优化冰箱饰条的工艺参数，可以提高饰条的使用强度、使用寿命，改善外观，并且便于安装[1]。冰箱饰条是典型的长条形注塑件，在成型过程中容易产生翘曲变形。魏邦福等[2]基于饰条的结构特性模型寻找饰条最佳尺寸分布，从而增强饰条的抗变形能力。王姣[3]通过对饰条的表面处理的总结，为饰条的设计提供指导。张德海等[4]使用CAE技术为解决冰箱抽屉侧面变形进行注塑模具设计研究。饰条进行装配时，产品的翘曲变形必须控制在较小的范围内，在装配过程中，一般需要将饰条最大翘曲变形降到1 mm以下，才能够满足装配要求，对产品的生产工艺和质量控制提出了较高的要求。目前，研究人员通过响应面、正交试验等方式对产品的工艺参数进行优化[5-8]。李瑞娟等[9]通过正交试验和BP神经网络对汽车内饰面板注塑的成型工艺参数进行优化，使面板的翘曲变量降低了近40%。王国清[10]通过对模温、熔温、冷却时间、保压压力和保压时间的优化，对内板的体积收缩率和翘曲变量进行优化，体积收缩率和翘曲变量分别降低了10%和17%。陈爽等[11]通过GA-BP神经网络以及MEA-BP神经网络的对比，对成型件的翘曲变形进行研究，通过对比优化了模型。戴冠帮等[12]通过正交试验以及BP神经网络的结合对翘曲变形进行改善，翘曲变形降低了23.61%。证明两者结合不仅可以清楚看出各个因素的影响程度，并且在后面优化的过程中也十分迅速，减小生产周期。本实验采用Moldflow模流分析软件，对饰条进行注塑仿真模拟分析。创新点在于不仅通过正交试验，综合考察模具温度、熔体温度、注射时间、保压压力、保压时间和冷却时间对塑件翘曲变形量的影响，还通过灰狼算法准确地预测出最小变形量下的工艺参数组合，使得生产更高效，为生产提供支持。1产品分析图1为冰箱饰条产品结构。饰条的尺寸为70 mm×411 mm×38 mm，主壁厚为2.5 mm，最大壁厚为3.60 mm。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.09.020.F001图1冰箱饰条产品结构Fig.1Refrigerator trim product structure由于冰箱饰条产品结构复杂，有很多加强筋，需要使用双层面网格进行划分，分析更加准确。并且该产品属于长条形产品，更容易产生翘曲变形。由于饰条的平面度应当小于1 mm，在进行参数优化的时候应当将翘曲变量控制在1 mm之内，即可满足出厂要求。图2为网格划分模型。网格划分完成后，需要对网格的质量进行优化。网格优化结果表明，匹配百分比为92.1%，纵横比控制在12以下，交叉点、取向不正确、自由边等缺陷均优化完毕，概念模型质量较好，模拟出的结果贴合实际。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.09.020.F002图2网格划分模型Fig.2Meshing model冰箱饰条产品是安装在冰箱门上，除需要较好的表面质量之外还需要强大的抗冲击性，不受环境的影响。根据上述要求，材料选择低温冲击性能好、尺寸稳定性好、耐磨性好的ABS材料，具体牌号为ABS 750。图3和图4分别为产品的黏度曲线和PVT属性曲线。该材料推荐的工艺：模具温度为40~60 ℃，熔体温度为205~245 ℃。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.09.020.F003图3黏度曲线Fig.3Viscosity curves10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.09.020.F004图4PVT曲线Fig.4PVT curves2浇注系统以及翘曲变形分析塑料熔体通过主浇口进入模具型腔，想要高质量完成塑件，浇口位置的布置必须合理。图5为最佳浇口位置分析。由于此产品要求双浇口进胶，从图5可以看出，两处蓝色部位阻力最低，因此选择浇口在蓝色部位，但最终浇口需要有一定的对称性。因此，两个浇口在箭头所指位置。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.09.020.F005图5浇口位置分析Fig.5Gate position analysis由于此产品的前后都有凹陷，普通的水路会影响斜顶、浇口等架构的设置，所以在此基础上根据其特性在动、静模两侧设置水井从而更好进行冷却，并且设置水路，水路直径为8.5 mm，冷却介质为水。图6为最终得到浇注系统和冷却系统。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.09.020.F006图6浇注系统和冷却系统的最终设计Fig.6Final design of pouring system and cooling system根据要求此产品需要“一出二”，并且该产品的侧面为外观面，所以浇口的点位设置在非外观面上，双浇口。并且使用针阀式热流道对浇口进行时序控制，从而消除熔接线。根据软件材料库推荐参数模具温度范围为44~60 ℃；ABS熔体温度推荐205~245 ℃；保压压力为40~60 MPa；根据材料库推荐参数以及注射机的推荐工艺，设置注射时间为2.2~3.0 s；保压时间为6~14 s；冷却时间为20~28 s。