基于綜合平衡法的RHCM成型LCD電視機(jī)前面殼工藝優(yōu)化研究

1、基于綜合平衡法的RHCM成型LCD電視機(jī)前面殼工藝優(yōu)化研究    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(duì)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(guò)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(guò)級(jí)差分析和綜合平衡分析研究得出了該產(chǎn)品的最佳工藝因素組合，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    &

2、#160; RHCM又稱高光無(wú)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(wú)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(duì)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(huì)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，另一方面最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(duì)成型模具的復(fù)原性，消除熔接痕、凹痕

3、、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(wú)法    比擬的優(yōu)越性。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(duì)制什最終成型品質(zhì)的影響，以實(shí)現(xiàn)對(duì)RHCM成型主要成型工藝參數(shù)進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)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(píng)價(jià)指標(biāo)及因素      1.1產(chǎn)品模型   &#

4、160;     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(píng)價(jià)指標(biāo)及因素         RHCM成型過(guò)程魚(yú)骨圖（圖2）形象

5、地表示了影響制品最終成型品質(zhì)的有關(guān)工藝因素。LCD電視機(jī)前面殼成型品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇可以產(chǎn)品表觀品質(zhì)指標(biāo)來(lái)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(guò)對(duì)RHCM成型工藝過(guò)程研究，初步確定模具溫度、熔體溫度、注射壓力、注射時(shí)間、VP轉(zhuǎn)換壓力、保壓壓力、保壓時(shí)間和冷卻時(shí)間等8個(gè)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(shí)間設(shè)定應(yīng)該包括實(shí)際保壓時(shí)間和實(shí)際吹氣總時(shí)間兩部分。     &

6、#160; 2因素顯著性實(shí)驗(yàn)及分析       對(duì)上述睹多成型因素同時(shí)進(jìn)行優(yōu)化非常困難，也沒(méi)有必要，首先需要確定對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)影響展著的因素，并以之作為評(píng)價(jià)變量，而對(duì)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(duì)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(lái)獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示.     通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析（表5）可知:   

7、60;  （1）對(duì)于產(chǎn)品翹曲變形,FE=23.7135遠(yuǎn)大于F0.01（2,10）,說(shuō)明VP轉(zhuǎn)換壓力E對(duì)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)較小；      （2）對(duì)于產(chǎn)品降沉指數(shù), FF=9.3305大于F0.01（2,10）,說(shuō)明保壓壓力F影響顯著；FC=6.2471,介于F0.01（2,10）和F0.05（2,10）之間,說(shuō)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(wú)

8、論是否為顯著因素,溫度因素（模具溫度和熔體溫度）對(duì)產(chǎn)品的最終成型品質(zhì)均具有相當(dāng)重要的影響,雖然注射時(shí)間D對(duì)產(chǎn)品翹曲變形有一定的影響,但相對(duì)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(píng)價(jià)因素為模具溫度、熔體溫度、注射壓力、VP轉(zhuǎn)換壓力和保壓壓力.        3 因素最佳化實(shí)驗(yàn)及分析    采用L16（45）正交實(shí)驗(yàn)表對(duì)上述5個(gè)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、VP轉(zhuǎn)換壓力和保

9、壓壓力,其他參數(shù)則設(shè)定于最佳值.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可由Moldflow軟件模擬得出,如表7所示,級(jí)差分析結(jié)果如8所示.     通過(guò)對(duì)級(jí)差分析表進(jìn)行研究,可以得出以下結(jié)論:      （1）翹曲變形: VP轉(zhuǎn)換壓力X4影響最為顯著,其次是熔體溫度X2,各因素最佳組合為X13X24X33X44X53；      （2）降沉指數(shù):保壓壓力X5影響最顯著,其次是模具溫度X1,各因素最佳組合為: X13X21X32X44X54；    

10、;  （3）體積收縮率:與各因素對(duì)降沉指數(shù)影響趨同,最佳因素組合也為: X13X21X32X44X54；各因素影響趨勢(shì)如圖4所示.     綜合平衡分析：       （1）對(duì)于模具溫度X1來(lái)說(shuō)，3個(gè)分析結(jié)果的最佳水平均為第3水平，可直接確定其最佳取值為80；         （2）熔體溫度X2對(duì)翹曲變形來(lái)說(shuō)影響顯著性排第2位，而對(duì)于降沉指數(shù)和體積收縮率來(lái)說(shuō)排第3位，但是從表5可以看出，后兩者水平2和水平4

11、級(jí)差值相差較大，且兩項(xiàng)相加影響會(huì)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(duì)翹曲變形的影響強(qiáng)于其對(duì)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(lái)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(duì)應(yīng)于翹曲變形的最佳水平一致，取105 MPa。依次類推可分別確定VP轉(zhuǎn)換壓力X4和保壓壓力X5的最佳取值應(yīng)分別為：120 MPa和90 MPa。       綜合

12、來(lái)說(shuō)，該LCD電視機(jī)前面殼的最佳成型工藝組合應(yīng)為X13X22X33X44X54，即：模具溫度80、熔體溫度230、注射壓力105 MPa、VP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(yǔ)    （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(guò)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、VP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??；      （2）基于因素顯著性分