网络连接器是一种用于连接计算机网络的设备，通过网线与局域网或广域网相连接[1]。常见的类型主要有绞线型和RJ-45插头型。双绞线型网络连接器又分为单模和双模的两种[2]。双绞线型网络连接器功能包含：协议转换、流量控制及拥塞控制、传输信息、路由选择、分组分段和组装[3-4]。考虑到网络连接器的功能和应用特点，目前主要采用塑料材料通过注塑成型方式生产其本体结构[5-6]。目前主要采用高温尼龙(PPA)材料制作网络连接器[7]。通过加入一定比例的短玻璃纤维，进一步提升其尺寸稳定性和耐疲劳性能[8-9]。随着智能化、网联化、轻量化的发展，网络技术得到飞速发展，相应地对于其关键的硬件设备网络连接器的要求也越来越高，尤其在外观和质量两个方面。外观上，主要外观面不能出现明显的缩痕、黑线等。质量上，保证功能性的前提下产品质量尽可能减小，不仅能节约材料成本，同时便于安装固定。采用玻纤增强高温尼龙注塑成型获得产品时，更需要重点分析这两类问题。而目前，大部分文献都主要集中在网络连接器的设计上。王孟[10]借助Solidworks Simulation模块，采用非线性接触有限元分析，对RJ45网络连接器金属端子与水晶头铜片的接触特性进行模拟研究，得到连接器金属端子在此过程中正向力和接触区域，进而指导实际产品设计。王晓东[11]对网络连接器接触可靠性测试问题进行了分析并对具体设计重点进行了总结，为网络连接器生产制造提供了参考。王瑰玲[12]对高速网络圆形连接器的设计思路、材料选用、零件加工及表面处理进行了介绍与总结，并通过图文对解决的关键技术进行了详细论述。对于网络连接器的质量控制不仅在设计部分，更需要关注其制造与成型。蔺福志等[13]通过仿真模拟软件对汽车高光件注塑成型过程及结果进行预测分析，有利于在设计前期评估其外观和质量是否满足要求。由于影响目标的变量繁多，正交试验设计的方法可以得到较好的应用[14]。本实验以高温尼龙网络连接器为目标，结合模流分析及正交试验方法探究了使得其缩痕估算与质量为最优时的方案。1网络连接器结构设计图1为某网络连接器设计三维图。长宽高分别为27 mm×19 mm×13 mm，主要呈矩形盒装。上部有六个较大的椭圆孔，用于安装信号传输用的金属线。侧边开槽结构用于加强连接刚度，顶面三个凸起及四个矩形槽用于提高连接的稳定性。此产品对外观的缩痕有较高要求，根据注塑成型试模和模拟分析对标。在模流分析结果中的缩痕估算不大于0.08 mm时，产品缩痕可以满足要求。另外，为了保证网络连接器安装的稳定性和降低成本，一般希望其质量不超过2.1 g。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.018.F001图1网络连接器Fig.1Network connector图2为该网络连接器的厚度分布。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.018.F002图2网络连接器厚度Fig.2Thickness of network connector从图2可以看出，上端面厚度为1.9 mm，侧壁面厚度为0.6~0.7 mm。顶面凸起的厚度为1.2 mm，侧边开槽结构的厚度在2.2 mm左右。最大壁厚为2.3 mm，位于网络连接器的内部侧面，该区域呈褶皱型，有利于提升弯矩刚度。2注塑成型建模与初始分析2.1注塑成型的网格模型采用实体网格（四面体）进行网络连接器的网格模型构建，表1为单元质量检查。从表1可以看出，单元纵横比控制在较低水平，最大二面角小于180，无负体积单元。图3为最终得到的网络连接器网格模型。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.018.T001表1单元质量检查Tab.1Check of element quality参数数值单元尺寸/mm0.35单元数量823295纵横比极大值8.08纵横比极小值1.21纵横比平均值2.82最大二面角168.510.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.018.F003图3网络连接器网格模型Fig.3Mesh model of network connector2.2材料性能参数选用35%玻纤增强高温尼龙作为注塑成型材料。表2为高温尼龙相关参数。初始工艺参数设置为：注射时间为0.36 s，保压压力为33 MPa，保压时间为8 s，熔体温度为335 ℃，模腔温度为125 ℃。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.018.T002表2高温尼龙参数Tab.2Parameters of PPA参数数值顶出温度270模腔温度110~140模腔温度125熔体温度320~350最大熔体温度360℃℃2.3流道系统设计该网络连接器整体尺寸较小，故采用一模四穴、冷流道方式设计模具。该网络连接器对于外观面要求较高，不允许在外观面上布置浇口，故采用侧面潜伏式进胶方式。