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基于Critic權重法多目標優(yōu)化汽車(chē)B柱上飾板注塑成型工藝
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[導讀] 為解決汽車(chē)B柱上飾板注塑成型過(guò)程中出現的體積收縮和翹曲變形等缺陷問(wèn)題,利用Moldex3D軟件,采用滑石粉改性聚丙烯材料對其注塑成型過(guò)程進(jìn)行模擬。以注射時(shí)間、熔體溫度、模具溫度、保壓壓力、保壓時(shí)間為變量,體積收縮率和Z方向(產(chǎn)品脫模方向)的翹曲變形為目標,設計16組正交實(shí)驗。
 張文超1,吳迪1,王明偉1,李小虎1,崔恩銘1,周紀委1,葉星輝2
(1.大連工業(yè)大學(xué)機械工程與自動(dòng)化學(xué)院,遼寧大連116034;2.浙江凱華模具有限公司,浙江臺州318020)

摘要:為解決汽車(chē)B柱上飾板注塑成型過(guò)程中出現的體積收縮和翹曲變形等缺陷問(wèn)題,利用Moldex3D軟件,采用滑石粉改性聚丙烯材料對其注塑成型過(guò)程進(jìn)行模擬。以注射時(shí)間、熔體溫度、模具溫度、保壓壓力、保壓時(shí)間為變量,體積收縮率和Z方向(產(chǎn)品脫模方向)的翹曲變形為目標,設計16組正交實(shí)驗。利用Critic權重法對二者進(jìn)行權重計算,并通過(guò)計算綜合評分將多目標優(yōu)化轉化為單目標優(yōu)化;最終通過(guò)計算綜合評分的極差分析得到五個(gè)工藝參數的影響大小排序為:保壓壓力>模具溫度>充填時(shí)間>熔體溫度>保壓時(shí)間,最優(yōu)成型工藝參數組合為充填時(shí)間為2s、熔體溫度為240℃、模具溫度為30℃、保壓壓力為70MPa、保壓時(shí)間為8s。將最優(yōu)成型工藝參數組合進(jìn)行模擬,得到該產(chǎn)品的體積收縮率為5.901%,Z方向翹曲變形量為1.75mm。與初始分析結果相比,體積收縮率降低了12.2%,Z方向翹曲變形量減小了9.04%。通過(guò)實(shí)際試模驗證,產(chǎn)品充填完全,質(zhì)量良好,符合生產(chǎn)要求
關(guān)鍵詞:汽車(chē)B柱上飾板;Moldex3D;正交試驗;Critic權重法;工藝參數優(yōu)化。

隨著(zhù)近年來(lái)汽車(chē)輕量化進(jìn)程的穩步推進(jìn)以及我國塑料工業(yè)的不斷發(fā)展,塑料在汽車(chē)工業(yè)中的應用品類(lèi)和范圍也在逐步擴大,汽車(chē)的內外飾件已基本實(shí)現塑料化[1]。汽車(chē)立柱飾板是汽車(chē)內飾件中必不可少的一部分。表面上,其不僅可以提升汽車(chē)內部的觀(guān)感,還可以保護立柱表面,避免日常使用中的磨損和劃傷,并對立柱內部的連接件和線(xiàn)束進(jìn)行隱藏,提高汽車(chē)內部的舒適感;結構上,其可以增強立柱的結構穩定性,對連接汽車(chē)的頂部和底部車(chē)身起著(zhù)重要作用,使車(chē)身更加穩定和堅固,還可以起到部分緩沖和吸能的作用,以減輕碰撞時(shí)對乘員產(chǎn)生的沖擊力[2-4]。

