外文翻译--巨大线束网络的塑料装饰构件集成 中文版

摘 录 巨大线束网络的塑料装饰构件集成 的 发现在汽车 领域上 是降低汽车重量的一个 很 有吸引力的方式。当任何异物插入注射成型的部分，在聚合物中横截面的变化导致了 缩痕是 审美缺陷而不是塑料装饰是可以接受的组件。 在本文中，插入成型采用注射成型过程 分量的 方法来减少或消除缩痕线。采用 L9 正交试验设计实验框架用来研究工艺参数的影响 ， 部分的肋的几何形状，并在 水槽的标 记线本身存在的形成。水槽深度被定义为在表面轮廓可以感觉到 的 剩余的偏转。一个描述性的模拟研究提出 在 不同的肋的几何形状的观察水池深度标记的工艺参数 、 模具温度 、 熔体温 度和包 装 的时间是不同的。仿真结果表明，较高的模具温度可有效地最小化的下沉深度为所有的肋的几何形状 ， 而熔体温度和包时间的影响取决于特定的肋的几何形状。研究结果还表明，适当的组合肋的几何形状和工艺参数消除了 水槽标记。 感 谢 我要感谢我的导师 David C. Angstadt 博士的指导 和在 这个项目的整个过程中的信任和支持。Angstadt 博士的不断的反馈和很高的期望，驱使我不断进取，完成这项工作。我衷心感谢 Mica Grujicic 博士让我进入 Moldflow。 特别感谢我的研究生同学 Peiman Mosaddegh 和 Celina Renner 这项工作的过程中的无私帮助。我还要感谢我的朋友 Nitendra Nath， Gayatri Keskar， Sonia Ramnani， Shyam Panyam， Judhajit Roy 和 Ajit Kanda 的 不断鼓励和帮助。最后，我要感谢我的家人和 朋友们 所有的爱和关怀， 如果 没有 这些的话， 这项工作将是不完整 的 。 第一章 引言 汽车制造商正越来越多地用塑料解决方案 来减轻重量 。最近的一项研究表明，塑料占了 10%的汽车的总重量。塑料在汽车从内部 的 保险杠 到外部的 门 体 都 存在。随着塑料 使用的增加 ， 塑料 已在汽车电气设备的使用 有了 巨大的增加。这导致的一个广泛的网络线 的 需要。这些线形成一个汽车 网络 。在一个典型的汽车 中的 线束 重量大约 70 公斤，几乎 2 公里长 1 。因此，电气线束连同塑料从一端 到另一端 。 需要注意的是，在汽车线束的导线尺寸的选择是维持布线坚固而不是导线的电流承载能力。这一结果在较粗的导线的选择是一个特定的应用程序所需的。考虑到塑料线束在车身整合将是有益的存在。如果线是由一些 方法嵌入到 塑料组件本身，仪表的选择标准可以利用塑料部件 硬度 需要。这将导致在一个较小的导线将 成 为节省重量的使用 途径 。通过 消除保护带、管和夹紧装置的使用来进一步减少线束的重量 。另外，如果 把 连接器纳入塑料部件 中 ，电气连接将建在部件组装；因此，节省时间和设计一个万无一失的方法来避免错误连接。嵌件注射成型的大规模生产线 是 这样的组件 生产 最简单最便宜的方法。虽然 这种方法 有许多优点， 但 使用此过程的主要因素 是 防止该制造方法的使用 过程中 伴随表面缺陷，通常 下 沉标记。 对这种方法的应用领域将 在 汽车 的 膜 生产 。 其中 一个领域的应用可能是仪表板。一个仪表板有各种电线沿着它的应用如娱乐系统 、 灯光 、 空调机组等。例如，汽车收音机大约 需要 1.5A 的 工作 电流 。 平均线规为 20 导线与一个 0.8 毫米的钢丝直径可以进行输电 1.5A，满足车载收音机的要求。使用插入成型线在控制台向无线供电意味着控制台表面必须无缺陷。因此，本研究的目的是选择导线尺寸为 0.8mm。 本研究的目的是消除或减少缩痕 并用 0.8mm 直径钢丝插入模制 组 件。 1.1 注射成型工艺 注射成型是塑料部件循环用于大规模生产的最常见的制造技术。注塑成型，顾名思义，是由熔融聚合物注射到模具的压力下得到成品。这是一个高 效率、 低成本需要非常少的的过程 ， 在大多数情况下，没有整理工艺 的 高 耐 控制 性 和可重复性。无论是热塑性塑料和热固性塑料 都 可以注塑成型，制造复杂的零件。 注塑周期 注塑周期开始的两个半模模腔 闭合 创建。其次是充盈 阶段、压紧 阶段和冷却阶段。 充盈 阶段 ：当周期开始 ， 针筒向前运动。成型周期的开始是由手动控制或由自动和半自动闭合模具成型周期触发。