運(yùn)用可識(shí)別法與模糊分析于孔軸鏈接嵌套件的注塑模具隨形水路設(shè)計(jì)

陳 濱，李 舟，盧澍洲，張漢瑞*

（1.汕頭市瑞博納斯增材制造研究院有限公司，汕頭 515041；2.汕頭大學(xué) 機(jī)械工程系 智能制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，汕頭 515063）

0 引言

注塑模具的整個(gè)成型周期由開(kāi)合模時(shí)間、注射填充時(shí)間、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間以及頂出時(shí)間構(gòu)成。冷卻時(shí)間約占成型周期的50%左右，這就意味著要想最大程度地提升生產(chǎn)效率，減小冷卻時(shí)間是最為重要的。憑依模具的可制造性制模，并試模、修改以及檢測(cè)；設(shè)計(jì)成型條件并再次試模、修改以及檢測(cè)；少量生產(chǎn)試驗(yàn)直至可達(dá)量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)代化的注塑產(chǎn)品開(kāi)發(fā)優(yōu)先采用CAE技術(shù)分析來(lái)預(yù)測(cè)產(chǎn)品缺陷和生產(chǎn)周期，以達(dá)到降低成本的目的。同時(shí)，優(yōu)化工藝參數(shù)、使之更加的科學(xué)化。

隨形水路是一種能夠隨著塑件曲形狀變化而變化的冷卻水路，冷卻效果往往能夠優(yōu)于傳統(tǒng)的直線水路。突破傳統(tǒng)加工方式的局限性，增材制造能夠最大程度的對(duì)不規(guī)則零件進(jìn)行加工生產(chǎn)，隨形水路可以任意組合排布的優(yōu)勢(shì)才能真正在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中被發(fā)揮了出來(lái)。

1 文獻(xiàn)回顧

功能導(dǎo)向的研究方法很重要，是大數(shù)據(jù)必須依賴(lài)的主要秘訣。在評(píng)判注塑成型工藝好壞時(shí)，會(huì)需要有一個(gè)可量化的值，模糊理論恰好可以將不同制程參數(shù)對(duì)于產(chǎn)品的影響量化于不同的模糊區(qū)間。因此本文提出將其與可識(shí)別方法相結(jié)合，在減少試驗(yàn)次數(shù)的同時(shí)來(lái)判定該制程參數(shù)不對(duì)于產(chǎn)品翹曲的好壞。

在2013年，R Kerkstra,S Brammer[1]提到基于模流分析與五因素四水平正交試驗(yàn)方法對(duì)注塑成型過(guò)程進(jìn)行模擬研究，分析造成翹曲的原因，并進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化分析，獲得較優(yōu)的翹曲變形量，且在實(shí)際生產(chǎn)中驗(yàn)證了參數(shù)的合理性。在2017年，LuisAlbertoRodríguez-Picón[2]指出，程序的創(chuàng)建是從原始思維到數(shù)據(jù)制造的理想策略進(jìn)行估算的，其中情境之間的相互作用可被視為定義服從實(shí)際必需品的正常系列。討論機(jī)器系統(tǒng)有很多方向。在2017年，F(xiàn)ábioAntonioSartori Piran[3]指出，有效產(chǎn)率的提升對(duì)于工業(yè)制造商來(lái)說(shuō)非常重要，因此模塊化處理的這種有效性是重要的即使對(duì)于故障模式部分的高風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)的RPE功能也很有用。在2017年，Ali Nazeri和Reza Naderikia[4]提到了識(shí)別設(shè)施故障類(lèi)型需要實(shí)現(xiàn)的維護(hù)類(lèi)型，并降低了故障類(lèi)型的百分比風(fēng)險(xiǎn)，一些策略和提交的內(nèi)容涉及降低設(shè)施可獲得性的風(fēng)險(xiǎn)和進(jìn)度。在2018年，Guang-Jun Jiang and Le Gao[5]使用模糊理論來(lái)實(shí)現(xiàn)可測(cè)量的學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)可靠性，因此表明了每一個(gè)運(yùn)動(dòng)的模糊失效。在2017年，Jesus Maudes，AndrésBustillo，Antonio J Guerra和Joaquim Ciurana[6]向NC技術(shù)系統(tǒng)的有用數(shù)據(jù)和切割工件的價(jià)值水平添加信息，因此識(shí)別線性機(jī)器上的質(zhì)量項(xiàng)目此外，可以預(yù)測(cè)獲得更高的精度。在2017年，F(xiàn)uyong Yang，Sun Jin，Zhimin Li，Siyi Ding and Xun Ma[7]對(duì)不同運(yùn)動(dòng)矢量的相應(yīng)特征思想應(yīng)用了故障補(bǔ)償模式切割程序。在該過(guò)程中可以補(bǔ)償基本故障以及在畸形配件中這些故障的原因。在2017年，Jyun-You Chiang，朱建平，Tzong-Ru Tsai，Y。L.Lio和Nan Jiang[8]在他們的研究中提到了一種全新的RSSP演示凈化抽樣方案。在2017年，Jinsong Yu，Shuang Liang，Diyin Tang和Hao Liu[9]給出了預(yù)測(cè)工作壽命的具體概率，它建立在HMM基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)參數(shù)組于測(cè)試結(jié)論對(duì)于評(píng)估和預(yù)測(cè)壽命方法。