在實(shí)際注塑生產(chǎn)過(guò)程中,有諸多因素影響此類(lèi)塑件的成型質(zhì)量,尤其體現在工藝參數的選擇上。選擇不當的成型工藝參數,會(huì )引起翹曲、飛邊、熔接線(xiàn)等成型缺陷。針對注塑工藝參數尋優(yōu)已有較多的研究提供參考。孫肖霞等[5]以冰箱抽屜為研究對象,采用漸進(jìn)式正交試驗并結合灰色關(guān)聯(lián)法進(jìn)行極差分析快速找到最佳工藝成型參數,提高了制品質(zhì)量。李姝等[6]采用熵權法對汽車(chē)左側前保險杠成型時(shí)的翹曲變形和體積收縮缺陷進(jìn)行優(yōu)化,通過(guò)對綜合評分的極差分析得出最優(yōu)工藝參數。Lo[7]利用Moldflow對電腦散熱風(fēng)扇的葉輪進(jìn)行注塑過(guò)程模擬,為解決翹曲問(wèn)題采用田口法與灰色關(guān)聯(lián)度相結合的方法確定最佳工藝參數,以減少試模成本,提高產(chǎn)品質(zhì)量。朱紅萍等[8]通過(guò)理論分析、有限元仿真以及實(shí)驗驗證的方法對洗衣機水盒蓋進(jìn)行成型質(zhì)量分析,以熔接線(xiàn)為優(yōu)化目標進(jìn)行田口實(shí)驗,從而得到最優(yōu)工藝組合,并通過(guò)模具設計以及試模驗證其成型質(zhì)量。Hiyane-Nashiro等[9]提出了EAAWSM加權求合法,通過(guò)與Taguchi-Gray,TOPSIS,MOGA三種優(yōu)化方法對比,有效降低了塑件的收縮率和翹曲,表明這種方法對優(yōu)化兩個(gè)或者多個(gè)變量的優(yōu)勢與結果具有可靠性。任立輝等[10]為提高坐廁椅面板注射成型質(zhì)量,以翹曲變形量、縮痕指數、體積收縮率為評價(jià)指標,利用Critic法確定了各評價(jià)指標權重系數,采用基于TOPSIS的灰色關(guān)聯(lián)綜合評價(jià)方法,獲得了塑件的最佳注塑工藝參數組合。上述研究大多通過(guò)復雜的計算或者程序進(jìn)行工藝優(yōu)化,在生產(chǎn)時(shí)比較費時(shí)費力,且無(wú)法保證提高生產(chǎn)效率和節省生產(chǎn)成本。而利用Critic權重法進(jìn)行工藝參數尋優(yōu)其優(yōu)勢在于能夠有效處理多目標問(wèn)題,找出相對平衡的解決方案,可以根據實(shí)際需求調整權重,以精確反應目標的重要性從而得到更合理的工藝參數;計算速度相對較快,以提高生產(chǎn)效率、降低能耗、減少生產(chǎn)成本。

基于上述分析,筆者以汽車(chē)B柱上飾板為研究對象,利用Moldex3D軟件對其注塑成型過(guò)程模擬。在初始工藝分析的基礎上通過(guò)設計正交試驗,運用Critic權重法計算體積收縮率和Z方向(產(chǎn)品脫模方向)翹曲變形量的權重,再通過(guò)對綜合評分的極差分析,將多目標優(yōu)化轉化為單目標優(yōu)化,以得出最優(yōu)成型工藝參數。最終結合仿真模擬和實(shí)際試模驗證,來(lái)提高產(chǎn)品的品質(zhì)和合格率。

1汽車(chē)B柱上飾板工藝性分析
1.1 產(chǎn)品結構
利用UG10.0對某型號汽車(chē)B柱上飾板進(jìn)行三維模型建立,單個(gè)塑件長(cháng)度為445mm,寬度為252mm,高度為60mm,體積為323049.73mm3,平均壁厚約為2.5mm。圖1為汽車(chē)B柱上飾板三維模型。從圖1看出,塑件的背面具有復雜的結構,包含多個(gè)卡扣和加強筋。該塑件成型時(shí)需要同時(shí)滿(mǎn)足外觀(guān)表面平整光潔、無(wú)飛邊毛刺、熔接線(xiàn)等缺陷的要求,還要保證能否與其他件正確配合安裝。因此,成型過(guò)程中需避免產(chǎn)生較大的翹曲和體積收縮現象。
圖1 拷貝