加热线圈的熔体在螺杆的聚合物材料。螺杆前进， 产生 压力，迫使熔融的塑料通过喷嘴进入模具型腔通过 浇口和流动腔 。 这个 阶段持续到模腔被完全填充。图 1 显示了在注塑周期的各个阶段。 压紧 阶段：在充填阶段结束时几乎完全填充模具型腔 时压紧 周期开始。在这一阶段，腔体内的 压力一直维持到冻结 为止 。通过保持模具内的压力， 由于冷却后 少量的聚合物熔体流入空腔 。 冷却阶段：在 压紧 阶段材料最终允许冷却进一步 留 在模具中，直到它本身具有足够的刚性，被 移除 。三个阶段 中 冷却周期最长，其次是 压紧阶段 。在这一阶段，热量 在 模具的冷却系统的指定冷却时间下 完成。 图 1：注塑周期 嵌件成型工艺 嵌件 成型是将插入模腔 的周围 注入聚合物。这个过程形成了一个单一成分组成的插入嵌入塑料。嵌件 本身可能是一个金属物体在 某种 情况下 的导 线或其它聚合物。一些 嵌件成型 常见的应用是电气插头 、 螺纹紧固件 、 保险杠 、 汽车尾灯 和螺栓组件 等 。 在 塑料部件 嵌入成型 线 的主要优势在于 导致减少装配时间和劳动力成本 ， 自先前独立的线束和装饰 形成 单一 的构件 。有一部分而不是两 部分同样也会使 结构更坚固可靠。这样的组合可以允许 使用 更薄的电线 达到 体重 的 减少。 图 2 嵌件 成型机电连接器 可维护性和可修复性都被认为这种方法 是 能用于集成电线束、塑料件。在任何时间内部的配线组件甚至一个小故障 出现 ， 那么 整个部分 将会 会被取代。 从客观角度来说，这不是一个经济的选择。 第二章 喷射模塑法 这种 注射成型工艺的主要优点是在大规模进行重复相同的零件的能力。这就要求 一直 制造 无缺陷的零件。进入一个好的注射成型的部分的重要方面 ： 1、 部分设计 2、 模具设计 3、 高分子材料 4、 加工参数 5、 成型机 结合上述方面适当的进行了良好的无缺陷的塑件。下一部分将这些方面的简要讨论注塑 成型。 高分子材料 高分子 顾名思义是由链的单体通过共价键结合在一起的 聚合物 。单体是聚合物链周期性重复 的结构单元。图 3 显示了乙烯单体， n 个 单体一起使聚乙烯聚合物。聚合物大致分为热固 塑料 ，热塑性 塑料和 弹性体 。 图 3 乙烯单体 热固塑料 热固 塑料 是由共价键 组成 。该热固性塑料加热 发生 化学 固化 。该固化形成共价键的交联网络 。这些 塑料 在聚合物链和多个聚合物链之间的存在。聚合物链之间的共价键熔化使热固性塑料形成。热固性一旦形成便不能再次熔化 成为 一个新的形状，这意味着 它们 不能回收 利用 。相比于热塑性塑料的这些聚合物更硬 、 更强。一些常见的热固性塑料 有 橡胶 、 酚醛树脂 、 环氧树脂 、 三聚氰胺树脂等 。 热塑性塑料 热塑性聚合物共价键在链 与 链本身是由范德华力连接在一起 ，但比 共价键弱的。由于这些弱键连接链的存在，这些聚合物可重熔改造 成 不同的热固性聚合物。根据聚合物结构 可 进一步分为的非晶态和半结晶聚合物两大类 。 非晶态聚合物的聚合物链的随机结构。他们 没有明显的熔点，他们会从固体到液体相反，他们有一个玻璃化转变温度（ Tg）的聚合物键的削弱和 聚合物 流动 。 非晶态 聚合物均匀收缩在流动方向和横向方 向 。一些常见的非晶态聚合物为聚碳酸酯（ PC） 、 聚苯乙烯（ PS） 、 丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯（ ABS）。 半结晶聚合物是那些有一个有序分子结构的形成与非晶区围绕这些 补偿 的晶体结构 的 晶体。这些聚合物有一个非常明确的熔融温度（ Tm）在他们的半结晶结构消失。他们通常不收缩的流动方向与横向流 动 。一些常见的半结晶聚合物高密度聚乙烯（ HDPE） 、 聚丙烯（ PP）。 弹性体 高于 玻璃 的转化 变 温度以上的热塑性塑料是高度弹性的 塑料 。他们有一个范德华力和共价键使弹性体具有高弹性的混合物。由于其结构可以 形成 和显示较大的弹性变形。一些常见的弹性体是天然橡胶 、 丁基橡胶 、 聚丁二烯。 注模机 一个典型的注塑机由以下部分组成： 喷射系统：它由料斗 、 往复螺杆 和 喷嘴 组成 。本 系统 的功能是以高分子 为 材料， 将 它熔化产生压力 并 注射到模具 中 。