在2017年以前，相關(guān)的工業(yè)4.0似乎離我們只有一步之遙，似乎沒(méi)有哪個(gè)主要理由提出了針對(duì)這些復(fù)雜大數(shù)據(jù)的一套可識(shí)別的性能評(píng)估方法，這意味著相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)果的流向是獲取大數(shù)據(jù)密鑰的重要指針。在2018年，Mohammad Yazdi和Hamzeh Soltanali[10]提供了一種2元組直覺(jué)模糊理論和貝葉斯定理來(lái)估計(jì)處理故障情況的結(jié)構(gòu)可靠性，并呈現(xiàn)典型危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)部件的差異。在2019年，Wang等[11]基于大量實(shí)驗(yàn)評(píng)估系統(tǒng)通過(guò)使用性能指針作為評(píng)估因素來(lái)評(píng)估零件重要性。在2017～2018年，Han-Jui Chang[12，13]提到多個(gè)自變量時(shí)在物理學(xué)中解釋相互作用效應(yīng)的概念，以及其中一個(gè)效應(yīng)如何產(chǎn)生。自變量在另一個(gè)自變量上表現(xiàn)出交替現(xiàn)象，并使用方法評(píng)估這種交互效果。在2019年，Han-Jui Chang[14]回顧RPE可以通過(guò)定量和識(shí)別方法獲得準(zhǔn)確參考數(shù)據(jù)的研究方法之一。引入模糊理論獲得被測(cè)項(xiàng)目的歸因水平，可以直接判斷和評(píng)估預(yù)測(cè)結(jié)果。

在2020年，Han-Jui Chang[15]也提出了一種基于成型翹曲缺陷知識(shí)的研究和實(shí)現(xiàn)方法，以實(shí)現(xiàn)可識(shí)別的評(píng)估獨(dú)立注塑質(zhì)量控制體系。在2021年，Han-Jui Chang[16]使用RPE法獲得了準(zhǔn)確的光學(xué)組件評(píng)估參考數(shù)據(jù)，并確定測(cè)量區(qū)域?qū)?yīng)分布數(shù)，然后計(jì)算被測(cè)物的歸屬水平，該結(jié)果進(jìn)一步區(qū)分了著陸間隔。