1.2產(chǎn)品的材料特性
筆者選用由蘇州旭光聚合物有限公司生產(chǎn)的型號為P221T-UV的含有15%滑石粉(talc)填充的聚丙烯材料。該材料經(jīng)常應用于成型汽車(chē)內飾件,有良好的力學(xué)性能和優(yōu)異的耐UV老化性能[11]。該材料所推薦的工藝參數列于表1。
表1

1.3 設計澆注系統
為了使熔融材料快速充填型腔,節省原材料的同時(shí)還要減小壓力和熱量損失,所以采用熱流道和普通流道相結合的復合進(jìn)料結構[12]。該塑件對表面質(zhì)量要求較高,遂采用潛伏式牛角澆口進(jìn)行一模兩腔成型。本次澆注系統方案如圖2所示。
圖2
圖2澆筑系統

1.4網(wǎng)格的劃分與處理
首先在CADdoctor中修復和簡(jiǎn)化塑件模型,將修復簡(jiǎn)化完的模型導入Moldex3D中分別對塑件和流道系統進(jìn)行網(wǎng)格劃分并手動(dòng)修復網(wǎng)格缺陷。最終得到網(wǎng)格數量總數為1487491個(gè)。圖3為汽車(chē)B柱上飾板網(wǎng)格劃分結果及數量。
圖3

1.5初始工藝參數分析
在Moldex3D中對該塑件模擬注塑成型的初始工藝參數設為:充填時(shí)間3s、塑料溫度220℃、模具溫度45℃、保壓時(shí)間10s、保壓壓力70MPa。對初始工藝參數進(jìn)行“充填+保壓+翹曲”分析,圖4為初始模擬結果,該塑件體積收縮率為6.721%,Z方向翹曲變形上翹1.924mm,下榻1.445mm。體積收縮率不均勻和Z方向的翹曲過(guò)大會(huì )對產(chǎn)品造成很大影響,比如產(chǎn)生尺寸失控、安裝時(shí)發(fā)生不匹配等問(wèn)題,所以需將二者控制在6.3%和1.8mm以下的范圍內。初始分析結果并不符合要求,因此繼續對體積收縮率以及Z方向翹曲進(jìn)行優(yōu)化,以達到設計指標要求,并改善塑件質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率。

圖4 拷貝
圖4初始分析

2成型工藝正交試驗設計與結果分析
2.1 正交試驗因素與水平
均勻的體積收縮率和較低的Z方向翹曲變形量取決于塑件成型過(guò)程中工藝參數的調整,因此選用合適的成型工藝參數就顯得十分重要。因此選取注射時(shí)間(A)、熔體溫度(B)、模具溫度(C)、保壓壓力(D)、保壓時(shí)間(E)為變量,體積收縮率和Z方向的翹曲量為優(yōu)化目標,根據所使用的成型材料參數,選擇4個(gè)水平進(jìn)行正交試驗設計。正交試驗因素水平表見(jiàn)表2。

表2

2.2正交試驗方案設計
根據表2的因素水平表得知,需要選取L16(45)正交表進(jìn)行試驗。使用Moldex3D模流分析軟件進(jìn)行16組注塑成型過(guò)程的模擬,并得到每次試驗汽車(chē)B柱上飾板本體在Z方向的翹曲變形量和體積收縮率。正交試驗結果見(jiàn)表3。
表3

3 Critic權重法
Critic權重法是根據各目標所占的權重,通過(guò)計算綜合評分將多目標優(yōu)化轉化為單目標優(yōu)化,最終進(jìn)行極差分析得到影響目標因素的主次及最優(yōu)成型方案[13]。本次試驗的目標是同時(shí)優(yōu)化汽車(chē)B柱上飾板成型中的體積收縮率和Z方向翹曲變形兩種缺陷,通過(guò)改變工藝參數,以尋求二者的最優(yōu)成型工藝方案。
由于所要優(yōu)化的體積收縮率和Z方向翹曲量所在量綱和單位不同,所以要先進(jìn)行無(wú)量綱化處理,使數據的比較和分析變得更加方便和準確。計算公式見(jiàn)式(1)。

圖片1 拷貝(1)