料斗持有的颗粒或颗粒形式的材料并将其提供到桶 中 。 其中 桶 内 往复螺杆和加热塑化的聚合物材料带。螺杆压缩材料并把它传送到喷嘴是筒和模具之间的 连接处。 模具系统：模具的工艺成形装置。它 有 所需部分 的逆几何的需要。它包括固定和移动盘 、 底座板 、 模腔浇口 、 流道系统 、 冷却模具 、 冷却通道 ， 模腔浇口加入形成 按 流道系统熔融 的路线产生 的聚合物模具型 ，并使 模具表面温度保持在所需的值。模具作为熔体冻结形成模制部分充当散热系统 。 液压系统：它由泵 、 阀门 、 液压马达 以及 相关管道和 储存器 。它 为 操作模具开合提供动力，夹紧力在封闭循环保持模具，移动杆和 平移 旋转螺丝。夹紧单元保持两 半 模具 合成 一个模腔。如果锁模压力太 小 ，导致模具不能正常关闭致 使 聚合物 通过 分模线 泄露 和 建立坐标 太高的夹紧压力 最终 对模具的磨损和损坏。 控制系统：全电子控制工 艺参数，如温度 、 压力 、 螺杆转速及位置 、 模具的开合 、 次集体形式的机控制系统。 它是 运行自动操作必不可少的机器 。 注塑成型缺陷 在这种情况下，上述参数不适当控制 常 造成各种 常见 缺陷。其中有些是下面提到的 ： 1、 尺寸偏差的变化是零件的尺寸从一批批 注塑过程 到 注塑模 生产的机器设置保持不变。不可靠机器控制，造型小窗口或不稳定的物质，通常导致的尺寸变化。 2、 凹痕 是 模制零件的表面局部凹陷。的空隙中的核心的真空气泡。工艺参数的组合导致的凹痕和空隙。 3、 气泡是空气模制零件内。在模具排气不当导致这些。 4、 焊缝和融合线在成型零件表 面看到线。焊接线形成独立的熔体流动前沿的相反方向流动满足。将12 线形成时的流动前沿的相互平行的满足。孔，插入多个大门，壁厚变化导致多流动方面导致焊缝和融合线。 5、 Flash 是过度的物质泄漏的地方，如模具分型线的分离。低压力钳，在合模间隙，高熔体温度和不当的通风会导致过度的闪光。 6、 喷射时，聚合物注入模具在高流速导致部分填充的空腔极端而逐步开始在门口。喷射导致的表面和内部缺陷的薄弱环节。模具设计不当和注入剖面随着熔体温度的选择可能会导致喷射。 7、 黑色的斑点或条纹，脆性，烧痕和变色的黑斑，由于材料降解或截 留的空气形成。 8、 分层剥离的模制零件的表面层。不相容的聚合物共混物，低的熔体温度，水分过多或脱模剂可能会导致剥离。 9、 鱼的眼睛 unmolten 材料被注入模具型腔和出现在模制部件的表面。低筒温度，材料的污染或较低的螺杆转速和背压导致鱼的眼睛 。 收缩与翘曲 所有的聚合物进行大体积的变化作为他们从他们的熔融阶段刚性固体。在没有任何外部压力，固体体积通常是液体体积的 75%。在注塑成型的情况下由于灌装是迫于压力，体积变化约为 15%。在改变尺寸的聚合物的体积结果作为一个部分结冰导致的收缩和翘曲剧变 。 收缩与翘曲是 两种最常见的，几乎是不可避免的，适当的照顾可以控制在可接受的范围内的缺陷。部分收缩的部分的尺寸的减少。收缩的发生是由于聚合物熔体的收缩，它经历了冷却和热能量 损失。作为热能量是从聚合物的质量，聚合物链开始放松他们的紧张状态导致部分熔融相期间收缩。 如果收缩均匀，零件不变形，只是部分的端尺寸小于模具尺寸。在这种情况下，在聚合物的百分比的变化是知道，问题的变维数可以很容易地创建一个比所需零件尺寸较大的模具解决。均匀收缩是可以接受的可以接受的，可以通过控制冷却速率和包装。 当收缩是不均匀的，零件容易变形，结果是部分 翘曲。作为部分缩小不平等的冷却时，在应力发展的一部分，根据零件的刚度，它经历了变形。翘曲的一些原因是不同的墙段，在薄片浇口，造成焊缝线芯，像半结晶热塑性塑料材料的各向异性收缩 14 的非均匀特性如前所述等 。 收缩发生在 3 个阶段 6 ： 1、 模内收缩发生的包装和冷却阶段期间。 2、 作为 模具收缩发生在模具打开。 3、 后收缩发生在 48 小时结束后的模具已喷出的收缩。尺寸的变化主要是由于老化，匍匐，结晶等 。 凹痕 缩痕是局部凹陷在注射成型由于微分冷却部分形成。凹痕审美缺陷单独不影响强度的部分。为组件形成的筋膜的产品，下 陷导致的拒绝和不可接受的。 随着熔体注入模具中，熔融聚合物来与模具接触冷却器。与模壁接触的聚合物开始冻结。作为聚合物冷却发生体积收缩。因此，在横截面开始收缩的聚合物需要更多的高分子材料在核心部分补偿收缩。