2 研究方法

對(duì)于傳統(tǒng)的注塑成型來(lái)說(shuō)，因?yàn)闇囟鹊挠绊懞屠鋮s循環(huán)的效率優(yōu)劣，對(duì)于產(chǎn)品的翹曲收縮是最常出現(xiàn)的缺陷之一。我們可以用模糊理論得到影響產(chǎn)品翹曲最重要或相對(duì)重要之工藝參數(shù)。運(yùn)用可識(shí)別方法來(lái)具體判定該重要因子不同水平對(duì)于產(chǎn)品翹曲的好壞。

2.1 模糊理論-解模糊化

在模糊理論中，對(duì)于某一元素而言，是以函數(shù)來(lái)表示屬于某模糊集A的程度，即將對(duì)應(yīng)到[0，1]的函數(shù)中，等級(jí)越接近于1，則表示該模糊集A包含的程度越大，此值稱(chēng)為隸屬度，所以稱(chēng)為模糊集A的隸屬函數(shù)。當(dāng)隸屬函數(shù)的值只有0與1兩種時(shí)，該集合就是傳統(tǒng)的明確集合。

模糊推理過(guò)程的最終工作是解模糊化，模糊性可以提高我們對(duì)規(guī)則的認(rèn)識(shí)。但同樣的，模糊系統(tǒng)的最后一個(gè)輸出必須是一個(gè)明顯的量。解模糊過(guò)程為全輸入模糊集，輸出僅為一個(gè)量。本文用重心法來(lái)解模糊，它與求取對(duì)象重心位置的原理是相同的，即求取模糊集合的“中心值”來(lái)代表整個(gè)模糊集合。

2.2 可識(shí)別實(shí)驗(yàn)法

工程界中影響因子何其多，多不勝數(shù)。依據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)也會(huì)有不同的物理因子影響，所以不容易定義相對(duì)的「參考評(píng)估值」?？勺R(shí)別方法可以定義不同實(shí)驗(yàn)物理單位因子的一種策略因?yàn)檫@些因子都有一個(gè)隱含義，即單個(gè)變量將成為影響因變量的主要影響因素。

研究基礎(chǔ)與思維的不同之處：

?田口方法?，最主要的研究目的是縮減?實(shí)驗(yàn)配方?，在低成本的條件下開(kāi)發(fā)出?高質(zhì)量?的產(chǎn)品。

可識(shí)別實(shí)驗(yàn)法以?訊噪比(S/N ratio)?延伸應(yīng)用?可識(shí)別評(píng)估方法?，最主要的研究目的是對(duì)于「物理實(shí)驗(yàn)配方中因子缺陷」的不具識(shí)別性，進(jìn)行定義。

但是在眾多實(shí)驗(yàn)計(jì)劃中，對(duì)于「物理實(shí)驗(yàn)配方中因子缺陷的不具識(shí)別性」，指的是這些參考數(shù)據(jù)依不同的物理性質(zhì)或單位，卻無(wú)法進(jìn)行傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)中識(shí)別比較對(duì)照的程序，可以確定不同的物理性質(zhì)的共同操作性，并以此提出優(yōu)化依據(jù)。

3 冷卻水路參數(shù)設(shè)計(jì)案例研究

隨形水路的設(shè)計(jì)首要是確定設(shè)計(jì)參數(shù)整體均勻是通過(guò)確保冷卻液流經(jīng)所有冷卻水路時(shí)都只有一個(gè)很小的溫度差來(lái)達(dá)到冷卻過(guò)程內(nèi)模具溫度均勻的目的。如圖1所示，將一條冷卻水路和其正上方的模具表面視作一個(gè)冷卻單元，這個(gè)冷卻單元中冷卻水路正上方的模具表面設(shè)置一個(gè)觀察點(diǎn)A，在相鄰的冷卻單元的交界線上另外設(shè)置一個(gè)觀察點(diǎn)B與A點(diǎn)水平。如果能夠確保兩個(gè)觀察點(diǎn)的溫度相同則稱(chēng)冷卻局部均勻。

