汽车遮阳帘可以遮蔽阳光、保护隐私，起装饰作用[1]。汽车遮阳帘主要包括导轨、卷帘、定位杆、复位弹簧、端塞等[2]，高档遮阳帘通常具备自动展开、收卷功能，配有电机等运动机构[3]。遮阳帘导轨一方面起支撑作用，另一方面可以保障滑动的稳定性。目前，遮阳帘导轨多数采用改性聚丙烯(PP)材料注塑成型[4]，一方面降低成本和周期，另一方面提高集成度。PP遮阳帘导轨的设计开发过程中，通常面临翘曲变形大而导致平整度差的问题。产品模具开模完成，再进行结构改进十分困难，故常采用工艺参数优化的方法提高平整度[5]。注塑成型的工艺参数优化过程中，较多利用仿真模拟技术进行状态预测和参数合理性评估[6-7]。由于注塑成型的工艺参数较多，结合正交试验设计分析参数影响，优化探究可以显著降低工作量、提高效率[8-10]。本实验以一PP材料的汽车遮阳帘导轨为研究对象，基于Moldflow仿真模拟，设计正交试验探究工艺参数对平整度的影响，并获得优化的工艺参数组合。1遮阳帘导轨结构设计图1为某遮阳帘导轨正反面结构，尺寸为818 mm×365 mm×70 mm，整体为长条形，截面呈L形。周边布置安装孔，起安装固定、提升结构安装刚度的作用。两个主面的夹角处布置系列加强筋，以增强结构刚强度，提升平整度。遮阳帘导轨作为承载遮阳帘并为其提供运动引导的主要部件，不仅需要具备较强的刚强度，更需要具备较好的平整度，以保证遮阳帘滑动顺畅。对于此款遮阳帘导轨，其平整度的设计指标不超过2.5 mm。图2为该遮阳帘导轨的厚度分布，从图2可以看出，厚度范围为0.65~6.0 mm之间，主要壁面厚度为2.5 mm，滑轨面厚度为2.5~3.6 mm之间变化。加强筋厚度为0.65~2.0 mm之间，根部区域进行掏胶处理，厚度最薄，以减小外观面的缩痕缺陷。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.020.F001图1遮阳帘导轨结构Fig.1Structures of sunshade slide way10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.020.F002图2遮阳帘导轨厚度属性Fig.2Thickness property of sunshade slide way2初始模流分析2.1网格模型根据遮阳帘导轨的结构特征，基于Moldflow软件中Fusion双面网格模型对该遮阳帘导轨进行模流分析。Fusion双面网格模型的单元纵横比、匹配率对计算精度影响较大，故需要进行单元质量修复。图3为遮阳帘导轨的网格模型。从图3可以看出，采用2.5 mm的基本单元尺寸生成网格，得到单元总数为62 416，单元最大纵横比为4.94，平均纵横比为1.56，匹配百分比为93.9%，相互匹配百分比为94.1%，单元质量均满足Moldflow对于双面网格模型的质量要求，可以正常进行模流分析。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.020.F003图3遮阳帘导轨网格模型Fig.3Mesh model of sunshade slide way2.2材料工艺参数依据该遮阳帘导轨的力学性能、韧性及平整度要求，采用滑石粉及弹性体填充的PP材料进行制造。表1为该材料主要的注塑成型工艺参数及力学性能参数。推荐的初始工艺参数为：模腔温度40 ℃，注射压力50 MPa，保压时间7 s，料筒温度220 ℃，保压压力为80%注射压力。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.020.T001表1填充PP材料工艺参数Tab.1Process parameters of filling PP material工艺参数数值工艺参数数值顶出温度/℃122固体密度/（g·cm-3）0.99模腔温度范围/℃25~55垂向弹性模量/MPa2238推荐模腔温度/℃40横向弹性模量/MPa2202料桶温度范围/℃190~250泊松比v120.35最大剪切速率/s-1112000泊松比v230.35最大剪切应力/MPa0.24剪切模量/MPa770.62.3流道系统设计该遮阳帘导轨要求外观无熔接线，以保证外观完整、强度较好。图4为进胶系统。从图4可以看出，根据产品尺寸及所用材料的流动性，采用三点热流道接冷浇口侧面进胶，基于一模两穴方式建立进胶系统。热浇口采用针阀开关控制，针阀开启顺序为G2、G1和G3，对应的料流填充顺序为从中间至两边填充。料流经过针阀浇口即开启针阀，既保证无熔接线产生，又减小料流温度损失。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.020.F004图4进胶系统设计Fig.4Design of runner system2.4结果分析基于初始工艺参数进行填充+保压+翘曲的模流分析，图5为所有效应下翘曲变形量及长度方向的变形曲线。从图5可以看出，遮阳帘导轨整体为拱形变形特征，最大变形量为7.201 mm，位于结构两端。长度方向的变形量在-2.047~1.460 mm之间，得到平整度为3.507 mm。平整度大于设计指标(2.5 mm)，不满足要求，需要进行优化。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.020.F005图5初始分析结果Fig.5Results of initial simulation3正交试验设计与分析针对遮阳帘导轨的注塑成型试模，影响其翘曲变形及平整度的主要成型工艺参数包括模腔温度、注射压力、保压时间、料筒温度等，以此4个工艺参数为自变量，在材料推荐参数范围内各设置4个水平，表2为L16(44)正交试验因素水平设计。表3为L16(44)正交试验结果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.020.T002表2L16（44）正交试验因素水平设计Tab.2Factor level design of L16（44） orthogonal test因素水平1234模腔温度（A）/℃25354555注射压力（B）/MPa35455565保压时间（C）/s5.06.58.09.5料筒温度（D）/℃19021023025010.