汽车车窗辅助支撑装置主要用于汽车车窗自动玻璃的辅助支撑，在装配汽车玻璃车窗以及遮挡后壳时较为常见[1]。由于该装置为薄壁型结构、部件复杂在实际生产成品过程中，加工工艺参数设置不当容易导致塑料零件缩痕、凹纹等问题的出现，对于塑件产品品质造成较为严重的影响[2]。本实验基于灰色理论对车窗辅助支撑装置注塑工艺进行分析，同时对于工艺参数进行优化，采用Pro/E软件进行三维建模，Moldflow软件进行模流分析，以翘曲值与收缩率为控制对象进行模拟仿真，旨在进一步优化工艺，提升塑件产品质量与性能。1车窗辅助支撑装置简要分析图1为车窗辅助支撑装置的三维模型，最大尺寸为423.00 mm×34.00 mm×120.00 mm。注塑材料为聚对苯二甲酸丁二醇酯，注塑前在150 ℃的温度下干燥2.5 h。注塑过程中锁模力为420 kN。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.020.F001图1车窗辅助支撑装置三维模型Fig.1Three dimensional model of window auxiliary support device2Moldflow分析Moldflow分析过程一般包括以下几个方面：模型设计与建立、参数设定与分析、模拟优化与结果仿真、需求方案验证[3]。图2为网格划分结果，其中，平均纵横比为3.76，匹配百分比87.9%。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.020.F002图2网格划分结果Fig.2Meshing result在Moldflow软件分析类型中选择流动+翘曲，参考聚对苯二甲酸丁二醇酯材料特性手册，设定仿真实验参数保压压力为170 MPa，保压时间为9 s，注射时间为2.5 s，熔体温度为250 ℃，模具温度为60 ℃，执行翘曲分析后查看模型的预计翘曲变形值为0.536 mm，Moldflow软件进行产品分析后得到模型预计体积收缩率为3.094%。3基于灰色理论的车窗辅助支撑装置注塑工艺优化为了更好地对注塑模型产品的质量进行评价与恒量，引入信噪比的概念对塑件产品质量进行评价[4]。信噪比的计算公式为：SN=-10lg1n∑i=1nxi2 (1)式(1)中：S/N为信噪比；xi为实验序列次数i；n为总实验次数。模具实际生产与加工制造的过程中，研究信息很难完全清晰化、数学化，常伴随不确定性因素，例如环境扰动等[5]。因此，为更好地实现Moldflow 分析过程，进一步提升产品的品质性能，引入灰色理论对于车窗辅助支撑装置进行分析过程的优化，对于公式(1)进行无量纲化处理，得出公式(2)：yi=maxηi-ηimaxηi-minηi (2)式(2)中：ηi为经过统计分析后，第i次实验的信噪比数值；maxηi为统计数据中信噪比的最大数值； minηi为统计数据中信噪比的最小数值；yi为ηi无量纲化的数值。得到统计分析后的无量纲化数据后，可根据设定的较为理想数据之间进行比较分析，根据公式(3)求得数据间的关联系数，即灰色关联系数[6-7]。ξi=minQi-yi+λmaxQi-yiQi-yi+λmaxQi-yi (3)式(3)中：Qi为第i次实验的信噪比数值所对应的理想数值；λ为灰色分辨系数通常在0,1之间取值。通过进一步对于灰色关联系数进行平均求值处理，得到灰色关联度，用以描述目标变化的态势影响取值，灰色关联度公式如(4)所示，采用n描述优化目标个数：γi=1n∑i=0nξi(i=1,2,…,16) (4)结合注塑模具注塑成型的工艺特点，将注塑过程中熔料温度(A)、模具温度(B)、注射时间(C)、保压压力(D)、保压时间(E)等5个影响因子作为变量水平参数，以车窗辅助支撑装置发生翘曲变形以及体积收缩率两个参数指标进行优化分析，表1为正交试验的因素水平设计表。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.020.T001表1正交试验的因素水平设计Tab.1Factor level design of orthogonal experiment水平因素熔体温度(A)/℃模具温度(B)/℃注射时间(C)/s保压压力(D)/MPa保压时间(E)/s1245552.516082250603.516593255654.0170104260704.517511表2为正交试验结果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.020.T002表2正交试验数据Tab.2Test data of orthogonal test试验序号因素翘曲值/mm体积收缩率/%ABCDE1111141.46184.84622222230.96335.30383333110.47075.65004421210.00845.91505142420.46436.12726231120.88556.30347332441.25876.45388443321.56966.58499134211.80416.700910243241.95036.805011344320.96335.303812412130.40945.538613114430.14435.781014213310.68975.996215321231.21596.181816424441.70906.3424在得出翘曲值与体积收缩率的基础上，根据公式(1)计算出信噪比，通过公式(2)进行无量纲化计算。并进一步根据公式(3)、(4)计算出灰色关联系数。表3为数据处理结果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.020.T003表3正交试验的灰色关联系数数据Tab.3The gray correlation coefficient data of orthogonal test序号翘曲值/mm信噪比/db无量纲灰色关联系数收缩率/%信噪比/db无量纲灰色关联系数11.4618-8.8330.750.404.8462-18.4020.000.1820.9633-8.2080.490.315.3038-19.0060.230.2630.4707-7.5900.240.235.6500-19.4640.410.3240.0084-7.0100.000.155.9150-19.8140.550.3750.4643-7.5820.230.236.1272-20.0940.650.4060.8855-8.1100.450.306.3034-20.3270.740.4371.2587-8.5780.640.366.4538-20.5250.820.4681.5696-8.9680.800.426.5849-20.6990.890.4891.8041-9.2620.920.466.7009-20.8520.950.50101.9503-9.4461.000.486.8050-20.9891.000.52110.9633-8.2080.490.315.3038-19.0060.230.26120.4094-7.5130.210.225.5386-19.3160.350.30130.1443-7.1810.070.175.7810-19.6370.480.34140.6897-7.8650.350.275.9962-19.9210.590.38151.2159-8.5250.620.366.1818-20.1660.680.41161.7090-9.1430.880.446.3424-20.3780.760.44通过正交试验的试验数据，考虑翘曲值与体积收缩率两个因素，将灰色关联系数求取平均值后结合试验影响因素进行灰色关联度的极差分析，表4为所得数据。