圖1 局部冷卻單元

利用注塑技術(shù)生產(chǎn)產(chǎn)品時(shí)，需要經(jīng)過(guò)約20個(gè)成型周期的時(shí)間來(lái)保證注塑成型達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。在穩(wěn)定狀態(tài)下，觀察點(diǎn)A和B的平均溫度可以表示如下：

其中，TC為冷卻液溫度；

Pp為塑件密度；

cp為塑件導(dǎo)熱率；

lp為塑件肉厚的一半；

Km為型芯的比熱容；

W為相鄰冷卻水路中心線之間的距離；

h為冷卻液傳熱系數(shù)；

D為冷卻水路的直徑；

lA為A點(diǎn)到冷卻水路表面的最短距離；

lB為B點(diǎn)到和A點(diǎn)相同的冷卻水路表面的最短距離；

Tmelt為塑料熱熔體的溫度；

T Aejec和T Bejec分別為塑件頂出時(shí)A和B兩點(diǎn)的瞬時(shí)溫度；

ttcyle為注塑成型的周期時(shí)間。

在假設(shè)傳熱系數(shù)h趨于無(wú)窮大的情況下，A、B兩點(diǎn)的溫度差可以表示為：

在理想狀態(tài)下，當(dāng)熱熔體自澆口初次射入模具型腔中時(shí)，型腔表面隨即升溫，最終達(dá)到和熱熔體相同的溫度。型芯處于穩(wěn)定狀態(tài)以后，冷卻液開(kāi)始發(fā)揮作用。以和冷卻液相同溫度為限，型芯溫度自熱熔體注入方向開(kāi)始逐漸降低。倘若假定冷卻液未能傳遞熱量，故此注入的熱熔體的總熱量為：

其中，ρm為型芯密度；

cm為型芯比熱容；

Tm為注入型腔中的熱熔體溫度。

又假設(shè)冷卻水路表面至模壁之間溫度為從Tm到TC，這說(shuō)明了冷卻水路已經(jīng)傳遞了一部分熱量，這部分熱量可以表示為：

總熱熔體所產(chǎn)生的熱量有一個(gè)時(shí)間常數(shù)，該常數(shù)表示為：

時(shí)間常數(shù)τ必然是小于整個(gè)成型周期tcgcl的，故此得到：

由上可知模壁表面至冷卻水路中心的距離設(shè)計(jì)范圍的上限，又因?yàn)槟１诒砻嬷晾鋮s水路中心的距離和水路直徑之間存在關(guān)系：模壁表面至冷卻水路中心的距離應(yīng)為水路直徑1至2倍，所以得到模壁表面至冷卻水路中心的距離的整體設(shè)計(jì)范圍：

當(dāng)然，考慮到模具的強(qiáng)度及使用壽命，過(guò)低的模壁表面至冷卻水路中心的距離是不利的，所以往往實(shí)際工程中該值是略低于理論上限值的。

另外，模壁溫差是不宜過(guò)大的，過(guò)大模壁溫差所導(dǎo)致的冷卻不均勻會(huì)帶來(lái)很多的問(wèn)題，這個(gè)數(shù)值一般被控制在10℃左右。

基于圖中的幾何關(guān)系，可以的到：

由此得到相鄰水路中心距的計(jì)算方法為將式(9)和式(10)代回式(3)即可。

冷卻水路數(shù)量受限于水路直徑、相鄰水路的中心距、及水路中心至模壁表面之間的距離三者的取值。因?yàn)樵谒芗叽缫欢ǖ那闆r下，只有優(yōu)先后三者的設(shè)計(jì)才能確定整體水路的尺寸布局。

較大直徑的隨形冷卻水路更適合縮短冷卻時(shí)間，這是因?yàn)楦蟮闹睆揭馕吨罄鋮s面積和恒定的傳熱系數(shù)，傳遞熱量更快，熱熔體的冷卻也就更快。相鄰冷卻水路的中心距和冷卻水路中心至模壁表面距離依照以上公式推斷出來(lái)合適的設(shè)計(jì)范圍，它們無(wú)一例外的都與冷卻水路直徑有關(guān)。

