翘曲是影响塑料制品功能最大的缺陷之一[1]，制品的结构尺寸、模具的设计、注塑材料的特性、加工工艺的选择等都对翘曲有一定程度的影响。因此在设计时减小注塑制品的翘曲对于提高产品质量至关重要[2-4]。计算机辅助技术可以快速模拟注塑成型加工的过程，根据分析结果及时发现模具设计的缺陷，提高产品设计的效率[5]。为了降低翘曲对塑料制品的影响，本实验以某空调遥控器外壳的注塑加工为实例，基于Moldflow软件，利用正交试验法探究熔体温度、注塑+保压+冷却时间、充填压力对翘曲的影响，找出影响翘曲的主要因素，并对模具工艺条件进行优化。1基于Moldflow的模流分析1.1Moldflow前处理分析图1为某空调遥控器的外壳，主要材料为Monsanto Kasei公司生产的ABS塑料。空调遥控器外形尺寸为60 mm×200 mm×7 mm，且各处厚度均匀，因此，选用双层面网格。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F001图1遥控器外壳Fig.1Remote control housing图2为遥控器外壳的网格划分图。其中，纵横比平均为1.96，匹配百分比为92.7%。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F002图2网格划分结果Fig.2Meshing results图3为通过Moldflow分析得到的最佳浇口位置，坐标为(-4.34，-9.41，0)。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F003图3浇口匹配性Fig.3Gate matching图4为具体的冷却系统示意图。指定水管直径为10 mm，水管与零件间的距离为25 mm，管道数量为2，管道中心间的距离为30 mm，零件之外的距离为100 mm。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F004图4冷却回路Fig. 4Cooling circuit1.2翘曲分析选择分析序列为“冷却+填充+保压+翘曲”，工艺参数为：熔体温度210 oC，开模时间5 s，注射+保压+冷却时间为36 s，充填压力为64%。图5为所得的翘曲分析结果。从图5可以看出，遥控器外壳的边缘处翘曲程度最大，为4.658 mm。由收缩不均造成的最大翘曲变形量为4.653 mm，由冷却不均造成的最大翘曲变形量为0.010 5 mm，由取向效应造成的翘曲变形量为0。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F005图5翘曲变形图Fig.5Warpage diagram选取熔体温度、注塑+保压+冷却时间、充填压力3个因素，以翘曲最大变形量作为正交试验的评价指标，采用L9(34)正交试验法，探究不同参数对遥控器外壳翘曲变形的影响。表1为L9(34)正交实验因素与水平设计表。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.T001表1L9(34)正交实验因素与水平设计Tab.1Design of L9(34) orthogonal experimental factors and levels水平熔体温度(A)/oC注塑+保压+冷却时间(B)/s充填压力(C)/%119028.851.2221036.064.0323043.276.8表2为正交试验结果。从表2可以看出，影响遥控器外壳翘曲变形的因素中，充填压力和熔体温度影响较大，注塑+保压+冷却时间影响较小。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.T002表2L9(34)正交试验结果Tab.2L9(34) orthographic experimental results方案编号ABC空白列最大翘曲变形量/mm111114.520212224.643313334.660421234.636522314.728623124.571731324.825832134.658933214.774K113.82313.98113.74914.022K213.93514.02914.05314.040K314.25714.00514.21313.953k14.60804.66004.58304.6740k24.64504.67604.68404.6800k34.75204.66804.73804.6510R0.1450.0160.1550.029由于极差分析法不能区分因素各水平间对应试验结果的差异是否由试验误差引起，因此需采用方差分析来弥补此缺陷。表3为方差分析结果，从表3可以看出，因素A和因素C显著，因素B不显著，因素的主次顺序为CAB，与极差分析结果一致。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.T003表3方差分析Tab.3variance analysis因素偏差平方和自由度均方值F比F临界值显著性A0.0338420.0169225.09342619*B0.0003820.000190.28472619C0.0370520.0185227.46020819*误差0.0013520.0006742优化分析根据正交试验的结果，对因素C、A分析，确定优水平为C1、A1，由于因素B的水平改变对试验结果影响不大，从缩短加工时间角度考虑，最终选择B1。因此，优水平组合为A1B1C1，即熔体温度190 oC、注塑+保压+冷却时间28.8 s、充填压力51.2%。图6为在此工艺参数下所得的分析结果。从图6可以看出，工艺优化后的翘曲最大变形依然出现在浇口位置附近，但由收缩不均变形造成的最大翘曲变形量为4.513 mm，降低了3.01%；由冷却不均造成的最大翘曲变形量为0.012 4 mm，增加了18.10%；由取向效应造成的翘曲变形量为0。总体来看，最大翘曲变形量为4.520 mm，降低了2.96%，相比初始工艺参数具有一定改善作用。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F006图6工艺优化后翘曲变形图Fig.6Warpage deformation diagram after process optimization为了验证优化后工艺参数的加工效果，将遥控器外壳进行注塑成型试模，图7为得到的塑件，从图7可以看出，塑件表面光滑，无明显翘曲变形，能够满足使用要求，验证了优化参数的可行性。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.01.001.F007图7试模样品Fig.7Trial sample3结论以遥控器外壳为例，对注塑过程中出现的翘曲现象进行分析。研究结果表明：充填压力和熔体温度对遥控器外壳翘曲变形的影响较大，注塑+保压+冷却时间影响较小。由收缩不均造成的最大翘曲变形量降低了3.01%，由冷却不均造成的最大翘曲变形量增加了18.10%，由取向效应造成的翘曲变形量为0。总体来看，遥控器外壳的最大翘曲变形依然出现在边缘处，最大翘曲变形量为4.520 mm，降低了2.96%，相比初始工艺参数具有一定的改善作用。