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.020.T004表4灰色关联系数极差分析Tab.4Range analysis of grey correlation coefficient因素ABCDER10.320.360.340.330.31R20.390.310.300.310.24R30.600.550.490.430.40R40.560.520.480.420.36极差0.280.240.190.120.16从表4可以看出，对于注塑产品质量的影响因素大小依次为：熔体温度(A)模具温度(B)注射时间(C)保压时间(E)保压压力(D)。选取每个影响因素条件下灰色关联因素最大的数值对应的仿真实验条件参数，最终确定最优工艺参数为A3B3C3D3E3，对应工艺参数为熔体温度为255 ℃，模具温度65 ℃，注射时间4 s，保压压力170 MPa，保压时间10 s。4实验验证与有效分析图3和图4分别为最终得到的翘曲值与体积收缩率变化结果，表5为模拟仿真实验结果。从图3和图4可以看出，翘曲值与体积收缩率都有一定程度的下降。从表5可以看出，翘曲值为0.464 mm，体积收缩率为2.437%，对比Moldflow模流分析的翘曲值与体积收缩率可知，采用灰色理论优化分析的翘曲值下降了0.072 mm，体积收缩率减少0.657%。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.020.F003图3优化参数下部件翘曲值结果Fig.3Warpage value results under optimized parameters10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.020.F004图4优化参数下部件体积收缩率结果Fig.4Volume shrinkage rate of parts under optimized parameters10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.020.T005表5模拟仿真实验结果Tab.5Simulation results项目熔体温度/℃模具温度/℃注射时间/s保压压力/MPa保压时间/s翘曲值/mm体积收缩率/%模流优化分析250602.517090.5363.094灰色理论分析255654170100.4642.437图5为上机试模验证支撑装置的实际结果，表6为所得15组试模数据。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.020.F005图5支撑装置注塑件试模Fig.5Trial mold of support device injection molding parts10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.02.020.T006表6试模结果Tab.6Actual verification results模具单质量/g装置外长/mm装置底径/mm装置侧高/mm翘曲值/mm134.115423.27034.502120.1150.436233.798423.04934.250119.8010.395333.879423.12534.277119.8600.403433.878423.10934.277119.8560.401533.869423.09734.272119.8500.398634.121423.28834.508120.1410.440733.904423.14234.483119.8930.407834.131423.29934.528120.1500.449933.869423.07234.269119.8300.3971034.154423.33334.548120.1810.4501234.127423.29034.508120.1440.4431333.886423.12534.292119.8920.4051434.198423.34934.549120.1960.4551534.081423.26234.484120.1080.410从图5和表6可以看出，经过模具验证分析，得到单个塑料制件的克质量为(34.0±0.2) g，最小值是33.798 g，最大值是34.198 g，波动只有 0.4 g。关键尺寸在公差范围内，装置外长尺寸(423.2±0.15) mm，装置底径(34.4±0.15) mm，装置侧高(120.00±0.20) mm，并且功能性的指标包括开合力、泄漏等都符合工艺要求。外观检查如常规的严重污染、颜色匹配、通孔气泡、飞边、黑点油污和缺料破损等均没有任何缺陷，基本达到设计要求，支撑装置整体变形量之间相差不大，翘曲值在(0.425±0.03) mm上下浮动，试验验证表明，此次仿真模拟结果可靠，可以应用于实际生产。5结论为了更好地提升注塑模具生产质量，以降低模具翘曲值与体积收缩率为目标，结合灰色理论使之应用于车窗辅助支撑装置注塑工艺，同时结合实际生产经验设计了正交试验影响因素指标，采用信噪比、灰色关联度数值等指标开展正交试验，进一步分析得出了最佳的实验因素条件，得出影响因素情况：熔体温度模具温度注射时间保压时间保压压力，所获得的最优工艺参数为熔体温度255 ℃，模具温度65 ℃，注射时间4 s，保压压力170 MPa，保压时间10 s。采用优化后的实验参数进行实验验证，发现翘曲值与体积收缩率都有一定程度的下降，对比Moldflow模流分析结果，翘曲值下降0.072 mm，体积收缩率减少0.657%，可见采用灰色理论能够得到较好的优化效果，实现对于注塑产品质量的有效提升。将灰色理论应用于注塑实践过程，对注塑模具实际生产过程具有较大的现实意义与价值。