基于大量實(shí)驗(yàn)確定了一個(gè)具體范圍，來(lái)表達(dá)三者之間的關(guān)系。表1為各冷卻水路設(shè)計(jì)參數(shù)之間的數(shù)量關(guān)系，圖2為各冷卻水路設(shè)計(jì)參數(shù)之間的幾何關(guān)系。

圖2 冷卻水路設(shè)計(jì)參數(shù)幾何關(guān)系

表1 冷卻水路設(shè)計(jì)參數(shù)數(shù)量關(guān)系

其中，W為塑件肉厚、D為冷卻水路直徑、P為相鄰冷卻水路的中心距、L為冷卻水路中心至模壁表面距離。

4 模型分析及仿真前處理

1）模型分析

本文研究對(duì)象為應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)的孔軸連接嵌套件，采用一模四腔結(jié)構(gòu)。其三維模型如圖3所示，塑件尺寸為：高30.427mm、長(zhǎng)24.024mm、寬24.024mm；該塑件平均肉厚為2.335mm，85.85%的部分肉厚在0.039mm至3.083之間，但是最高肉厚為15.260mm?？梢?jiàn)，該塑件肉厚分布并不均勻，注射時(shí)容易缺膠短射和因?yàn)槔鋮s不均勻而產(chǎn)生翹曲變形。

圖3 孔軸連接嵌套件模型以及肉厚分布

2）材料

針對(duì)孔軸連接嵌套件的特點(diǎn)，選取聚丙烯（Polypropylene，簡(jiǎn)稱(chēng)PP）為制作材料。聚酰胺是一種熱塑性樹(shù)脂，為半結(jié)晶的熱塑性塑料、熔點(diǎn)明顯；表面硬度大、耐磨損且摩擦系數(shù)小，有一定的自潤(rùn)滑性和消音性；低溫性能良好，有一定的耐熱性；無(wú)毒、無(wú)臭味、不霉腐；有自熄性、耐候性好等優(yōu)點(diǎn)，綜合性能優(yōu)異。

3）成型條件

擬使用Moldex3D預(yù)設(shè)注塑機(jī)臺(tái)數(shù)據(jù)，依照模具設(shè)計(jì)手冊(cè)和實(shí)際生產(chǎn)要求，得到成型條件如表2至表4所示：

表2 成型條件1

表3 成型條件2

表4 成型條件3

5 冷卻水路設(shè)計(jì)

1）傳統(tǒng)冷卻方案

研究對(duì)象底部有8個(gè)狹窄的深腔，單純的直線水路很難達(dá)到冷卻效果。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，擬采用兩組直線水路和四組隔板水路的組合來(lái)進(jìn)行冷卻，水路如圖4所示。以一個(gè)隔板縱切管路形成兩個(gè)半圓形通道。冷卻液在水管的一側(cè)的半圓形通道流動(dòng)，流至頂端再反轉(zhuǎn)到隔板的另一側(cè)半圓形通道，最后流回主冷卻水路液體攪動(dòng)效果，大幅度提升冷卻液的傳熱能力。

圖4 傳統(tǒng)冷卻方案

經(jīng)過(guò)Moldex3D仿真，直線水路和隔板水路的組合冷卻方案的冷卻效果：塑件表面溫度分布、模溫差、塑件達(dá)到頂出溫度的冷卻時(shí)間、總的翹曲變形量如圖5所示。

圖5 傳統(tǒng)冷卻方案冷卻效果

根據(jù)分析結(jié)果可以看出，塑件表面溫度最高達(dá)到了144.311℃；模溫差最大達(dá)到了102.294℃，平均模溫差為44.449℃；塑件達(dá)到頂出溫度的冷卻時(shí)間為23.865秒，其中，塑件體積的96.22%會(huì)在14.319秒冷卻；總的翹曲變形量達(dá)到0.520mm。不論是冷卻效率還是冷卻均勻性都不能達(dá)到生產(chǎn)要求。