浇注系统采用冷流道，采用潜伏式进胶。图4为进胶系统设计。（1）圆形冷浇口尺寸为φ1.2~3.0 mm；（2）圆形冷流道尺寸为φ4.0 mm；（3）圆形冷流道尺寸为φ3.0 mm；（4）圆形冷主流道尺寸为φ2.0~4.0 mm。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.018.F004图4进胶系统设计Fig.4Design of runner system2.4结果分析图5为初始工艺分析结果。从图5可以看出，该网络连接器的最大缩痕估算为0.102 8 mm，超过设计指标。该网络连接器注塑成型后的质量为2.131 g，也超出目标，需要进行工艺优化。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.018.F005图5初始工艺分析结果Fig.5Initial process simulation results3正交试验设计与分析影响该网络连接器缩痕估算量及缩痕状态的主要变量为注射时间(A)、保压压力(B)、熔体温度(C)及保压时间(D)，将其作为自变量。表3为L16(44)正交试验因素水平设计。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.018.T003表3L16（44）正交试验因素水平设计Tab.3L16（44） orthogonal test factor level design水平因素注射时间（A）/s保压压力（B）/MPa熔体温度（C）/℃保压时间（D）/s10.3430320720.3633330830.3836340940.403935010表4为L16(44)正交试验结果。从表4可以看出，对于最大缩痕估算量来说，第15组试验的最大缩痕估算量最小，为0.051 mm；第5组试验的最大缩痕估算量最大，达到0.112 mm。对于质量结果，最小值为1.953 g，出现在第11组试验；第7组的质量最大，为2.214 g。正交试验表中，试验序列2、3、4、6、9、11、12、13及15均满足设计指标要求，验证了本文正交试验设计的合理性，可进行后续数据分析。对于网络连接器的最大缩痕估算量Q来说，四个工艺参数的极差大小排序为：RDRBRARC。故保压时间的影响最大，其次是保压压力和注射时间，熔体温度的影响最小。对于网络连接器的质量S来说，四个工艺参数的极差大小排序为：R*AR*CR*DR*B，故注射时间度的影响最大，保压压力的影响最小。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.018.T004表4L16（44）正交试验结果Tab.4Results of L16（44） orthogonal test序号因 素最大缩痕估算量/mm质量/gABCD111110.0861.956212220.0762.034313330.0632.087414440.0581.996521230.1121.987622140.0732.063723410.0522.214824320.0812.167931340.0571.9881032430.0961.9671133120.0561.9531234210.0652.0611341420.0742.0871442310.0822.1411543240.0512.0831644130.0931.997k10.07080.08230.07700.0713k 20.07950.08170.07590.0717k30.06850.05550.07080.0910k40.07500.07440.07010.0599k1*2.01802.00501.99202.0930k2*2.10802.05102.04102.0600k3*1.99202.08402.09602.0100k4*2.07702.05502.06602.0330R0.01100.02680.00690.0312R*0.11600.08000.10400.0830注：“*”表示目标变量为质量。图6为最大缩痕估算量与因素水平的关系曲线。从图6可以看出，随注射时间A的增大，最大缩痕估算量先增大后减小再增大，A3时最小。随保压压力B的增大，最大缩痕估算量先减小后增大，B3时最小。随熔体温度C的增大，最大缩痕估算量逐渐减小，C4时最小。随保压时间D的增大，最大缩痕估算量先增大后减小，D4时最小。综合分析，最优解为A3B3C4D4。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.018.F006图6最大缩痕估算与因素水平关系曲线Fig.6Relationship curves between the maximum sink marks estimate and factor level图7为质量与因素水平的关系曲线。从图7可以看出，随注射时间A的增大，质量先增大后减小再增大，A3时最小。