如果熔融的聚合物不提供这部分往往把冷冻的皮肤层对导致沉标记如图 4 所示的核心。 由于水槽的标记的性质，被反射的光在不同的角度使他们看得见的眼睛。这种视觉缺陷，使部分审美不能接受的 15 所有筋膜的应用。由于这项研究的目的是试图将导线插入装饰，它是可见的，贯穿汽车标记，减少和消除是重要的汇 。 如果有一个插入在模目前 ，它作为一个散热片和聚合物在插入也冷却和凝固。现在，截面相对较薄的部分我们已经 2 冰冻层塑料。 在这项研究中，一个电线插入肋截面。在这种结构中，线现在作为散热器的塑料熔体和抑制收缩在销的法蒂和 A.H. 7 的观察。 图 4 凹痕 注射成型工艺参数 部件 的质量取决于制造零件的加工条件。控制沉标记是容易控制和有重大影响的参数如下： 1、 高分子材料：聚合物的收缩特性需要加以考虑，选择材料的应用是至关重要的，如果零件尺寸。根据不同的热塑性材料的结构，（无定形或半结晶）的一些见解可以预测聚合物的行为，这是处理。 和昌 费森 8 观察到高密度聚乙烯（ HDPE）半结晶性塑料收缩超过通用聚苯乙烯（ GPPS）和丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯（ ABS）是无定形的。他们还观察到，在流收缩 HDPE 比沿流动方向。对 GPS 和ABS 相反的是真实的。 2、 模具温度：这是模具的壁面温度。随着熔体温度的冷却速率决定的模具温度 聚合物成型。较高的模具温度导致更长的冷却时间，但同时成型后的收缩率下降和模制部分更加稳定和持久的。 3、 熔化温度：这是熔体的温度。较高的熔体温度，较低的熔融使熔体流动充填模腔时容易粘。这也意味着部分需要更长的冷却之前，它喷射。 4、 注射速度和压力：它是速度和压力在空腔内填充的材料。如果注射速度太慢，材料开始前凉腔填充和所需的压力上升。同时门冻结过的太快，防止包装阶段完成。如果速度 17 太高，它会导致在熔体温度升高造成更多的收缩一部分冷却。高的喷射压力可以提高表面的一部分完成的同时，太高会导致模具打开和闪烁。 5、 保压压力和时间：增加保压压力和时间减小收缩。保压压力应足够高，否则它会逆转导致过度收缩门附近区域的聚合物流动。同样，过短的保压时间也导致反流如果门不冻的。 6、 冷却温度和时间：如果部分弹出在较高温度下在较厚的截面中心还处于过 渡阶段，顶针可以留下他们的标记或变形的部分。如果冷却时间过长，成型应力的发展导致成型后的翘曲里面。还大的冷却时间导致增加的周期时间，这可能是不经济的大规模生产。 第三章 计算机辅助工程 计算机辅助工程 在决策阶段，今天的计算机使用的是不可避免的。利用计算机模拟工程应用中被称为 CAE 或计算机辅助工程 。 一个物理过程可以表示为一个数学模型 9 。数学模型是一般性质的一组常微分。计算机可以使用的数值方法，如果在特定的位置一定的条件是已知的解决这些方程。这可以通过使用有限元分析（ FEA）实现涉及离散几何空间点集 的节点。节点还连接构成要素。这些元素定义的部分的几何形状。元素形成一个网格。如果部分是二维的，网格是由三角形或四边形元素作为元素的情况下， 3D四面体。这些模型现在代表的几何和数学模型，对方程的解进行了模拟。利用数值方法通常是解决复杂的数学模型 10 所需的计算机代码。 利用 CAE 流体流动过程，质量守恒原理，动量和能量的使用。这些方程对每个元素的解决。发现在每个节点上的每一个时间步来模拟流体流动的 19 解这些方程。 质量守恒原理是由 12 ， 其中： 是速度矢量 动量守恒原理， 其中： 是流 体密度 是引力效应 流体压力 是删除算子 ,i,j,k 是 在 R3 的基础标准 与 X， Y， Z 坐标轴 坐标。 是流体粘度 是剪切速率 能量守恒原理 ： 其中： 是流体的比热 是流体的温度 是流体膨胀 是流体的热导率 所有的聚合物加工方法中， CAE 在时间和收费软件的投资条款在实际制作的部分机器上的储蓄是最有利可图的，当用于注射成型工艺。相比其他塑料的制造工艺，百分比的组分用注射成型工艺是远远大于任何其他如挤出，吹塑，热成型等。同时，在最好的结果后，模具是由太贵了。相比，实验成本，投资于模拟在实际进 行的任何模具研究过程更有利可图。由于低成本的模拟和计算的进步领域越来越多的人转向 CAE 初始决策。