汽车内饰面板作为汽车重要组成部分，除了能够美化汽车内饰空间以外，还对汽车车身具有一定的保护作用[1]。内饰面板所用材料一般为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，ABS具有良好的抗冲击性、耐腐蚀性、表面装饰性以及二次加工等特性[2]。塑料制件在注塑成型过程中，易发生填充不足、气泡、熔接痕、翘曲变形等缺陷，影响制件的成型质量[3]。针对这些问题，于佳丽等[4]研究车门内饰塑件的翘曲变形，利用DOE实验方法得到一组最佳的成型工艺参数组合，大大改善了制件的成型质量。谭安平等[5]利用模流分析建立了浇注系统模型，通过正交试验提升了制件的成型质量。马镜涵等[6]通过人工鱼群算法对汽车车门内饰柱成型工艺进行了优化，得到一组最佳的工艺参数组合。陈拓等[7]基于TOPSIS灰色关联对汽车双色开关面板的工艺参数进行优化，以制件的体积收缩率为研究目标，得出最优工艺参数组合和各因素的影响程度，改善了制件的成型质量。印磊等[8]利用响应面法结合模拟退火算法对汽车车灯进行研究，所得的二阶响应面近似模型的预测结果与实际结果的误差很小，为后续注塑成型工艺研究提供了新思路。成启明[9]利用计算机辅助成型技术对机箱的挡板进行研究，通过设计正交试验，改善了塑件的翘曲变形量。在实际工程操作过程中，对于模具温度、熔体温度、保压压力以及冷却时间都有一个阈值，这些参数过高或过低均导致制件成型失败[10]。当模具温度过高时，可能发生黏模现象，从而导致成型失败；模具温度过低则导致模具填充不足，影响制件成型质量[11]。熔体温度略微升高有助于制件成型，因为温度越高，熔体的流动性越好，从而制件成型效果较好；但是熔体温度过高，注塑材料在一定温度下发生热分解，所以熔体温度要适中[12]。保压压力过高可能导致炸模，保压压力过低可能导致填充不足力[13]。冷却时间对制件的收缩率有影响，冷却时间过短导致制件的体积收缩率增大，从而导致翘曲变形量增大[14]。本实验以汽车内饰面板为研究对象，采用ABS注塑成型材料，通过建立响应面模型，以模具温度、熔体温度、保压压力以及冷却时间为研究对象，以制件的翘曲变形量为响应目标建立响应面模型，以得到最佳的成型工艺参数组合。1模拟仿真1.1模型建立图1为汽车内饰面板模型。从图1可以看出，内饰面板具体长为221 mm，宽为113 mm。通过UG 10.0建立该模型，该模型为不规则模型，内部为中空部分，该类型制件在成型过程中极易发生填充不均匀以及翘曲变形缺陷，因此需要格外注意。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.018.F001图1汽车内饰面板模型Fig.1Automotive interior panel model1.2网格划分图2为汽车内饰面板网格划分。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.018.F002图2汽车内饰面板网格划分Fig.2Grid division of automotive interior panel其中网格单个长度为3 mm，最大纵横比为8.53，平均纵横比为2.15，满足要求，网格匹配率为91.56%，接近于1，网格质量较好。1.3模流分析分析本实验所用材料为ABS，表1为ABS工艺参数范围[15]。当模具温度为60 ℃，熔体温度为230 ℃、保压压力为100 MPa，冷却时间为20 s时，进行初始模流分析。图3为初始模流分析结果。从图3可以看出，初始参数下制件的最大翘曲变形量为3.410 mm，一般的工艺生产条件下需要制件的翘曲变形量小于3 mm，所以需要对制件的工艺参数进行优化。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.018.T001表1ABS工艺参数范围Tab.1ABS process parameters ranges参数数值模具温度/℃50~70注射压力/MPa70~90保压压力/MPa100~130保压时间/s15~20冷却时间/s15~30熔体温度/℃220~25010.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.018.F003图3初始模流分析结果Fig.3Results of initial Moldflow analysis2响应面成型工艺参数优化2.1建立因素水平响应面法(RSM)是一种综合试验设计和数学建模的优化方法，可有效减少试验次数，并且可以考察影响因素之间的交互作用[16-17]。表2为响应面试验工艺参数因素水平设计。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.018.T002表2响应面试验工艺参数因素水平设计Tab.2Response surface test process parameters factor level design水平因素模具温度（A）/℃熔体温度（B）/℃保压压力（C）/MPa冷却时间（D）/s下限5521010010中间6023011020上限65250120302.2响应面试验结果及拟合分析本试验采用CCD模型，表3为响应面试验结果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.018.T003表3响应面试验结果Tab.3Response surface test results试验编号因素翘曲变形量R/mmABCD165210100104.039255210100103.724365210100302.865465210120303.898565250120303.263665230110203.549760230110203.304860230120203.235965250100104.8371060230110202.6931160230110203.0421255210100303.4251355250120103.2061465250120103.6581555230110203.4281660210110203.2311760230110202.5571860230100203.5181955250100104.3182065250100304.3432155210120303.4172260230110203.3062360230110104.7132460250110203.2262565210120103.5362655250100303.4122755250120303.1122860230110303.2292955210120103.0163060230110202.706根据响应面结果可得回归方程，一般响应面回归方程能够反映各个因素以及其交互作用的大小关系，其中每项系数越大，表示影响程度越大[18]。