挡油板通常安装于油底壳内部[1-2]，用于防止发动机工作过程中油底壳内的机油飞溅、起泡及直接接触运动部件，稳定发动机的工作性能[3-5]。玻纤增强PA6材料[6]由于耐高温性能好、易注塑成型、耐溶剂性能优，较多地应用在电子电器、发动机周边件方面。目前较多采用玻纤增强PA6材料，通过注塑成型工艺生产挡油板。注塑成型产生的较大翘曲变形易导致挡油板和油底壳之间安装困难，甚至发生泄漏。因此，对挡油板的变形进行优化至关重要。目前，变形优化通常主要基于设计方案、已开模的模具以及注塑成型工艺参数的自由度等[7-8]。本实验以一玻纤增强尼龙的挡油板为研究对象，采用计算机辅助技术对其注塑成型过程进行模拟，通过翘曲变形和缩痕指数两个目标变量进行工艺优化。基于一定工艺参数范围设计正交试验，模拟计算得到工艺参数对目标变量的影响程度及变化规律，综合分析得到优化工艺参数组合。通过模拟分析及实际打样验证优化工艺的可行性。1初始仿真计算1.1仿真模型图1为某塑料挡油板结构图。该挡油板呈半圆形结构，由三个螺栓安装孔固定，安装孔及背面装有加强筋。图2为厚度属性分布，红色区域为主体壁面，厚度均匀为2.0 mm，利于均匀收缩。蓝色部分为加强筋，厚度均为1.5 mm。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.016.F001图1挡油板设计Fig.1Design of oil baffle plate10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.016.F002图2挡油板厚度属性Fig.2Thickness property of oil baffle plate1.2材料性能该挡油板采用35%玻纤填充的PA6材料注塑成型，该材料推荐的顶出温度为171 ℃，模具温度范围为60~110 ℃，熔体温度范围为240~310 ℃，最大熔体温度为345 ℃。其固体密度为1.41 g/cm3，熔体密度为1.20 g/cm3，沿玻纤取向方向的弹性模量为8 955 MPa，泊松比为0.38，垂直于玻纤取向方向的弹性模量为5 423 MPa，泊松比为0.39，剪切模量为2 308 MPa。推荐的默认工艺参数：熔体温度为275 ℃，模具温度为85 ℃，保压压力为80%，保压时间为10 s，冷却时间为20 s。1.3网格模型采用中性面网格类型对该挡油板进行网格划分。经过网格质量修复的网格模型的单元总数为16 534，最大纵横比为2.4，平均纵横比为1.5。图3为最终得到的挡油板网格模型，满足Moldflow软件对于中性面网格类型的质量要求，可以正常进行模流分析计算。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.016.F003图3挡油板中性面网格模型Fig.3Mid-mesh model of oil baffle plate根据该挡油板的尺寸及材料流动性，采用三点热流道针阀方式进胶。图4为挡油板的充填平衡构建的流道系统。该流道系统主要包括圆形热浇口、圆形热流道及圆形热主流道。热浇口截面尺寸为Φ2.5~Φ5 mm，圆形热流道截面尺寸为Φ5 mm，圆形热主流道截面尺寸为Φ3~Φ6 mm。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.016.F004图4挡油板模流分析模型Fig.4Mold flow analysis model of oil baffle plate1.4初始结果分析基于以上挡油板的模流分析模型，采用推荐的默认注塑工艺参数进行计算分析，图5为所有效应下的翘曲变形及缩痕指数结果。从图5可以看出，挡油板两侧翘曲变形量相对较大，中间区域变形量相对较小。挡油板最大翘曲变形量为4.704 mm，出现在安装孔附近，大于设计指标要求的4.0 mm，不满足要求。安装孔区域较大的翘曲变形导致孔位置产生较大偏移，影响挡油板的装配，强行安装也会产生较大的内应力，容易断裂失效。外观面上浇口区域附近产生较大的缩痕指数，最大缩痕指数为0.313 9%，大于设计要求的0.28%，存在一定的缩痕风险。综上所述，采用默认工艺进行注塑成型，挡油板存在较大的翘曲变形和缩痕指数，存在产品安装困难及外观缩痕的问题，需要进行工艺参数的优化。