接线座主要作为电器部件之间的桥梁传输电信号，具备易更换、易升级的优点，提高了电路设计的灵活性[1-2]。接线座使用过程中不可避免出现发热问题，一般要求具备耐温、强度高、抗疲劳性好、绝缘性高、安装稳定、密封性好等特点[3]。目前，针对接线座设计的研究主要包括改进结构方案、解决发热问题、优化成型制造工艺等。陆小静[4]为解决接线座原始方案存在的制造缺陷和安全隐患，简化了装配工艺、提高了接线质量。熊仲金等[5]针对输电线路中的隔离开关接线座的发热问题，采用分流技术改进接线座设计，有效解决了发热问题并提高了电能输送效率。钟翔山[6]针对接线座的成型制造过程，采用多工位级进模设计，显著提高了制造效率和零件精度。随着轻量化、智能化的发展，诸如接线座、接线盒、控制器等连接和控制类电器元件逐渐塑料化[7]。采用塑料材料制造接线座，不仅降低了整体质量和尺寸，也提高了产品设计复杂度和集成度上限，同时也保证了制造的效率和产品稳定性[8]。受电流产热的影响，接线座的材质需要具有较好的耐高温性、较好的刚强度、抗疲劳、绝缘和耐腐蚀性能，一般采用高温尼龙[9]。高温尼龙材料在实际应用中一般添加一定比例的玻璃纤维制成玻纤增强材料，进一步提升物理性能和化学性能[10-11]。但玻纤的加入导致制件产生较大的形状尺寸公差，影响装配、安装等[12]。注塑成型中的翘曲变形问题，往往涉及产品结构、进胶系统和工艺参数等多种因素，一般采用计算机模拟技术(CAE)进行预测和优化分析[13]。然而工艺参数的种类较多，其优化选型问题往往结合正交试验，有效提升优化分析的效率同时具备较高的可信度[14]。本实验针对某聚邻苯二甲酰胺(PPA)材料的接线座注塑成型后局部平面度过大问题，设计正交试验探究工艺参数影响规律和优化参数组合，利用仿真模拟评估可行性。1塑件分析1.1结构分析图1为控制器接线座总成。从图1可以看出，控制器接线座主要包含塑料本体（黄色部分）、六块铜片（蓝色部分）、安装板（绿色部分）及金属衬套（红色部分）。塑料本体主要起结构支撑、安装固定作用，铜片主要起传递电信号的作用。六块铜片插入塑料本体的平面凹槽中，再通过上下两个螺栓固定。铜片与塑料本体之间要求接触良好，以保证密封性与良好的电学性能。当塑料本体与铜片之间接触面的平面度较大时，导致接触面无法正常贴合，进而导致在高压情况下产生电击穿和局部过热。因此，根据塑料本体的实际制造和测试结果：塑料本体与铜片接触面的最大平整度不大于0.1 mm。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.017.F001图1控制器接线座总成Fig.1Controller wiring seat assembly图2为控制器接线座塑料本体的厚度分布。从图2可以看出，与铜片的接触面区域厚度为4.0 mm，侧壁面厚度约为1.3~1.4 mm，根部加强筋厚度为2.0 mm。中部平面区域厚度为1.4~1.5 mm，中部加强筋厚度为1.0~6.2 mm。安装板区域壁厚为3.0 mm，安装孔壁面厚度为2.0~2.5 mm。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.017.F002图2控制器接线座塑料本体的壁厚分布Fig.2Thickness distribution of the plastic body of controller wiring seat1.2材料特性选用30%玻纤填充的PPA材料，表1为材料参数。由材料参数范围及默认工艺得到初始工艺参数为：熔体温度325 ℃、模腔温度105 ℃、注射时间0.65 s、保压时间10 s。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.017.T001表1材料参数Tab.1Material parameters参数数值顶出温度260熔体温度310~340模腔温度90~120最大熔体温度380转换温度275℃℃2初始模流分析2.1网格模型采用双层面网格，倒圆角去除后导入软件进行网格生成和质量修复。网格边长为2.5 mm，网格数目为81 179，最大纵横比为8.87，最小纵横比为1.15，平均纵横比为2.27，匹配率为91.1%，满足计算要求。图3为网格模型。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.017.F003图3网格模型Fig.3Mesh model2.2进胶系统设计基于网格模型进行浇口位置分析[15]，图4为进胶系统。从图4可以看出，接线座中部区域的结果最好，边角区域结果较差，最佳浇口位置如图中圈出位置。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.017.F004图4进胶系统Fig.4Injection system图5为根据最佳浇口位置建立的冷流道进胶系统。从图5可以看出，进胶系统包含4个部分：（1）圆形冷浇口尺寸为Φ2~Φ6 mm；（2）圆形冷流道尺寸为Φ6~Φ10 mm；（3）圆形冷流道尺寸为Φ10 mm；（4）圆形冷主流道尺寸为Φ6~Φ10 mm。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.017.F005图5冷流道进胶系统Fig.5Cold runner injection system2.3结果分析图6为初始模流分析结果。从图6可以看出，接线座的安装板及上部边角区域的Z向变形较大，最大变形量为0.342 1 mm。采用Flateness宏功能计算得到第1块铜片接触面的平面度最小为0.050 2 mm；第5块铜片接触面的平面度最大，为0.155 9 mm，超过设计要求，需要进行优化分析。