2）隨形水路方案1

螺旋狀的水路考慮在塑件中心的大直徑通孔處將隔板水路代替為等截面圓形螺旋狀隨形水路。等截面圓形螺旋狀隨形水路如圖6所示，隨形水路方案1水路結(jié)構(gòu)如圖7所示。經(jīng)過(guò)Moldex3D仿真之后，隨形水路方案1的冷卻效果：塑件表面溫度分布、模溫差、塑件達(dá)到頂出溫度的冷卻時(shí)間、總的翹曲變形量如圖8所示。

圖6 等截面圓形螺旋狀隨形水路

圖7 隨形水路方案1結(jié)構(gòu)

圖8 隨形水路方案1冷卻效果

根據(jù)分析結(jié)果可以看出，塑件表面溫度最高達(dá)到了141.548℃；模溫差最大達(dá)到了106.399℃，平均模溫差為27.095℃；塑件達(dá)到頂出溫度的冷卻時(shí)間為23.173秒，其中，塑件體積的94.90%會(huì)在11.190秒冷卻；總的翹曲變形量為0.515mm。相比傳統(tǒng)冷卻方案的冷卻效果，加入了等截面圓形螺旋狀隨形水路的隨形水路方案1使得塑件表面溫度降低了2.769℃；雖然達(dá)到頂出溫度的冷卻時(shí)間幾乎相同，但是90%以上體積的冷卻時(shí)間卻大約降低了3秒左右；模溫差有些微上升，然而平均模溫差下降了17.354℃；總翹曲變形量降低了0.005mm，下降程度較小。結(jié)果說(shuō)明，隨形水路1的冷卻效果較傳統(tǒng)冷卻方案是有所進(jìn)步的。同時(shí)，也可以看出兩種冷卻方案對(duì)于塑件的8個(gè)深腔冷卻效果很差，而恰恰這8個(gè)深腔結(jié)構(gòu)又是塑件最為淤積熱量的部位，所以最終導(dǎo)致很高的塑件溫度和模溫差。

3）隨形水路方案2

一般而言，針對(duì)深窄腔體的散熱，常常使用高導(dǎo)熱材料來(lái)達(dá)成目標(biāo)。最為常見(jiàn)的應(yīng)用于注塑模具的高導(dǎo)熱材料是鈹銅合金。通過(guò)將鈹銅合金伸入腔體之內(nèi)，可以傳導(dǎo)出淤積在腔體中的熱量，再借助冷卻水路最后將熱量散出模具中。如圖9所示，現(xiàn)擬將隨形水路和鈹銅組合成一種復(fù)合散熱裝置，再將隨形水路方案1和這種復(fù)合散熱裝置組合成隨形水路方案2。隨形水路方案2結(jié)構(gòu)如圖10所示。經(jīng)過(guò)Moldex3D仿真之后，隨形水路方案2的冷卻效果：塑件表面溫度分布、模溫差、塑件達(dá)到頂出溫度的冷卻時(shí)間、總的翹曲變形量如圖11所示。

圖9 復(fù)合散熱裝置

圖10 隨形水路方案2結(jié)構(gòu)