这种 LED 为众多公司有自己的代码，与他们的优点和缺点。模流分析， Moldflow 的塑料 Insight 是一些比较知名的软件用于分析。本研究是利用 Moldflow的塑料 Insight 进行。 Moldflow 的塑料 Insight 的 MPI /流动，冷却，翘曲分析注塑成型的不同阶段， MPI /纤维收缩，应力，专门对付结果和 MPI /气，微孔发泡，共注射和反应注塑成型模拟塑料成型过程以外的注射成型。研究了嵌件成型工艺， MPI /流和经模块使用。流模块用于填充和包装阶段 21 研究，经计算模块结束时的冷却循环塑件翘曲。 Moldflow 的塑料 Insight（ MPI）是一个产品套件的设计来模拟塑料注射成型工艺及其变体，如气体辅助注射成型，注射压缩成型和热固性塑料加工 11 。 使用 Moldflow 模拟的整个过程，包括建模，划分网格，网格编辑，模型验证，作业准备，作业控制，结果可视化，并生成报告。它允许自由选择注塑机，材料，模具设计，模具材料，在作出任何决定的过程参数和喷射的标准。利用 Moldflow 软件的一个主要优点是它的图书馆在 290 机描述和超过 7500 的热塑性材料提供了灵活地选择和尝试不同的组合没有实际投资创造了很多的原型。 有限元分析网格 Moldflow 的三种网格的平面网格，融合网格和三维网格如图 5 所示。平面网格应用部分的厚度被忽略。网格是在平面或用三角形元素含部分的中心线确定的平面。厚度属性被指定到这个层面，故名 2.5D 模型。融合网格也被称为双域 TM 是另一个 2.5D 网。部分被建模为外表面或三角形的 22元素。脸上的元素对齐和匹配。表面网格之间的距离确定的部分的厚度。流是在顶部和底部的模具型腔表面模拟。使用此网格模拟的目的提供 了最快的结果在所有三个网格。三维网格 descritizes 整个部分成四面体单元，是一个真正的代表性零件的几何形状。它是用来当部分考虑的粗短和厚宽比为 4:1。 流量分析使用平面和融合网格， Hele-Shaw 流动模型进行以下假设： 1、 广义牛顿流体层流流动 。 2、 性和重力作用被忽略 。 3、 在平面的热传导和对流是可以忽略不计的相比，在厚度方向上的 4 导。从边缘的热损失可以忽略的三角形元素。这些假设，特别是厚矮胖的部分将给出错误的结果，因此，应避免使用这些模型。取而代之的是一个三维网格应用。 三维网格使较少的假 设相比，平面和融合曲面。三维网格使用 12 ： 1、 采用全三维 Navier 斯托克斯方程解算器 。 2、 解决了质量，动量，和能量守恒。 3、 解决了计算压力，导致一个更准确的解决方案流的温度和在每个节点的三个方向的速度。 4、 考虑在所有方向的热传导 。 5、 惯性和重力的影响，包括在计算 。 6、 拉伸粘度的影响，被认为是压力依赖的粘度的影响。 三维网格分析采用 Navier 斯托克斯方程研究熔融塑料的行为。 Navier 斯托克斯方程描述的流体运动 。它是基于质量守恒原理，动量和能量 13 。 对可压缩流动方程的广义形 式给出， 其中： 是流体密度 是流动速度矢量 是该删除操作 是压力 是 作用于流体的体力 第二粘度系数 包装分析， Moldflow 使用共轭的偏微分方程的求解 压力梯度。共轭梯度法是对线性方程组的矩阵是对称正定的 14 系统数值解的迭代法。 分析过程定义 模拟的过程中，获得的结果与实际，确定过程中有用的模拟是至关重要的。这涉及到建模的材料，机器和设置参数的机器。 Moldflow 材料库进行数学模型定义的所有主要的塑料制造商的材料特性。本机是在其行程长度，螺钉直径的定义，夹紧力和喜欢。机器的图书 馆具有良好定义的机的主要制造商和一些基于其吨位。 充填阶段使用注射速度分布的定义，从填充包装阶段的转换点，模具和熔体温度。注射速度剖面可定义的绝对值或百分比的最大速度或流量过行程长度或时间。切换是在 RAM 位置定义的术语，体积填充率，注射或液压压力和注射时间。 包装阶段使用保压压力定义的文件。包装的阶段描述的液压，注射或最大的机压在几秒钟的时间百分比。流程定义的两端与冷却时间或喷射标准。 第四章 仿真方法论 概述 如前所述，控制下沉深度我们不得不处理等多因素， 1、 材料成型 2、 零件的几何形状 3、 的工艺参数，即 a.模具温度 b.模具温度 c.包装的压力和时间 d.