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.016.F005图5挡油板初始分析结果Fig.5Initial simulation results of oil baffle plate2正交试验设计及成型工艺参数优化影响注塑成型过程的主要工艺参数为熔体温度(A)、模具温度(B)、保压压力(C)、保压时间(D)及冷却时间(E)，在这五个工艺参数的推荐范围内各均匀选择四个水平，设计正交试验。表1为L16(45)正交试验因素水平设计。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.016.T001表1L16（45）正交试验因素水平设计Tab.1L16（45） orthogonal test factor and level design水平因素熔体温度（A）/℃模具温度（B）/℃保压压力（C）/%保压时间（D）/s冷却时间（E）/s12456060610226575708153285908010204305105901225表2为L16(45)正交试验结果。从表2可以看出，第6组工艺参数组合下的挡油板的最大翘曲变形量最大，为5.521 mm；第13组工艺参数组合下的挡油板的最大翘曲变形量最小，为3.877 mm。挡油板的翘曲变形量的最大值与最小值相差29.8%，说明注塑成型的工艺参数组合对挡油板的最大翘曲变形量的影响较大。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.016.T002表2L16(45)正交试验结果Tab.2Results of L16(45) orthogonal test试验编号因素最大翘曲变形量/mm缩痕指数/%ABCDE1144445.3550.32342122224.6890.35463111114.9380.29644414234.8860.30255212344.7360.32156331245.5210.30967133334.7310.31148324314.9620.34859313425.2730.365210221435.0890.401511342134.2680.287412243213.9640.278613234123.8770.335614423144.5430.315815432414.6560.365116441325.2890.3784k14.934.965.214.414.63k24.424.824.594.774.78k35.014.704.634.934.74k44.844.724.775.095.04k1*0.3210.3210.3460.3090.322k2*0.3340.3550.3320.3110.358k3*0.3280.3300.3180.3400.326k4*0.3400.3170.3280.3640.318R0.590.260.620.690.41R*0.0190.0380.0290.0550.041注：*是优化目标为缩痕指数时对应的数值。第12组工艺参数组合下的挡油板的缩痕指数最小，为0.278 6%；第10组工艺参数组合下的挡油板的缩痕指数最大，为0.401 5%。挡油板的缩痕指数的最大值与最小值相差44.1%，说明注塑成型的工艺参数组合对挡油板的缩痕指数的影响较大。可通过优化工艺参数有效控制挡油板的最大翘曲变形量及缩痕指数，保证安装精度和外观。依据表2中各工艺参数不同水平下的最大翘曲变形的平均值ki及极差R值。极差大小排序：RDRCRARERB，因此对于挡油板的最大翘曲变形量，五个因素的影响程度排序为：保压时间D保压压力C熔体温度A冷却时间E模具温度B。根据挡油板的缩痕指数数据，计算各工艺参数在不同水平下的缩痕指数的平均值ki*及极差R*值。极差大小排序：RD*RE*RB*RC*RA*，因此对于挡油板的缩痕指数，五个因素的影响程度排序为：保压时间D冷却时间E模具温度B保压压力C熔体温度A。图6为挡油板最大翘曲变形量随不同工艺参数水平的变化曲线。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.016.F006图6最大翘曲变形与因素水平关系Fig.6Relationship between maximum warpage deformation and factor level从图6a可以看出，挡油板的最大翘曲变形随熔体温度A的增大，呈先减小后增大再减小的趋势，当熔体温度为A2时，挡油板的最大翘曲变形量获得最小值。