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.017.F006图6初始分析结果Fig.6Initial analysis results3平面度优化3.1正交试验设计根据实际试模经验，注射时间(A)、保压时间(B)、熔体温度(C)、模腔温度(D)对接触面平面度影响相对较大，选择此参数设计正交试验，表2为L16(44)正交试验因素水平设计。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.017.T002表2L16（44）正交试验因素水平设计Tab.2L16（44） orthogonal test factor level design水平因素注射时间（A）/s保压时间（B）/s模腔温度（C）/℃熔体温度（D）/℃10.6089031020.651010032030.701211033040.75141203403.2正交试验结果分析表3为L16(44)正交试验结果。从表3可以看出，第2组试验的平面度最大，为0.162 3 mm，超过设计指标；第8组试验的平面度最小，为0.091 7 mm，小于设计指标。二者相差43.5%，说明工艺参数的影响较大。对于接线座的平面度，极差排序为：RCRBRARD，即模腔温度保压时间注射时间熔体温度。平面度随A增大整体在减小，A4时平面度最小。平面度随B增大先增大后减小，B1时平面度最小。平面度随C增大先减小后增大，C3时平面度最小。平面度随D增大整体在减小，D4时平面度最小。最优工艺参数组合为A4B1C3D4。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.017.T003表3L16（44）正交试验结果Tab.3Results of L16（44） orthogonal test试验编号因素平面度/mmABCD111110.1582212220.1623313330.0935414440.1133521230.0985622140.1426723410.1357824320.0917931340.09631032430.12381133120.15581234210.09681341420.09211442310.12291543240.09561644130.1434k10.13180.11130.15000.1284k20.11710.13790.11330.1255k30.11820.12010.10110.1148k40.11350.11130.11620.1120R0.01830.02660.04890.0164进行重复实验并进行方差分析，表4为方差分析结果。从表4可以看出，误差的平均偏差平方和较小，正交试验具有较高可信度[16-17]。根据F值得到工艺参数对平面度影响程度为：模腔温度(C)保压时间(B)注射时间(A)熔体温度(D)。对于模腔温度，F值F0.01，保压时间和模腔温度的影响为极显著；对于保压时间和注射时间，F0.05F值F0.01，保压时间和注射时间的影响为显著；熔体温度的F值F0.05，熔体温度的影响为不显著。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.017.T004表4方差分析Tab.4Variance analysis离差来源偏差平方和自由度平均偏差平方和F值FaA0.059730.01993.203F0.01（3，19）=5.01F0.05（3，19）=3.13B0.091530.03054.910C0.183330.06119.837D0.056530.01883.029误差0.1180190.0062总和0.5120314优化工艺验证对优化工艺A4B1C3D4进行模拟验证，图7为优化分析结果。从图7可以看出，Z向变形整体分布趋势基本未变，最大变形量为0.157 2 mm，下降了54.0%。计算铜片接触面最大平面度为0.089 8 mm，优化率为42.4%，达到设计要求。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.017.F007图7优化分析结果Fig.7Optimized analysis results仿真评估优化工艺的注塑可行性，图8为相关结果。从图8可以看出，接线座填充完全，说明未出现缺胶问题。流动前沿温度极差为4.4 ℃，较小的温度差保证了填充稳定性及较好的外观。最大注射压力为53.14 MPa，注射压力未超过常规注射机的推荐上限（低于80 MPa），属于正常工作范围。最大锁模力为102.6 t，选择相应吨位的中小型注射机。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.017.F008图8优化工艺填充结果Fig.8Filling results of optimized process parameters采用优化工艺进行接线座的试制，图9为试模样品。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.11.017.F009图9试模样品Fig.9Sample of molding test从图9可以看出，样品无缺胶和烧焦等问题，外观良好。本文优化方案和工艺可行性得到验证。5结论针对某玻纤增强PPA控制器接线座，模拟分析其注塑成型过程，初始工艺参数下的铜片接触面的最大平面度为0.155 9 mm，不满足设计要求。设计正交试验探究铜片接触面的平面度的优化方案。对于平面度的影响程度，模腔温度的影响为极显著，保压时间和注射时间的影响为显著，熔体温度的影响为不显著，优化工艺为A4B1C3D4。优化工艺仿真计算得到接触面的最大平面度为0.089 8 mm，优化率达42.4%，并满足设计指标要求。优化工艺仿真结果显示，填充状态良好且注射压力较合理。实际试模样品外观合格，验证了优化工艺的可行性。