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.020.T003表3L16（44）正交试验结果Tab.3Results of L16（44） orthogonal test试验序号ABCD平整度/mm111113.428212222.866313332.497414442.334521233.058622143.613723413.229824323.058931342.8971032432.2871133121.9571234213.1161341422.5461442312.3481543243.3691644132.473k12.7812.9822.8683.030k23.2402.7793.1022.607k32.5642.7632.7002.579k42.6842.7452.5993.053R0.6750.2370.5030.475从表3可以看出，第6组试验平整度最大，为3.613 mm，第11组试验平整度最小，为1.957 mm，两者相差较大，说明工艺参数组合对平整度影响较大。第3、4、10、11、14、16组的P均满足设计指标要求，验证正交试验设计的合理性。依据正交试验中各工艺参数在不同水平下的均值及极差，得到工艺参数的极差排序为：ACDB，对于遮阳帘导轨的平整度，这4个因素的影响程度排序为：模腔温度保压时间料筒温度注射压力。图6为遮阳帘导轨的平整度与因素水平变化曲线。从图6可以看出，随模腔温度A的增大，平整度先增大后减小再增大，当模腔温度为A3，平整度最小。随注射压力B的增大，平整度逐渐降低，当注射压力为B4，平整度最小。随保压时间C的增大，平整度先增大后减小，当保压时间为C4，平整度最小。随料筒温度D的增大，平整度先减小后增大，当料筒温度为D3，平整度最小。因此，当工艺参数组合为A3B4C4D3，遮阳帘导轨的平整度获得最优值，此时工艺参数的取值为：模腔温度45 ℃，注射压力65 MPa，保压时间9.5 s，料筒温度230 ℃。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.020.F006图6平整度与因素水平关系曲线Fig.6Flatness vs factor level对正交试验进行一次重复试验并进行方差分析，以了解误差对试验结果的影响，获得工艺参数对目标变量影响的显著性。表4为平整度的方差分析结果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.020.T004表4平整度的方差分析Tab.4Variance analysis of flatness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A0.522730.17425.690F0.01（3，19）=5.01F0.05（3，19）=3.13B0.073730.02460.802C0.404530.13484.403D0.290330.09683.160误差0.5818190.0306总和1.873031从表4可以看出，误差的平均偏差平方和相对较小，故误差的影响较小，正交试验的结果具有较高可信度。各工艺参数F值排序为：ACDB，故对于遮阳帘导轨的平整度，4个因素的影响程度排序为：模腔温度保压时间料筒温度注射压力。模腔温度的F值F0.01，故模腔温度对于遮阳帘导轨的平整度具有极显著影响。对于保压时间和料筒温度，F0.05F值F0.01，故保压时间和料筒温度对平整度具有显著影响。注射压力的F值F0.05，故注射压力对于平整度的影响不显著。4综合分析与试模验证基于最优工艺参数组合A3B4C4D3，利用Moldflow分析得到翘曲变形量及变形曲线，图7为测试结果。从图7可以看出，优化工艺下最大翘曲变形量为4.558 mm，相比初始工艺降低36.7%。根据变形曲线计算得到平整度为2.045 mm，相比初始工艺结果降低41.7%，平整度的优化效果显著，并且达到设计指标要求。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.020.F007图7优化工艺分析结果Fig.7Analysis results of optimized parameters图8为优化工艺下遮阳帘导轨注塑成型过程的模拟计算结果。从图8可以看出，充填过程等值线由中间浇口逐步向外扩散，整体间距较均匀，无明显密集区域，说明PP熔体在模腔充填过程中较顺畅，未产生充填不全和明显的迟滞效应。料流充填过程的前沿温度变化范围在249.8~252.7 ℃，最大温度差为2.9 ℃，保证熔体的稳定性，由温度变化引起明显光泽差异的可能性较小。气穴及熔接线主要分布于周边安装孔区域，主要外观区域无气穴和熔接线。综上所述，填充过程产品状态均满足要求，仿真分析结果初步验证优化工艺的合理性。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.020.F008图8优化工艺仿真模拟结果Fig.8Simulation results of optimized process parameters基于优化工艺进行遮阳帘导轨的注塑成型试模，图9为试模样品。从图9可以看出，样品外观状态良好，无缺胶、烧焦、气痕、温差线等明显外观问题，实测平整度也满足设计指标要求，实际试模状态验证优化工艺的合理性。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2021.12.020.F009图9遮阳帘导轨注塑成型样品Fig.9Sample of sunshade slide way by injection molding5结论基于Moldflow软件对PP材料遮阳帘导轨的注塑成型过程进行模拟，以模腔温度、注射压力、保压时间及料筒温度为自变量，设计L16(44)正交试验，探究平整度的优化方案。工艺参数对平整度影响程度排序为：模腔温度保压时间料筒温度注射压力，并得到优化的工艺参数组合为A3B4C4D3。优化工艺的模流分析结果显示：平整度降至2.045 mm，相比初始工艺结果下降41.7%，并达到设计要求。实际注塑成型试模样品的外观及尺寸均满足要求，验证优化工艺的合理性。