利用TAGUCHI法优化后视镜翘曲变形的研究

・３８・　塑料工业　ＣＨＩＮＡ　ＰＬＡＳＴＩＣＳ　ＩＮＤＵＳＴＲＹ　第３８卷第１２期　

２０１０年１２月　

利用ＴＡＧＵＣＨＩ法优化后视镜翘曲变形的研究　王戈，刘泓滨　（昆明理工大学机电工程学院，云南昆明６５００９３）　

摘要：以轻型货车后视镜为研究对象，应用Ｍｏｌｄｆｌｏｗ有限元分析，以翘曲变形量作为质量指标，采用Ｔａｇｕｃｈｉ方　法设计了Ｌ１６实验矩阵，并采用标准变量分析方法，获得ＰＰ塑件在不同的熔料温度、模具温度、注射时间、保压压　力、保压时间等工艺因素时成型的翘曲变形量，预测最优的Ｔ艺参数组合。研究表明：各工艺因素对翘曲变形的影响　程度从高到低依次为注射时间（３０％）、保压压力（２９％）、保压时问（２１％）、为熔体温度（１３％）、模具温度　（７％），该预测结果与实际结果较相符合。　关键词：轻型货车后视镜；Ｔａｇｕｃｈｉ法；翘曲变形量；优化　中图分类号：ＴＱ３２０．６６　１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００５—５７７０（２０１０）１２—００３８—０３　

Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　Ｕｓｉｎｇ　Ｔａｇｕｃｈｉ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔｏ　Ｏｐｔｉｍｉｚｅ　Ｗａｒｐａｇｅ　ｏｆ　Ｗｉｎｇ　Ｍｉｒｒｏｒ　ＷＡＮＧ　Ｇｅ　，ＬＩＵ　Ｈｏｎｇ‘ｂｉｎ　（Ｆａｃｕｌｔｙ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｋｕｎｍｉｎｇ　６５００９３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｌｉｇｈｔ　ｔｒｕｃｋ　ｗｉｎｇ　ｍｉｒｒｏｒ　ｗａｓ　ｔａｋｅｎ　ａｓ　ｔｈｅ　ｏｂｊｅｃｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｗｉｔｈ　Ｍｏｌｄｆｌｏｗ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ．Ａｎ　Ｌ１　６　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｍａｔｒｉｘ　ｄｅｓｉｇｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｔａｇｕｃｈｉ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗａｓ　ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ　ｔｏ　ｏｐｔｉｍｉｚｅ　ｔｈｅ　ｗａｒｐａｇｅ　ｏｆ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｌｄｅｄ　ＰＰ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ａ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｖａｒｉａｎｃｅ（ＡＮＯＶＡ），ｔｈｅ　ｗａｒｐａｇｅ　ｄｅｆｏｒｍａ—　ｔｉｏｎ　ｏｆ　ＰＰ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｐａｒｔ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｓｕｃｈ　ａｓ　ｍｅｌｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｍｏｌｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ，ｐａｃｋｉｎｇ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｐａｃｋｉｎｇ　ｔｉｍｅ　ｗａｓ　ｇｏｔ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｆｏｒｅｃａｓｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｗａｒｐａｇｅ　ｗｅｒｅ　ａｒｒａｎｇｅｄ　ｉｎ　ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ　ｏｒｄｅｒ　ａｓ　ｆｏｌｌｏｗｉｎｇ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｔｉｍｅ（３０％），ｐａｃｋｉｎｇ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ（２９％），ｐａｃｋｉｎｇ　ｔｉｍｅ（２１％），ｍｅｌｔ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　（１３％），ｍｏｌｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（７％），ｗｈｉｃｈ　ｍｅｔ　ｔｈｅ　ａｃｔｕａ１　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｌｉｇｈｔ　Ｔｒｕｃｋ　Ｗｉｎｇ　Ｍｉｒｒｏｒ；Ｔａｇｕｃｈｉ　Ｍｅｔｈｏｄ；Ｗａｒｐａｇｅ；Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　