冷却时间 e.注塑压力和时间 f.切换点从填充包装的时间 从以前在这一领域的研究，几何和材料选用塑料制品的收缩特性起主要作用。常和厄内斯特 7 发现材料中起主要作用的收缩值。阿拉姆和卡拉姆 15 利用流道平衡的模具的几何形状的一部分来优化收缩。史密斯和南 16 发现改变肋入口形状和诱导不等流速从肋骨两侧减少下沉深度 33%。因此，几何和材料的主要因素，而工艺参数进行微调的过程。本文采用的策略是前 26 的效果比较插入成型在汇线通过模拟注塑成型过程的 一部分，与无线在它。分析了不同的几何形状，其次对缩痕的几何形状的影响是下一个工艺参数对槽深度的影响。从这些试验中我们希望达成最佳的几何形状和最佳沉标记特征参数组合 。 既然我们已经研究了多参数，实验设计（ DOE）技术实现做同样的系统。在前面的部分，缩痕可以通过正确的组合的各种参数如零件设计减少或消除（即几何形状的一部分）的工艺参数，用于 聚合物材料的应用。一个系统的方法来研究这些参数的效果是通过使用 DOE 技术。 DOE 实验的框架是用来量化的因素之间的不确定的因素的相互作用的测量统计通过强迫的变化应有条不紊地由数学 系统表 17 。美国能源部允许的参数对过程的影响研究。美国能源部在各种情况下，如实现预期的目标，相似的细调谐过程是适用的，最大化或最小化的响应或减少变异或使给定过程的鲁棒性。在这项研究的目的是达到最小或没有插入模制塑料零件下陷。 一些常见的术语在处理与美国能源部 ： -因素是可以控制和影响最终结果的性能参数 ， -对参数水平值或设置的因素，在美国能源部的研究， - DOE 响应性能或输出实现因素的特定组合在特定的水平 。 DOE 技术是基于蓄意的变化的一个或多个因素，观察其对这些变化的响应。 材料的选择 提高性能 的一部分，而不是使用一个单一的聚合物的两种或两种以上的聚合物的应用。当混合聚合物具有不同的玻璃化转变温度的材料性能是个体平均成品聚合物，然后将所得的混合物的聚合物共混物。 ABS / PC 是一种混合。性能的 ABS / PC 共混物落在 PC 和 ABS 之间，这是由于其低成本、高性能如随着 PC 机的一些主要生产厂家有良好的力学性能和耐冲击、耐热 ABS 高加工拜耳变得越来越流行（ Bayblend），陶氏化学（脉冲） GE 塑料（性能）之间的人。 PC / ABS 共混物的优势 18 ： 1、 表现出良好的尺寸稳定性， 2、 低失 真和收缩， 3、 低吸湿性， 4、 高软化点（维卡 B = 112-134C，随着 PC 含量的增加而增加）， 5、 刚度和硬度媲美 PC， 6、 好的缺口冲击强度下降到 50C， 7、 在低电压 /低功率范围内有良好的电性能。 Bayblend fr110 19 是由拜耳聚合物 PC / ABS 共混物。它具有理想的性能，如熔体流动的超高，冲击强度和刚度。它也可以很容易地画，金属或装饰模具使更多的变化，形状，纹理和最终产品的颜色，如果产品将有重大作用的美学的有形成分的一个重要的考虑因素。 Bayblend FR 110 色彩 稳定性良好，并保持高的冲击强度，即使在较低的温度下使汽车的内部和外部的部分的一个很好的选择。一些的 Bayblend 在汽车中的应用示例如图 6 所示 。 图 6 大众甲壳虫内饰部分，驾驶舱在中央控制台 Bayblend 在阿尔法 166 几何参数的选择 由于这项研究的动机是试图实现汽车产业技术选择研究的几何形状有类似于通常所观察到的一些几何结构的塑件。为了提高塑料件的结构强度通常筋提供的部分。如前所述，塑料可以作为薄铜导线支撑结构，我们使用了一个平板肋骨对房子的电线作为我们的测试几何。 板的厚度为 3mm 和肋的几何形状将会 改变研究库特性的影响。 一个肋骨的指南建议，肋片厚度不应超过的部分厚度 50%防止缩痕。迈克尔 布兰南和杰里尼克尔斯 20 利用几何特征，降低名义厚度在两肋的两侧，该聚合物的较小的横截面会导致更快的冷却导致较小的收缩，从而没有凹痕。他们实现了这个方法，防止沉标记而使用的肋骨是壁厚的 72%。 四种类型的几何形状，选择研究。方板（ 100 100 3 毫米）与肋底板。四种不同的肋的几何形状和线的组合定位的研究： A.矩形肋（ 5 x 100 x 1 mm）线被集中在平底板平面（图 7）。 B.矩形肋（ 5 x 100 x 2 mm）丝，它被封闭在肋截面在所有时间（图 8）。 