回归方程为：R=2.93+0.13A+0.092B-0.18C-0.23D+0.081AB+0.025AC-0.05AD-0.22BC-0.074BD+0.2CD+0.16A2+0.092B2+0.13C2+0.28D2 （1）从式（1）可以看出，AD、BC、BD之间的翘曲变形量呈负相关，AB、AC、CD之间的翘曲变形量呈正相关，并且交互因素影响从大到小依次为BCCDABBDADAC。对于响应面模型，根据其正态分布图以及拟合曲线判断模型的拟合效果，图4为正态分布和拟合曲线。从图4可以看出，正态分布以及拟合曲线中的散点基本分布在斜率为1的直线两侧，呈现动态分布，表明整体拟合效果较好，该模型可以用于后续验证[19]。图4正态分布及拟合曲线Fig.4Fitting curve and normal distribution10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.018.F4a110.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.018.F4a22.3方差和交互作用分析根据响应面试验结果进行方差分析，表4为回归模型方差分析结果。一般来说，根据P值的大小能够判断显著性，大于0.05表明该项不显著，小于0.05表明该项显著[20]。根据F值能够得到各因素对制件翘曲变形的影响程度大小，F值越大，表明影响程度越大[21]。从表4可以看出，该模型项的P值小于0.05，表明该模型显著，失拟项的P值大于0.05，表明失拟项不显著，模型项显著、失拟项不显著表明该响应面模型效果较好[22]。其中C、D、BC、CD、A2、D2的P值都小于0.05，表现为显著，其他项的值都大于0.05，表明对结果影响都不显著。各因素的影响大小依次为：冷却时间(D)保压压力(C)模具温度(A)熔体温度(B)。相关系数R2为0.932 5，校正系数R2Adj为0.912 8，均大于0.9，表明该模型拟合效果较好，模型信噪比r为7.679，一般模型信噪比大于4，表明模型分辨能力较好，可以用来进行结果预测[23]。根通过响应面等高线图能够直观看出各因素交互作用对制件的翘曲变形量的影响，一般图形陡峭程度越大，二维等高线图接近于椭圆时表明影响越显著[24-25]。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.018.T004表4方差分析Tab.4Analysis of variance因素偏差平方和自由度方差F值P值显著性模型7.01140.504.150.0049显著A0.3910.393.210.0934B0.2110.211.700.2122C0.8210.826.750.0202显著D1.2911.2910.690.0052显著AB0.1110.110.870.3657AC0.0110.010.0820.7781AD0.04010.0400.330.5721BC0.7610.766.280.0242显著BD0.08710.0870.720.4098CD0.6210.625.120.0389显著A20.6810.685.620.0316显著B20.2310.231.940.1845C20.4610.463.800.0703D22.1212.1217.540.0008显著残差1.81150.12失拟项1.27100.131.180.4532不显著纯误差0.5450.11总回归8.8229相关系数R2=0.9325校正系数R2Adj=0.9128模型信噪比r=7.679图5为响应面等高线图。从图5可以看出，熔体温度与保压压力二维等高线图接近于一个椭圆，表明熔体温度与保压压力交互作用显著。保压压力与冷却时间二维等高线图也趋近于一个椭圆，表明保压压力与冷却时间的交互作用较显著。图5响应面等高线图Fig.5Response surface contour plot10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.018.F5a1(a)保压压力和熔体温度10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.018.F5a2(b)保压压力和冷却时间2.4响应面初步优化及模拟验证根据得到的分析结果对制件进行优化分析，以制件的翘曲变形量为优化目标，其数值越小越好。表5为优化后的工艺参数结果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.018.T005表5优化后的参数结果Tab.5The optimized parameter results优化方案A/℃B/℃C/MPaD/sR1期望值数值56250120212.3141.003模拟验证根据最佳成型工艺参数组合再次进行模流分析，图6为优化后的制件翘曲变形。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.018.F006图6优化后制件翘曲变形Fig.6Warpage deformation of the optimized parts从图6可以看出，当制件的模具温度为56 ℃、熔体温度为250 ℃、保压压力为120 MPa、冷却时间为21 s时，制件的成型质量最好，该条件下制件的最大翘曲变形量为2.305 mm，制件整体壁厚较为均匀，翘曲变形量较小，成型质量较好，未优化前制件的最大翘曲变形量为3.410 mm，优化后的最大翘曲变形量较未优化前降低了1.105 mm，整体质量提升了32.4%，改善了制件的成型质量。4生产验证根据优化后的工艺参数进行注塑，图7为实际汽车内饰面板制件成品。从图7可以看出，制件整体成型效果较好。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.018.F007图7汽车内饰面板Fig.7Automotive interior panel5结论通过响应面模型分析，可以有效地改善制件的成型质量，对于注塑制件改善翘曲变形量具有一定的指导意义。响应面模型方差分析可以得到4个变量的影响因素大小分别为：冷却时间保压压力模具温度熔体温度。当制件的模具温度为56 ℃、熔体温度为250 ℃、保压压力为120 MPa以及冷却时间为21s时，成型质量最好，优化前制件的最大翘曲变形量为3.410 mm，优化后的最大翘曲变形量较未优化前降低了1.105 mm，整体质量提升了32.4%，明显了改善制件的成型质量。