选择中间推荐值，表1为初始参数。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.09.020.T001表1初始参数Tab.1Initial parameters参数数值模具温度/℃52熔体温度/℃225注射时间/s2.6保压压力/MPa45保压时间/s10冷却时间/s20通过对浇口进行时序控制，浇口处熔接线得到明显改善，但是槽内熔接线无法避免，所以在设计模具的时候需要适当增加排气以减少熔接线和气穴的产生。图7为初始参数下的翘曲变形量。从图7可以看出，通过翘曲变形量的等高线Z方向最大的翘曲变形为1.12 mm，翘曲变形量很大，不仅影响美观，而且影响冰箱饰条的装配以及使用寿命，且不符合出厂要求，需要对其工艺参数进行优化从而减小翘曲变形量。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.09.020.F007图7初始参数下的翘曲变形量Fig.7Warpage deformation with original parameters3正交试验设计和分析由于影响翘曲变形的主要因素为：模具内部的冷却不均匀、模具内部的残余应力过大、产品在冷却的过程中冷却速度不一样[13]。为了减小饰条翘曲变形的影响，选取最大的翘曲变形量作为响应，以模具温度(A)、熔体温度(B)、注射时间(C)、保压压力(D)、保压时间(E)、冷却时间(F)为分析对象，进行正交试验分析[14]，表2为L25(56)正交试验因素水平设计。表3为L25(56)正交试验结果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.09.020.T002表2L25（56）正交试验因素水平设计Tab.2L25（56） orthogonal test factor level design因素水平12345模具温度（A）/℃4448525660熔体温度（B）/℃205215225235245注射时间（C）/s2.22.42.62.83.0保压压力（D）/MPa4045505560保压时间（E）/s68101214冷却时间（F）/s202224262810.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.09.020.T003表3L25（56）正交试验结果Tab.3Results of L25（56） orthogonal test实验号因素翘曲变形量/mmABCDEF11111111.7621234521.4431352431.5941425341.8451543251.6462154351.5172222211.5682345122.2392413531.01102531441.50113133240.84123215450.92133342311.19143451521.78153524132.35164135231.55174253141.83184321550.93194444411.06204512321.98215123421.20225241331.01235314241.43245432151.98255555511.40k11.881.461.701.512.091.64k21.791.621.711.591.861.81k31.531.731.581.591.711.63k41.561.681.541.801.391.65k51.561.831.581.831.271.60Rj0.350.370.170.320.820.21从表3可以看出，对于冰箱饰条的翘曲变形量，极差大小排序为：RERBRARDRFRC，影响程度排序为：保压时间熔体温度模具温度保压压力冷却时间注射时间。表4为正交试验的方差分析。从表4可以看出，在现有的因素水平范围内，保压时间、保压压力和模具温度对翘曲变形影响显著。而对于其他因素也通过了一致性检验，因此可以认为熔体温度、注射时间和冷却时间对于翘曲变形也有一定的影响。为了更加直观地判断目标变量在不同水平下的变化规律，以工艺参数及水平为横坐标、目标变量均值为纵坐标，图8为冰箱饰条的翘曲变形量随因素水平变化曲线。从图8可以看出，随着模具温度的升高，饰条的翘曲变形量先逐步下降后升高，当模具温度为A3，翘曲变形量获得最小值。因为提高模温可以降低熔体黏度，提高充模的速率，减小由于收缩不均引起的翘曲变形。但是模温不是越高越好，模具温度过高可能会导致产品出现飞边、毛刺等缺陷，可能还会导致变色[15]。所需要的冷却时间也会长，从而会降低生产效率，增加生产周期。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.09.020.T004表4方差分析Tab.4Analysis of variance因素平方和自由度均方F值P值总和1.90224A0.51940.1300.7660.560B0.38040.0950.5400.708C0.22040.0550.2980.876D0.40940.1020.5860.677E0.24440.5616.7660.001F0.13040.0330.1730.950图8冰箱饰条翘曲变形量随因素水平变化Fig.8Warpage deformation of refrigerator trim vs factor level10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.09.020.F8a110.