C.半圆筋（ 100 3 毫米）线在平面底板中心平面（图 9）。 D.半圆筋（ 100 5 毫米）的位置使得它被封闭在肋截面在所有时间（图 10）。 在这项研究中，肋片厚度为 166%部分的厚度，这显然违反了 50%条规则，因此工艺参数微调的下沉深度观察起主要作用。 图 7 配置：矩形肋；线被集中在平底板平面 图8 配置 B：矩形肋与导线完全在肋 图 9配置：半圆形肋； C 线在平面底板中心平面 图10 配置：半圆形肋；丝等，它是包裹在肋骨部分 图 11配置：半圆形实肋 实验设 计 田口 DOE 技术标准和公认的 DOE 技术由日本工程师田口玄一提出 21 。使用 DOE 技术的主要优点是，它允许我们研究了大量的参数，而不需要对所有可能的组合进行试验。使用这种方法的一个重要优点是，试验矩阵是正交的性质 22 。正交阵列可以确保没有给出一个因素更重的实验相比其他因素的正交性。确保任何特定因素对响应的估计不受其他因素的影响，各因素的影响可通过数学计算独立于其他因素影响扭曲。 采用正交试验设计以提高注塑过程已经由不同的作者成功地应用。该技术已通过道 C.常和厄内斯特费森 III 7 研究了 收缩特性及注塑件的优化实现， S. J.廖等人。 23 用这个方法来减少收缩和翘曲或薄壁零件的找到最佳的工艺条件， K. M. B.扬森， D. J.范戴克， M. H. husselman 5 研究了工艺参数对注射成型过程中收缩的影响。 gaitonde 诉 N 等人。 24 用这种方法实现更好的性能和增强聚酰胺无筋。 DOE 的定义开始实验接着选择工艺参数进行研究的目的和范围。在考虑的参数的数量是固定的，一个合适的实验设计，研究了那些影响经济的方式。田口设计范围从研究 3 因素 2 水平的试验设计 4 L81 这是用来 在 3 水平 40 因素 L4 设计研究。很明显，这些设计使我们能够研究大量的因素多水平的试验组数比较小。一旦试验设计确定实际的实验，这在我们的例子中是模拟的，开始。所收集的数据进行分析，得到的结果是用来改善的过程。 从以前的试验中观察到下列因素影响的响应（下沉深度）最多，因此选择用于进一步的研究使用 DOE： a.模具温度（ C） b.熔体温度（ C） c.包装 的时间（秒） 如注入剖面的其它因素，切换点，保压压力门位置保持不变。冷却时间影响到最终的翘曲最。因为在包装阶段是非常低的流量，包装的时间，也可以在总的冷却时间的 材料具有冷却模具内的计数。使所有部件的冷却时间的影响，而不是定义弹射准则为秒的冷却时间，模具的温度是。一旦模具达到指定温度，部分喷射。 我们选择了 3 因素 3 水平的各因素，我们有 2 个可能的设计 L9 和 L27。我们选择 L9，只需要9 试验来研究这些参数的影响。水平对熔体温度因子均选自制造商的推荐范围。模具温度和包装的时间因素水平设置使用初始模拟结果选择。一个标准的 L9 田口 DOE 矩阵与工艺参数的实际值，如表 1 所示 。 试验运行在一个随机的方式在一个机器，没有挥之不去的影响在新的先前的试验。仿真是用来替代机器结果研究，结果 保持不变，不论它们的顺序进行。以随机的顺序进行分析，在这项研究中已被忽略。 仿真过程的定义 定义一个 CAE 分析的过程中，我们需要定义的材料，机器，几何和时尚的机加工参数，数学分析是可能的。步骤在 Moldflow 进行 DOE 试验： 1、 几何创建 CAD 软件和网状的进口。护理是采取以确保足够细的网格所需的几何形状。部分的几何形状是使用一个三维网格在一个 0.1 毫米的线长度控制元素的大小定义为。浇注系统是如图 12 所示。转轮是 Y 方向和 Z 方向的 10 毫米 10 毫米。梁元素是用来定义的流道系统。栅位于端的流道和模具为单型腔模具。门 是这样熔体的流动总是平行的线。网格，然后检查任何错误，在基本网格的故障将导致错误和误导性的结果。 2、 模具材料为工具钢 T20。 3、 电线被视为一个具有相同的模料腔。 4、 塑料是选择从预定义的 Moldflow 材料库。 5、 注塑机是用来模拟过程是从预定义的 Moldflow 库选择。 6、 注射成型过程中使用的工艺参数如定义： a.模具和熔体温度， b.在我们的例子中使用的注射时间 B.喷射控制， c.切换点的注射压力相， d.