圖11 隨形水路方案2冷卻效果

根據(jù)分析結(jié)果可以看出，塑件表面溫度最高達(dá)到了85.546℃；模溫差最大為47.208℃，平均模溫差為19.361℃；塑件達(dá)到頂出溫度的冷卻時(shí)間為18.170秒，其中，塑件體積的94.53%會(huì)在9.085秒冷卻；總的翹曲變形量為0.500mm。相比傳統(tǒng)冷卻方案和隨形水路方案1的冷卻效果，加入了含有鈹銅合金的復(fù)合散熱裝置的隨形水路方案2使得塑件表面溫度降低了55.999℃，下降程度非常大，冷卻效果體現(xiàn)了質(zhì)的提升；而達(dá)到頂出溫度的冷卻時(shí)間下降了5.003秒，90%以上體積的冷卻時(shí)間卻大約降低了2秒左右；最主要是模溫差下降至60℃以下，接近40℃，比隨形水路方案1下降了59.191℃；總翹曲變形量降低了0.015mm，下降程度較小。這樣的結(jié)果說(shuō)明，在解決了塑件最主要的熱量淤積部位的散熱問(wèn)題以后，隨形水路2的冷卻效果較隨形冷卻方案1有了極大提升，特別是模溫差過(guò)大和塑件高溫的問(wèn)題得到了解決。

4）隨形水路方案3

加入鈹銅合金的復(fù)合散熱裝置能夠一定程度上解決塑件深窄腔體的熱量淤積問(wèn)題。本文研究對(duì)象的8個(gè)腔體的寬度為5.26mm，仍然處于隨形水路的可設(shè)計(jì)域以?xún)?nèi)。新加入的隨形水路如圖所示12所示。在保留塑件四周的兩組直線水路以及中間通孔處的隨形水路的前提下，加入該隨形水路后，整個(gè)冷卻方案統(tǒng)命名為隨形水路方案3。隨形水路方案3結(jié)構(gòu)如圖13所示。仿真后隨形水路方案3的冷卻效果：塑件表面溫度分布、模溫差、塑件達(dá)到頂出溫度的冷卻時(shí)間、總的翹曲變形量如圖14所示。

圖12 新加入隨形水路結(jié)構(gòu)

圖13 隨形水路方案3結(jié)構(gòu)

圖14 隨形水路方案3冷卻效果

根據(jù)分析結(jié)果可以看出，塑件表面溫度最高僅達(dá)到56.744℃；模溫差最大為25.049℃，平均模溫差為6.599℃；塑件達(dá)到頂出溫度的冷卻時(shí)間為16.329秒，其中，塑件體積的92.64%會(huì)在6.532秒冷卻；總的翹曲變形量達(dá)到0.476mm。相比隨形水路方案2的冷卻效果，用隨形水路代替了鈹銅合金復(fù)合散熱裝置的隨形水路方案3使得塑件表面溫度降低了29.069℃，塑件溫度的下降，讓頂出后的塑件殘余應(yīng)力大幅度減??；達(dá)到頂出溫度的所需時(shí)間下降了1.841秒，90%以上體積的冷卻時(shí)間卻大約降低了2.5秒左右，可見(jiàn)單純地更改水路已經(jīng)很難使冷卻時(shí)間降低了；模溫差進(jìn)一步下降至30℃以下，比隨形水路方案2下降了22.159℃；總翹曲變形量降低了0.024mm，下降程度較小，但一直保有持續(xù)性。研究表明，隨形水路方案3相比隨形水路方案2所有的冷卻效果考察項(xiàng)都有不同程度地優(yōu)化，故此，選擇隨形冷卻方案3為該塑件的最終冷卻方案。

6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

針對(duì)孔軸連接嵌套件，運(yùn)用模流分析根據(jù)可識(shí)別實(shí)驗(yàn)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，塑料孔軸連接嵌套件的三維模型和澆口、流道配置如圖15所示。實(shí)驗(yàn)參數(shù)的配方如表5所示。塑料孔軸連接嵌套件的基本實(shí)驗(yàn)樣品不良產(chǎn)品外觀如圖16所示。

圖15 不同時(shí)間差中所對(duì)應(yīng)的進(jìn)澆口壓力值

圖16 溫度控制不均所造成的不良產(chǎn)品外觀

表5 各組實(shí)驗(yàn)后對(duì)應(yīng)之參數(shù)

如表6實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表所示，在可識(shí)別實(shí)驗(yàn)方法當(dāng)中S/N比越大表示參數(shù)越重要。