从图6b可以看出，挡油板的最大翘曲变形随模具温度B的增大，呈先减小后增大的趋势，当模具温度为B3时，挡油板的最大翘曲变形量获得最小值。从图6c可以看出，挡油板的最大翘曲变形量随保压压力C的增大，呈先减小后增大的趋势，当保压压力为C2时，挡油板的最大翘曲变形量获得最小值。从图6d可以看出，挡油板的最大翘曲变形量随保压时间D的增大，呈逐渐增大的趋势，当保压时间为D1时，挡油板的最大翘曲变形量获得最小值。从图6e可以看出，挡油板最大翘曲变形随冷却时间E的增大，呈先增大后减小再增大的趋势，当冷却时间为E1时，挡油板的最大翘曲变形量获得最小值。综上所述，最优工艺参数组合为A2B3C2D1E1，挡油板的最大翘曲变形量获得最小值。为确定误差对实验结果的影响，以及各工艺参数对挡油板翘曲变形量的影响程度，进行一次重复试验和方差分析。表3为各工艺参数的最大翘曲变形量的方差结果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.016.T003表3最大翘曲变形量的方差分析Tab.3Variance analysis of maximum warpage deformation离差来源偏差平方和自由度平均偏差平方和F值F临界值A0.41630.1393.476F0.01（3，16）=5.29F0.05（3，16）=3.24B0.08630.0290.716C0.48730.1624.070D0.51830.1734.329E0.17930.0601.496误差0.638160.040总和2.32231从表3可以看出，各工艺参数的影响程度排序为：保压时间D保压压力C熔体温度A冷却时间E模具温度B。其中，保压时间D、保压压力C及熔体温度A对挡油板最大翘曲变形量影响显著。冷却时间E和模具温度B对挡油板最大翘曲变形量影响不显著。图7为缩痕指数随不同工艺参数水平的变化曲线。从图7a可以看出，挡油板的缩痕指数随熔体温度A的增大，呈先增大后减小再增大的趋势，当熔体温度为A1时，挡油板的缩痕指数获得最小值。从图7b可以看出，挡油板的缩痕指数随模具温度B的增大，呈先增大后减小的趋势，当模具温度为B4时，挡油板的缩痕指数获得最小值。从图7c可以看出，挡油板的缩痕指数随保压压力C的增大，呈先减小后增大的趋势，当保压压力为C3时，挡油板的缩痕指数获得最小值。从图7d可以看出，挡油板的缩痕指数随保压时间D的增大，呈逐渐增大的趋势，当保压时间为D1时，挡油板的缩痕指数获得最小值。从图7e可以看出，挡油板缩痕指数随冷却时间E的增大，呈先增大后减小的趋势，当冷却时间为E4时，挡油板的缩痕指数获得最小值。综上所述，当工艺参数组合为A1B4C3D1E4时，挡油板的缩痕指数获得最小值。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.016.F007图7缩痕指数与因素水平关系Fig.7Relationship between sink index and factor level表4为挡油板缩痕指数的方差结果。从表4可以看出，各工艺参数的影响程度排序为：保压时间D冷却时间E模具温度B保压压力C熔体温度A。其中，保压时间D对于挡油板的缩痕指数的影响极显著。冷却时间E和模具温度B对于挡油板的缩痕指数的影响显著。保压压力C和熔体温度A对于挡油板的缩痕指数的影响不显著。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.016.T004表4缩痕指数的方差分析Tab.4Variance analysis of Sink index离差来源偏差平方和自由度平均偏差平方和F值F临界值A0.54131.800.85F0.01（3，16）=5.29F0.05（3，16）=3.24B2.6238.724.13C1.1533.821.81D5.94319.89.37E3.12310.44.92误差3.38162.11总和16.7313参数优选与验证当工艺参数组合为A2B3C2D1E1时，挡油板的最大翘曲变形量可取最优值；而当工艺参数组合为A1B4C3D1E4时，挡油板的缩痕指数可取最优值。