式中:x'ij表示無(wú)量綱化后的值;xij表示第i次試驗j指標所對應的試驗值;minxij表示本次試驗中的最小值;maxxij表示本次試驗中的最大值[14]。在Critic權重法中,為反映一個(gè)數據集的離散程度,遂采用標準差來(lái)表示各指標內取值的差異波動(dòng)情況。標準差越大表示該指標的數值差異越大,越能反映出更多的信息,該指標本身的評價(jià)強度也就越強[15],計算公式為式(2)。

圖片2 拷貝(2)

式中:Sj表示第j個(gè)指標的標準差;j表示第j個(gè)指標的平均值;n表示試驗次數,n取16。
信息量表示評價(jià)指標在整個(gè)評價(jià)指標體系中的作用[10],其計算公式為公式(3)。

圖片3 拷貝(3)

式中:Cj表示第j個(gè)指標的信息量;rij表示評價(jià)指標i和j之間的相關(guān)系數。
權重是指某一因素或指標所占的百分比,表示該因素或指標在整體評價(jià)中的相對重要程度[16-17],其計算公式為公式(4)。

圖片4 拷貝(4)

式中:ωj表示第j個(gè)指標的權重。
計算Critic綜合評分值如式(5)所示:

圖片5 拷貝(5)

式中:I表示綜合評分。
將表3的試驗結果分別帶入到公式(1)~(5)中,得到無(wú)量綱化、標準差、信息量、權重以及綜合評分的值列于表4。
表4

將最終綜合評分的值進(jìn)行極差分析,見(jiàn)表5。極差值越大,說(shuō)明該因素對綜合評分影響越大。
通過(guò)分析表5綜合評分的極差,可以得出保壓壓力對綜合評分影響最大,其次是模具溫度、充填時(shí)間和熔體溫度的影響,而保壓時(shí)間對綜合評分的影響最小。因此得到綜合評分的最優(yōu)成型工藝參數組合為A1B4C1D3E2,即充填時(shí)間2s、熔體溫度240℃、模具溫度30℃、保壓壓力70MPa、保壓時(shí)間8s。
表5

4優(yōu)化模擬結果對比分析
根據上述綜合評分優(yōu)化的最優(yōu)成型工藝參數組合A1B4C1D3E2在Moldex3D中進(jìn)行模擬分析,綜合評分優(yōu)化的最優(yōu)工藝參數組合模擬結果如圖5所示。該產(chǎn)品初始工藝參數組合與綜合評分優(yōu)化的最優(yōu)成型參數組合數據對比見(jiàn)表6。
圖5 拷貝
圖5最優(yōu)工藝參數分析結果

圖6 拷貝
表6初始工藝參數與最優(yōu)工藝參數對比

從圖5及表6可以看出,綜合評分優(yōu)化的最優(yōu)工藝參數組合方案成型下體積收縮率為5.901%,Z方向翹曲變形為上翹1.75mm,下榻1.289mm,相較于初始成型分析下分別減小了1.466%和0.174mm,降低了12.2%和9.04%,得到了相對較優(yōu)的成型結果,使塑件成型質(zhì)量明顯提高。

為了驗證試驗的準確性,將最優(yōu)工藝參數組合A1B4C1D3E2輸入注塑機進(jìn)行現場(chǎng)試模驗證,試模樣品如圖6所示。經(jīng)過(guò)對試模樣品的觀(guān)察,可以得出該塑件的成型效果良好,表面沒(méi)有明顯的外觀(guān)缺陷。此外,其體積收縮率和Z方向的翹曲變形量符合要求,可以滿(mǎn)足正常裝配。驗證了正交實(shí)驗與Critic權重法相結合的優(yōu)化方法的可行性,提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)能夠提升生產(chǎn)效率。