表6 各組實(shí)驗(yàn)后對(duì)應(yīng)之S/N比

為第二階段實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)S/N比的反應(yīng)表，表中可以看出各個(gè)因子下各個(gè)水準(zhǔn)的S/N比值。由此可知，控制因子對(duì)孔軸連接嵌套件翹曲變形產(chǎn)生效應(yīng)重要性大小依序?yàn)椋篈熔膠溫度＞D保壓時(shí)間＞B模具溫度＞C保壓壓力，優(yōu)化參數(shù)組合為A3、B3、C2、D1。

以第一組模擬實(shí)驗(yàn)為例，計(jì)算S/N比的方法是將實(shí)驗(yàn)所得翹曲值代入式(1)內(nèi)，求得S/N比為：

在表b實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)S/N比反應(yīng)表中，因子效應(yīng)是將各個(gè)水準(zhǔn)中最大的S/N比值減去最小的S/N比值，以A控制因子溶膠溫度為例，影響效應(yīng)為。

結(jié)果可知，熔膠溫度為對(duì)孔軸連接嵌套件翹曲變形產(chǎn)生效應(yīng)最大之控制因子，一個(gè)可量化的值去判定不同熔膠溫度在孔軸連接嵌套件翹曲的問(wèn)題上的好壞。

7 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)孔軸連接嵌套件的兩個(gè)主要的特征：中部大直徑通孔和8個(gè)深窄腔體，本章采用逐步優(yōu)化的方法，設(shè)計(jì)了1種傳統(tǒng)水路方案和3種隨形水路方案，針對(duì)最初的傳統(tǒng)冷卻方案和最終確定的隨形冷卻方案3，比較其冷卻效果如表7所示。

表7 傳統(tǒng)冷卻方案與隨形水路方案3冷卻效果

達(dá)到頂出溫度的冷卻時(shí)間減少了7.536秒；塑件最高溫度下降了87.834℃；最大模溫差下降了77.245℃；總翹曲量減小了0.053mm。冷卻效率上升了31.578%，而積熱溫度下降了60.864%。特別的，模溫差改善了75.513%，這是本次研究中最大的優(yōu)化結(jié)果。

經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：本研究通過(guò)應(yīng)用可識(shí)別實(shí)驗(yàn)方法得到影響孔軸連接嵌套件翹曲變形最重要之控制因子為熔膠溫度，最佳參數(shù)組合為熔膠溫度260℃、模具溫度60℃、保壓壓力80Mpa、保壓時(shí)間8s。并結(jié)合模糊理論，進(jìn)一步判斷出不同水平熔膠溫度的保險(xiǎn)杠翹曲值在其翹曲區(qū)間內(nèi)的歸屬度，得到當(dāng)熔膠溫度為水平三（即260℃）時(shí)，孔軸連接嵌套件的翹曲值歸屬于18mm～30mm的翹曲區(qū)間，在區(qū)間內(nèi)，歸屬度為0.4488，為三個(gè)水平參數(shù)中的最佳表現(xiàn)，證明了本研究方法的可行性。

應(yīng)用可識(shí)別方法得到孔軸連接嵌套件翹曲變形最重要之控制因子為熔膠溫度，最佳參數(shù)組合為熔膠溫度260℃、模具溫度60℃、保壓壓力80Mpa、保壓時(shí)間8s。并結(jié)合模糊理論，進(jìn)一步判斷出不同水平熔膠溫度的保險(xiǎn)杠翹曲值在其翹曲區(qū)間內(nèi)的歸屬度，得到當(dāng)熔膠溫度為水平三（即260℃）時(shí)，孔軸連接嵌套件的翹曲值歸屬于18mm～30mm的翹曲區(qū)間，在區(qū)間內(nèi)，歸屬度為0.4488，為三個(gè)水平參數(shù)中的最佳表現(xiàn)。