１　Ｔａｇｕｃｈｉ　ＤＯＥ技术　Ｔａｇｕｃｈｉ　ＤＯＥ技术是一种应用正交矩阵以执行最　少的实验次数而获得足够实验信息的统计学工具¨　。　Ｔａｇｕｃｈｉ　ＤＯＥ参数设计主要有两部分内容　Ｊ：其一是　产品实验设计，利用正交技术确定各因子取值水平与　质量ｌ生能之间的数量关系；其二是对实验结果优选分　析，利用信噪比（Ｓ／Ｎ）衡量和确定各因子在不同水　平情况下的产品质量水平，从而确定优选方案。　本文运用ＣＡＥ析与ＤＯＥ技术相结合的方法对后　视镜壳体的工艺过程进行模拟分析，通过研究模具温　度、熔体温度、注射时问、保压压力、保压时间等工　艺参数对制品翘曲变形的影响，从而提高制品的质　量。为了能得到最小翘曲变形　，采用望小特性的　信噪比函数来计算信噪比，它主要适用于质量性能目　标越小越好的场合。　２塑件结构特点　图１后视镜有限元模型　Ｆｉｇ　１　Ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｗｉｎｇ　ｍｉｒｒｏｒ　塑件是某轻型货车后视镜壳类产品，形状复杂，　有孑Ｌ、凸台和内肋等细小结构，外观尺寸为２３０　ｍｍ　ｘ１３６　ｍｍ　ｘ４０　ｍｍ，整体壁厚为２．０　ｍｍ，最小壁厚　为１．０　ｍｍ。塑件外表面要求光洁以及不得有缩孔、　

作者简介：王戈，男，１９８５年生，在读硕士研究生，主要从事数字化设计与制造等方面的研究。　第３８卷第１２期　王　戈等：利用ＴＡＧＵＣＨＩ法优化后视镜翘曲变形的研究　气泡、缺损，对翘曲变形有较高要求。通过Ｍｏｌｄｆｌｏｗ　软件　的网格大纵横比单元的修改、自由边的修改、　重叠、交叉单元修改、未定向单元修改等有限元前处　理后，得到该塑件的网格单元，如图１所示。　３　实验模型　指定后视镜壳体翘曲变形最小为实验的质量指　标。所用材料为ＰＰ（１０８ＭＦ９７，Ｓａｂｉｃ　ＥＰＣ公司）。　实验所用模型如图２所示。采用表面网格对模型进行　划分，有限元分析模型数据为：面单元数１１９５６，匹　配率９０．１％。经验证明，当网格匹配率达到９０％时　可得到可靠准确的分析结果。根据实际情况和Ｍｏｌｄ．　ｆｌｏｗ分析建立浇注系统和调温系统。　

图２后视镜浇注系统和温度调节系统　Ｆｉｇ　２　Ｐｏｕｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ａｄｊｕｓｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｗｉｎｇ　ｍｉｌｆｏｒ　

选择基于５因子４水平的Ｌ１６（４　）正交矩阵。　实验因子：熔体温度／℃（Ａ）、模具温度／℃（Ｂ）、　注射时间／ｓ（Ｃ）、保压压力／ＭＰａ（Ｄ）、保压时间／ｓ　（Ｅ）。相应的实验因子一水平表见表１。　表１实验的水平及因子　Ｔａｂ　１　Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｌｅｖｅｌ　ａｎｄ　ｆａｃｔｏｒ　

４结果与讨论　４．１翘曲变形分析　本实验主要采集　方向上的最大翘曲变形数据。　表２给出了不同工艺组合和水平的实验结果及信噪比　计算结果。根据表２绘制出不同工艺参数对制件的翘　曲变形的影响，见图３。　从图３可以看出，Ａ　Ｂ　Ｃ　Ｄ　Ｅ　组合的信噪比最　大，此时模具温度６５　ｑＣ，熔体温度２２５　ｃ《＝，注射时　间３．０　Ｓ，保压压力７０　ＭＰａ，保压时问８　Ｓ。将该最优　

表２　Ｌ１６正交矩阵设计方案和实验结果　Ｔａｂ　２　Ｔｈｅ　Ｌ１６　ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ　ａⅡａｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　

雩　邋　霹　静　教　

ｊ２垡　

工艺参数　图３　各工艺参数对成型翘曲的影响　Ｆｉｇ　３　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｎ　ｗａｒｐａｇｅ　

●，　∞　

ａ一总的翘曲　

…一　：篇　ｂ一冷却不均引起的翘曲　

Ｃ一收缩不均引起的翘曲ｄ一不同取向引起的翘曲　图４翘曲变形分析结果　Ｆｉｇ　４　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｗａｒｐａｇｅ　

蕻　塑料工业　２０１０短　工艺参数输人到ＭｏｌｄＦｌｏｗ进行变形分析条件下的翘　曲变形情况，图４是在最优工艺参数条件下的总翘曲　变形量和分别由取向、收缩不均、冷却不均三个原因　引起的翘曲变形量，此时总得翘曲变形量为１．４１６　８　ｍｍ。通过比较可以看出翘曲变形主要是由收缩不均　匀和不均匀冷却联合作用的结果，而由于取向原因引　起的翘曲变形量很小。　４．２工艺参数的重要性　为了分析各工艺参数对制件性能的影响程度，需　要计算方差和。采用标准变量分析技术ＡＮＯＶＡ分析　各个工艺参数对制品翘曲变形的影响。因子Ａ的方　差和Ｓ　为：　４　．　Ｓ　＝Ｚ４（叼Ａ　一ｒ／　）　＝４【一５．４４２一（一５．２５５）】　＋　

４［一５．２８１一（一５．２５５）】　＋４【一５．３１８一（一５．２５５）】　＋　４【～４．９７８一（一５．２５５）］　＝０．４６　１　Ⅳ　其中，ｒ／　：　∑叼　＝～５．２５５（ｄＢ），为１６个主实验　

』Ｖ　ｌ　信噪比的平均值。　

同理可得：Ｓ　Ｂ、Ｓ　ｃ、Ｓｌｌ、Ｓ　Ｅ。　总的平均方差Ｓ　为：　１６　Ｓ，：∑（＇７　一＇７　）　＝［一６，４７３一（一５．２５５）］　＋　

［一５．４７７一（一５．２５５）】　＋【一５．１９７一（一５．２５５）】　＋＿一＋　【一４．８７３一（一５．２５５）】　＋【一５．３６６一（一５．２５５）］　３．６４　误差的方差和Ｓ　为：　Ｓ。＝Ｓ　Ｔ—Ｓ　Ａ—Ｓ　Ｂ一５　ｃ一５　Ｄ一５　Ｅ　０　表３列出相应的计算结果，其中影响因子为每个　变量的平均方差与总的平均方差的比值，因此因子Ａ　的影响程度　Ａ／ＳＴ＝０．４６／３．６４＝１３％，其值越大，　说明它对翘曲变形的影响越剧烈。从表３可以看出，　工艺参数模具温度、注射时间、保压压力、熔体温　度、保压时间对Ｚ方向上翘曲变形的影响程度分别为　１３％、７％、３０％、２９％、２１％。因此，对　方向上　翘曲变形影响最大的是注射时问、保压压力和保压　时间。　

表３因子对Ｚ方向翘曲的影响　Ｔａｂ　３　Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｚ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ｗａｒｐａｇｅ　

５　结论　１）ＣＡＥ和Ｔａｇｕｃｈｉ　ＤＯＥ技术相结合是研究工艺　参数对制品翘曲变形的影响并优化工艺参数的有效　工具。　２）影响　方向翘曲变形程度的工艺参数依次为　注射时问、保压压力、保压时问、熔体温度、模具　温度。　３）工艺参数对ｚ方向上的翘曲变形有不同程度　的影响。通过适当调整工艺参数，可使制品在需要保　证较高外形质量的方向上的翘曲变形最小，本文研究　结果为注射成型工艺参数优化提供了理论依据。　参考文献　［１］ＨＵＡＮＧ　Ｍ　Ｃ，ＴＡＩ　Ｃ　Ｃ．Ｔｈｅ　ｅｆｅｃｔｉｖｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗａｒｐａｇｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ａｎ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ—ｍｏｌｄｅｄ　ｐａｒｔ　ｗｉｔｈ　ａ　ｔｈｉｎ　ｓｈｅｌｌ　ｆｅａｔｕｒｅ　［Ｊ］．Ｊ　Ｍａｔｅｒ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌ，２００１，１１０（１）：１—９．　［２］刘春太，申长雨．利用ＴＡＧＵＣＨＩ方法优化纤维增强　ＰＡ６６注塑熔接线拉伸性能［Ｊ］．复合材料学报，２００４，　２１（５）：６８—７３．　［３］陈立周．稳健设计［Ｍ］．北京：机械工业出版社，　１９９９．　［４］单岩．Ｍｏｌｄｆｌｏｗ模具分析技术基础［Ｍ］．北京：清华大　学出版社，２００５．　（修改稿于２０１０—０９—２９收到）