo)加以綜合考察（之所以排除熔接痕、凹痕、流紋等表觀品質(zhì)因素是因?yàn)镽HCM成型在消除上述缺陷方面具有顯著效果）。通過對RHCM成型工藝過程研究，初步確定模具溫度、熔體溫度、注射壓力、注射時間、V／P轉(zhuǎn)換壓力、保壓壓力、保壓時間和冷卻時間等8個因素作為考核因素，各因素取值范圍可以推薦或?qū)嶋H經(jīng)驗(yàn)確定（表3）。值得注意的是，這里的保壓時間設(shè)定應(yīng)該包括實(shí)際保壓時間和實(shí)際吹氣總時間兩部分。

      2因素顯著性實(shí)驗(yàn)及分析   

    對上述睹多成型因素同時進(jìn)行優(yōu)化非常困難，也沒有必要，首先需要確定對產(chǎn)品品質(zhì)影響展著的因素，并以之作為評價變量，而對于影響不顯著的因素可據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定為恒量.對8因素在3水平取值（表4）,選用L₂₇（3¹³）直交表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)安排,剩余5列設(shè)定為誤差列,有關(guān)正關(guān)實(shí)驗(yàn)法的設(shè)計(jì)理論可參考相關(guān)文獻(xiàn).由Moldflow軟件模擬來獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示.

    通過對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析（表5）可知:

      （1）對于產(chǎn)品翹曲變形,F_E=23.7135遠(yuǎn)大于F_{0.01（2,10）},說明V／P轉(zhuǎn)換壓力E對產(chǎn)品成型翹曲變形具有決定影響,而其他因素則影響效應(yīng)較?。?/p>

      （2）對于產(chǎn)品降沉指數(shù), F_F=9.3305大于F_{0.01（2,10）},說明保壓壓力F影響顯著；F_C=6.2471,介于F_{0.01（2,10）}和F_{0.05（2,10）}之間,說明注射壓力C影響比較顯著,而其他因素則影響甚微；

      （3）何種收縮率的影響顯著性因素與降沉指數(shù)一致.另外從影響因子分析結(jié)果也可以看到,無論是否為顯著因素,溫度因素（模具溫度和熔體溫度）對產(chǎn)品的zui終成型品質(zhì)均具有相當(dāng)重要的影響,雖然注射時間D對產(chǎn)品翹曲變形有一定的影響,但相對于降沉指數(shù)和體積收縮率,該因素的影響顯得微不足道,因而初步確定該LCD產(chǎn)品評價因素為模具溫度、熔體溫度、注射壓力、V／P轉(zhuǎn)換壓力和保壓壓力.

      3 因素*化實(shí)驗(yàn)及分析

    采用L₁₆（4⁵）正交實(shí)驗(yàn)表對上述5個主要因素重新進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),各因素取值水平如表6所示,表中X₁、X₂、X₃、X₄、X₅依次代表模具溫度、熔體溫度、注射壓力、V／P轉(zhuǎn)換壓力和保壓壓力,其他參數(shù)則設(shè)定于*值.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可由Moldflow軟件模擬得出,如表7所示,級差分析結(jié)果如8所示.

     通過對級差分析表進(jìn)行研究,可以得出以下結(jié)論:

      （1）翹曲變形: V／P轉(zhuǎn)換壓力X₄影響zui為顯著,其次是熔體溫度X₂,各因素*組合為X₁3X₂4X₃3X₄4X₅3；

      （2）降沉指數(shù):保壓壓力X₅影響zui顯著,其次是模具溫度X₁,各因素*組合為: X₁3X₂1X₃2X₄4X₅4；

      （3）體積收縮率:與各因素對降沉指數(shù)影響趨同,*因素組合也為: X₁3X₂1X₃2X₄4X₅4；各因素影響趨勢如圖4所示.

    綜合平衡分析： 

      （1）對于模具溫度X₁來說，3個分析結(jié)果的*水平均為第3水平，可直接確定其*取值為80℃；   

      （2）熔體溫度X₂對翹曲變形來說影響顯著性排第2位，而對于降沉指數(shù)和體積收縮率來說排第3位，但是從表5可以看出，后兩者水平2和水平4級差值相差較大，且兩項(xiàng)相加影響會更大，因而可確定X₂取2水平較佳，即熔體溫度為230℃；   

      （3）注射壓力X₃對翹曲變形的影響強(qiáng)于其對降沉指數(shù)和體積收縮率的影響，且從極差分析結(jié)果值來看，翹曲變形的第2和第3水平極差值相差較大，而后兩者的極差值相差甚微，因此可確定注射壓力取值水平應(yīng)與其對應(yīng)于翹曲變形的*水平一致，取105 MPa。依次類推可分別確定V／P轉(zhuǎn)換壓力X₄和保壓壓力X₅的*取值應(yīng)分別為：120 MPa和90 MPa。   

    綜合來說，該LCD電視機(jī)前面殼的*成型工藝組合應(yīng)為X₁3X₂2X₃3X₄4X₅4，即：模具溫度80℃、熔體溫度230℃、注射壓力105 MPa、V／P轉(zhuǎn)換壓力120 MPa和保壓壓力90 MPa，以該參數(shù)組合Moldflow軟件模擬結(jié)果如圖5所示，各指標(biāo)值分別為：翹曲變形量為0.7012mm、降沉指數(shù)為1.667%和體積收縮率為3.440%,基本滿足該產(chǎn)品的品質(zhì)要求.

    4 結(jié)語

    （1）以某企業(yè)現(xiàn)行生產(chǎn)的RHCM成型LCD電視機(jī)前面殼為例,結(jié)合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理技術(shù),通過因素顯著性實(shí)驗(yàn)得出了溫度因素（模具溫度X₁和溶體溫度X₂）和壓力因素（注射壓力X₃、V／P轉(zhuǎn)換壓力X₄和保壓壓力X₅）是影響該產(chǎn)品成型品質(zhì)（翹曲變形、降沉指數(shù)和體積收縮率）的主要成型工藝因素,而其他因素則影響較小；

      （2）基于因素顯著性分析,進(jìn)一步通過因素*化實(shí)驗(yàn)得出了對制品翹曲變形來說,各主要因素*組合為X₁3X₂4X₃3X₄4X₅3；而對于制品表面降沉指數(shù)和體積收縮率來說,*因素組合則均為X₁3X₂1X₃2X₄4X₅4；

      （3）通過綜合平衡分析法研究得出了該產(chǎn)品的*成型工藝組合為X₁3X₂2X₃3X₄4X₅4,且優(yōu)化結(jié)果極大地提高了該產(chǎn)品的成型品質(zhì).

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