随保压压力B的增大，质量先增大后减小，B1时最小。随熔体温度C的增大，质量先增大后减小，C1时最小。随保压时间D的增大，质量先减小后增大，D3时最小。综合分析，最优解为A3B1C1D3。进行重复试验并进行方差分析，表5为最大缩痕估算量的方差分析。从表5可以看出，误差的平均偏差平方和较小，具有可信度。F值排序为：DBAC。对于保压压力B和保压时间D，F值F0.01，故D和B对最大缩痕估算量的影响为极显著。对于注射时间A和熔体温度C，F值F0.05，故A和C对最大缩痕估算的影响为不显著。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.018.F007图7质量与因素水平关系曲线Fig.7Relationship curves between mass and factor level10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.018.T005表5最大缩痕估算量的方差分析Tab. 5Variance analysis of maximum sink marks estimate离差来源偏差平方和/×10-4自由度平均偏差平方和/×10-5F值FaA1.42034.721.137B9.350331.207.508F0.05（3，19）= 3.13C0.74232.470.596F0.01（3，19）=5.01D10.000333.408.044误差7.890194.15总和29.40031表6为质量的方差分析结果。从表6可以看出，误差的平均偏差平方和较小，具备可信度。各工艺参数的F值大小及影响程度排序为：ACDB。对于注射时间A，F值F0.01，故A对质量有极显著影响。对于熔体温度C，F0.05F值F0.01，故C对质量的影响为显著。对于保压压力B和保压时间D，F值F0.05，故D和B对质量无显著影响。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.018.T006表6质量的方差分析Tab.6Variance analysis of mass离差来源偏差平方和自由度平均偏差平方和F值FaA0.01730.00565.631F0.01（3，19）=5.01F0.05（3，19）=3.13B0.00730.00222.189C0.01230.00383.857D0.00830.00262.610误差0.019190.0010总和0.062314综合优选及评估验证最大缩痕估算量及质量在不同自变量取值下获得最优解，需要进行综合优选。对于注射时间A，最大缩痕估算量和质量均在A3时获得最优值，故取A3。对于保压压力B，其对质量无显著影响，而对最大缩痕估算量有极显著影响，故取B3。对于熔体温度C，其对缩痕估算量无显著影响，而对质量有显著影响，故取C1。对于保压时间D，其对质量的影响为不显著，而对最大缩痕估算量有极显著影响，故取D4。综合考虑最大缩痕估算量和质量两个目标变量，得到最优解为A3B3C1D4，对应的具体工艺参数为：注射时间为0.38 s，保压压力为36 MPa，熔体温度为320 ℃，保压时间为10 s。对最优解仿真评估，图8为目标变量优化结果。从图8可以看出，最大缩痕估算量为0.049 2 mm，优化了52.1%，满足要求。优化后的质量为1.944g，优化了8.8%，也满足要求。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.018.F008图8目标变量优化结果Fig.8Optimized results of target variable图9为优化工艺下仿真模拟结果。从图9可以看出，充填过程等值线均匀，不存在缺胶及滞留。流动前沿温度在319.7~323.3 ℃之间，较小的温度变化保证了熔体性能稳定性。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.018.F009图9优化工艺下仿真模拟结果Fig.9Simulation results under optimized process图10为网络连接器试模样品。从图10可以看出，样品外观状态良好，无缺胶、缩痕状态合格。实测产品质量小于2.0 g，优化工艺可行性得到验证。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.018.F010图10网络连接器试模样品Fig.10Mold trial sample of network connector5结论以高温尼龙网络连接器的缩痕估算及质量为研究目标，采用仿真及正交试验方法进行优化探究。综合优选得到缩痕估算及质量的最优解为A3B3C1D4。优化工艺的最大缩痕估算量为0.049 2 mm，降低了52.1%，产品质量为1.944 g，降低了8.8%，满足要求。仿真及试模样品结果也验证了优化工艺的可行性。