实际注塑成型生产中，需要兼顾挡油板的尺寸装配与外观状态，既需要控制最大翘曲变形量，也需要尽可能降低缩痕指数。但最大翘曲变形量和缩痕指数取最优值时的工艺参数组合差异较大，另外，各工艺参数对挡油板的大翘曲变形量和缩痕指数的影响程度不尽相同，故需要对各工艺参数进行综合分析和优选。对于熔体温度A，其对挡油板的缩痕指数的影响程度最小，且为不显著；而对挡油板的最大翘曲变形量的影响程度较大，且为显著，故选择使挡油板的最大翘曲变形量为最优时的因素水平A2。对于模具温度B，其对挡油板的最大翘曲变形量的影响程度最小，且为不显著；而对挡油板的缩痕指数的影响程度较大，且为显著，故选择使挡油板的缩痕指数为最优时的因素水平B4。对于保压压力C，其对挡油板的缩痕指数的影响程度较小，且为不显著；而对挡油板的最大翘曲变形量的影响程度较大，且为显著，故选择使挡油板的最大翘曲变形量为最优时的因素水平C2。对于保压时间D，其对挡油板的最大翘曲变形量和缩痕指数的影响均为最大，而二者均在D1时取得最优值，故保压时间选择D1。对于冷却时间E，其对挡油板的最大翘曲变形量的影响程度较小，且为不显著；对缩痕指数的影响程度较大，且为显著，故选择使挡油板的缩痕指数为最优时的因素水平E4。综上所述，综合考虑挡油板的最大翘曲变形量和缩痕指数两个目标因素，最终得到最优的工艺参数组合为A2B4C2D1E4，即熔体温度为265 ℃、模具温度为105 ℃、保压压力为70%及保压时间为6 s，冷却时间为25 s。图8为基于优化工艺组合A2B4C2D1E4，利用软件Moldflow软件进行注塑成型的模拟计算结果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.016.F008图8优化工艺参数组合下挡油板模拟结果Fig.8Simulation results of the oil baffle plate under optimized process parameters combination从图8a可以看出，优化工艺参数组合下的挡油板所有效应下的最大翘曲变形为2.818 mm，相比初始工艺降低40.1%，优化效果显著，且小于4.0 mm，满足设计指标要求。从图8b可以看出，优化工艺参数组合下的挡油板的缩痕指数为0.154 2%，相比初始工艺降低50.9%，优化效果显著，且小于0.28%，满足设计指标要求。优化工艺参数组合A2B4C2D1E4在挡油板最大翘曲变形量及缩痕指数上均有较显著的优化效果，验证该优化工艺参数组合的正确性。从8c可以看出，充填过程较为均匀，无缺胶和明显的滞留效应。从8d可以看出，最大流动前沿温度与最小流动前沿温度相差2.4 ℃，小于5 ℃，说明产生明显温差线的可能性较小。综合各模拟分析结果可以得到，该工艺参数组合理论上可以用于注塑成型，且具备明显的优化效果。采用优化工艺参数组合A2B4C2D1E4进行挡油板的实际注塑成型试模，图9为实际试模样品。从图9可以看出，试模样品填充完整，外观状态良好，无明显缩痕，实际安装测试结果为合格。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.08.016.F009图9挡油板实际试模样品Fig.9Mold trial sample of oil baffle plate4结论（1）通过极差分析与方差分析得出各工艺参数对挡油板最大翘曲变形量的影响程度排序为：保压时间保压压力熔体温度冷却时间模具温度，得到使最大翘曲变形量为最小的工艺参数组合为A2B3C2D1E1；各工艺参数对挡油板缩痕指数的影响程度排序为：保压时间冷却时间模具温度保压压力熔体温度，得到使缩痕指数为最小的工艺参数组合为A1B4C3D1E4。（2）综合分析各工艺参数挡油板的最大翘曲变形量与缩痕指数的影响程度，得到兼顾产品装配性能和外观状态的优化工艺参数组合为A2B4C2D1E4。（3）优化工艺参数组合A2B4C2D1E4仿真模拟结果显示，挡油板的最大翘曲变形量及缩痕指数相对默认工艺分别降低了40.1%、50.9%，优化效果显著，且满足设计指标要求。仿真模拟的充填等值线及流动前沿温度结果及实际试模状态显示：试模样品外观良好，满足装配要求，该优化工艺参数组合具备实际生产的可行性。