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.09.020.F8a2随着熔体温度的升高，翘曲变形量先升高，但是在升到一定温度后，翘曲量会随着温度的升高而下降，当熔体温度为B3时，翘曲变形下降，这是因为熔体温度主要影响的是熔体的黏度，提高熔体的温度，可以增加熔体的流动性，从而减少收缩和翘曲变形[16]。最后在熔体温度为B4时，再次上升。当熔体温度为B1时，翘曲变形量获得最小值。随着注射时间的增加，翘曲变形量是逐渐降低的。当注射时间大约在C4时，所对应的翘曲变形量获得最小值。熔体在型腔中的流动速度大多由注射的压力和模具温度控制，提高注射速度，会使得注射压力增加，可以加大分子间的取向作用，从而使得翘曲量降低。高保压会导致溢出和模具破坏，增加成型件的持续应力以及形成过压，导致位移变形增加。随着保压压力的增加，产品的翘曲变形量逐渐增加，最小的翘曲变形时所对应的保压压力在D2（45 MPa左右）。然而，随着保压时间的增加，浇口的冻结层温度降低，补充收缩增加，支持更多的熔体流入模腔，以填补冷却收缩留下的空隙[17]。提高了产品密度，降低了收缩率，从而减少了翘曲变形量，所以最优的保压时间应该是E5。随着冷却时间的增长，使得塑料制品的冷却更均匀，从而翘曲变形量先增加后减小，当冷却时间为F4时，对应的翘曲变形最小。最优参数组合模具温度为52 ℃、熔体温度为205 ℃、注射时间为2.8 s、保压压力为45 MPa、保压时间为14 s以及冷却时间为26 s时，翘曲变形最小。4灰狼算法寻找最优工艺参数灰狼算法（GWO算法）具有结构简单、需要调节的参数少、容易实现等特点，比普通的寻优算法更可靠，避免一些局部寻优的问题，在寻优速度和求解精度上有很大改变[18]。在Matlab中编写程序，将正交试验数据导入BP神经网络，对其进行参数整理，归一化、取整等操作，使用灰狼算法迭代100次得到最优的工艺参数[19]。适应度函数：fobj；变量个数：6个；优化范围：下限=[44 ℃，205 ℃，2.2 s，40 MPa，6 s，20 s]，上限=[60 ℃，245 ℃，3 s，60 MPa，14 s，28 s]，种群的规模为30，最大迭代次数为100。图9为翘曲优化迭代过程。经过迭代，最优个体所对应的参数组合为[52 ℃，205 ℃，2.813 s，45.128 MPa，14.35 s，26.48 s]，所对应的函数值fobj(x)=0.714，为了方便验证，对个体参数进行取整，最终所得的个体参数组合为[52 ℃，205 ℃，2.8 s，45 MPa，14 s，26 s]，并且进行验证。将得到的最优工艺参数导入Moldflow，观察该参数是否为最优参数，图10为优化后的翘曲变形量。从图10可以看出，灰狼模型预测的工艺参数所对应的翘曲变形值较小，最大翘曲变形量为0.72 mm，比原有的翘曲变量减小近40%，Moldflow结果与灰狼预测模型寻优结果相差0.006 mm，误差较小，说明该方法的优化结果比较可靠。通过优化分析得到的最终参数组合为[52 ℃，205 ℃，2.8 s，45 MPa，14 s，26 s]，即模具温度为52 ℃、熔体温度为205 ℃、注射时间2.8 s、保压压力45 MPa、保压时间14 s以及冷却时间为26 s，最大翘曲变量为0.72 mm。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.09.020.F009图9翘曲优化迭代过程Fig.9Warpage optimization iterative process10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.09.020.F010图10优化后的翘曲变形量Fig.10Optimized warpage deformation5实际生产验证图11为通过模具设计以及工艺参数的优化进行注塑得到的产品。从图11可以看出，通过实际的生产验证，所得到的冰箱饰条的变形符合预期的设计，在Z方向的变形也较小，满足装配的需求以及使用要求。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.09.020.F011图11实际生产产品Fig.11Actual production products6结论（1）对于冰箱饰条这类长条形产品，首先通过正交试验设计分析模具温度、熔体温度、注射时间、保压压力、保压时间以及冷却时间对于翘曲变形的影响，通过极差分析可以明显看出各个因素对于翘曲变量的影响程度，并且可以粗略得到最优参数组合，为灰狼算法提供依据。（2）在正交试验基础上，对其进行神经网络分析，通过灰狼算法可得到最小的翘曲变形量以及其对应的最小参数组合，为[52 ℃，205 ℃，2.8 s，45 MPa，14 s，26 s]。通过Moldflow验证发现翘曲量减少40%，满足实际生产需要。