圖6汽車(chē)B柱上飾板試模樣品

5結論
(1)基于Moldex3D模流分析軟件對汽車(chē)B柱上飾板的體積收縮率和Z方向翹曲變形量?jì)煞N缺陷進(jìn)行分析,并采用正交實(shí)驗與Critic權重法相結合的方法,將兩種缺陷轉化為綜合評分值來(lái)進(jìn)行工藝參數優(yōu)化。
(2)通過(guò)計算綜合評分的極差以得到影響二者的因素主次為:保壓壓力>模具溫度>充填時(shí)間>熔體溫度>保壓時(shí)間,并最終得出最優(yōu)成型工藝方案A1B4C1D3E2,即充填時(shí)間2s、熔體溫度240℃、模具溫度30℃、保壓壓力70MPa、保壓時(shí)間8s。
(3)通過(guò)對最優(yōu)工藝參數組合進(jìn)行模擬分析,得出體積收縮率為5.901%和Z方向翹曲變形量為1.75mm;與初始分析相比,二者分別降低了12.2%和9.04%;結合現場(chǎng)試模驗證,該塑件成型質(zhì)量良好,滿(mǎn)足正常裝配,符合批量生產(chǎn)要求。

參考文獻 
[1] 盧惠親,翟建廣,竺宇洋,等.汽車(chē)內飾件注塑成型工藝參數的分析與優(yōu)化[J].農業(yè)裝備與車(chē)輛工程,2022,60(1):138?141. 
[2] 朱春州.內飾低壓注塑件質(zhì)量控制研究[J].山東工業(yè)技術(shù),2018 (23):1?3.
[3] 林建兵.汽車(chē)內飾件注塑成型數值模擬及缺陷分析[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2015,37(13):106?108.
[4]鄧鳳霞,劉勇.汽車(chē)注塑件典型外觀(guān)缺陷分析及消除對策[J].湖北汽車(chē)工業(yè)學(xué)院學(xué)報,2015,29(1):47?51. 
[5] 孫肖霞,張俊.基于漸進(jìn)式正交試驗的注塑工藝多目標優(yōu)化[J]. 塑料科技,2017,45(10):86?89.
[6] 李姝,周紀委,王明偉,等.基于熵權法的汽車(chē)左側前保險杠注塑成型工藝參數優(yōu)化[J].塑料科技,2023,51(7):80?84. 
[7] LO C. Analysis of injection molding for computer cooling fans by  Taguchi method and grey relational analysis[J]. Filomat,2016,30 (15):4 199?4 211.
[8] 朱紅萍,王星星.基于田口實(shí)驗的水盒蓋注塑工藝參數優(yōu)化與模 具設計[J].塑料科技,2022,50(12):80?84. 
[9]HIYANE-NASHIRO G,HERNÁNDEZ-HERNÁNDEZ M, ROJAS-GARCÍA J,et al. Optimization of the reduction of shrink‐ age and warpage for plastic parts in the injection molding process  by extended adaptive weighted summation method[J]. Polymers, 2022,14(23).DOI:10.3390/polym14235133. 
[10] 任立輝,李富柱,王勻,等.基于優(yōu)劣解距離法-灰色關(guān)聯(lián)分析的注射成型質(zhì)量多目標優(yōu)化[J].中國塑料,2022,36(2):96?102. 
[11] 胡勇.汽車(chē)內飾門(mén)護板總成的設計與工藝研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展,2014(12):63?66.
[12] 王利軍,徐佩弦.注射模整體式熱流道系統[J].模具制造,2014,14(7):61?64. 
[13] 劉長(cháng)城,劉泓濱.基于Critic權重法的車(chē)燈燈框注塑成型工藝參數的多目標優(yōu)化實(shí)驗[J].塑料科技,2023,51(1):101?104. 
[14] 張慶,葛東東,何也能.基于灰色關(guān)聯(lián)和Kriging模型的汽車(chē)飾件注塑工藝優(yōu)化[J].塑料,2023,52(1):180?186. 
[15] 俞立平. CRITIC評價(jià)方法的修正及在學(xué)術(shù)期刊評價(jià)中應用研究[J].圖書(shū)館雜志,2022,41(5):56?62. 
[16] 王曉東,王權,陳拓,等.基于灰色關(guān)聯(lián)分析和熵權法的雙色注塑多目標參數優(yōu)化[J].中國塑料,2022,36(7):115?120. 
[17] 秦欣,蘇小平,陳相宇.基于熵權法的汽車(chē)進(jìn)氣歧管上蓋注塑方案多目標優(yōu)化[J].塑料科技,2019,47(3):70?75.