包装相的压力分布， e.冷却的标准是在这些模拟的模具温度， 参数设置为模拟恒定的水平： 注射压 力 夹紧力 注射率 大气温度为 25 C 速度 /压力 = 99%体积填充开关 保压压力为 8 MPa 冷却时间 = 110 C 下沉深度指标 如前所述，沉标记是一种审美缺陷。这里是在模制部分使抑郁明显挠度变化的度量的兴趣。这意味着我们不在挠度由于零件的翘曲变形，而是可以感觉触摸或用眼睛看到感兴趣。一个扭曲的表 面是光滑的触摸而沉马克感觉触摸 。 在使用 Moldflow 注塑模拟结束，沿 Z 轴被获得作为一个轮廓图，如图 13 所示的部分偏转。此图显示的每个节点相对于它的原始位置偏差。为底面最大挠度节点使用查询图在 Moldflow 鉴定。一旦节点被识别，为选择的 XZ 平面中生成节点位移路径图。一个路径图的产生给偏转（ mm）与 X 坐标（ mm）为选定的平面图。由此获得的数据被用于进一步分析沉标记。图 14 显示了 XZ 平面的变形路径图的结果。 图 13 偏转图几何 C 2 试验 图在 z 方向的路径图 14 偏转 现在，使用 MINITAB 软件，进行回归分析，得到的最佳拟合线的数据点。可以看出，三次回归模型给出了更好的结果比线性二次模型；因此，用在这里。缩痕的影响翘曲部分，因此，如果有一个水槽马克现在将导致挠度值大于那些观察到没有沉。因此，我们需要区分挠 度由于下沉和翘曲 。 如果相比下沉的区域的一部分是足够大的话，那么我们可以假定在地区远离中心的部分偏转（那里的水槽是看到）是由于翘曲的孤独。使用这个假设来计算下沉深度，这些数据点不属于大势所趋挠度值（通常为 15 毫米从中心）是直到我们得到一条 R2 值被删除，该系数的拟合，大于 95%。这 给出了一个方程定义的表面部分有不沉的标记。用 x 的最大挠度点并使用方程得到假设在这一点上有翘曲的部分单独的挠度值的计算。在模拟观测值和计算值之间的差异是下沉深度 。 以这种方式计算下沉深度是用于进一步的分析。 第五章 结果与讨论 下沉深度的计 算是在第 4 节中描述的。一个样本的计算如下所述步骤如下： 忽视点附近的接收器和只使用点位于单独的边缘部分，安装线通过他们得到的一个方程的数学描述的翘曲线。在这里，从图 15 看出， R2 的值是 97.2%，是一个很好的配合，因此，对翘曲变形得到的方程可以接受进一步的计算 。 图 15 Minitab 情节最佳直线拟合 从图 15，我们得到线的方程为 ： 其中： def=偏转（ mm） x = x 坐标（ mm） 获得的数据线方程现在表示由于翘曲单独偏转。下一个最大挠度的节点坐标和使用公式（ 5）得到的节点由于翘曲变形单独计算 。不同的是，所计算的挠度值以上，从模拟给出了下沉深度。 在这里，与 x = 50.227 毫米节点观察到的最大值。替代上面的方程为下沉深度结果可以得到， 由于翘曲变形 0.053173 mm 观察模拟偏转 0.076226 mm 水槽深度 0.023053 mm 因此，对于这个特定的试验水槽深度为 0.023053 毫米。计算下沉深度从而用于进一步的分析。 田口 DOE 分析 分析了田口 DOE 的方法，分析（ ANOM）之后。方法分析（ ANOM）是用于比较的集合，一个图形程序或比例税率，看他们不同于总体平均，率显着， 或比例 25 。异常是一种多重比较程序。计算步骤如下： 1、 平均反应值计算，以上填写在响应观测塔。 2、 其他的柱子都这样，进入参数设置为试验的反应。这些地方被填充对应表中白细胞。 3、 每列的总数正在进入。 4、 平均每一列的计算。 5、 每个参数的实验的反应是减去平均对应低参数设置从介质参数设置（即西（ 2） -山口（ 1）为每一种情况下），介质参数设置从高高的参数设置（即西（ 3） -山口（ 2）为每一种情况下），低参数设置从高高的参数设置（即西（ 3） -山口（ 1）为每一种情况下）， 6、 这种反应也可以以图形的绘制响应值为 每个参数设置。 一个样本的计算按照上面的步骤如表 2 所示。响应值即计算下沉深度值在毫米。 水槽深度标记的几何表 2 样本计算表 插入成型线标记下沉深度的影响 我们比较的响应值为 2 的实验研究几何 C 和无线插。计算结果如表 2 为这两个试验中的重复和结果列如下： 表 3 沉标记深度计算的几何形状， C 和 E 插入成型线汇标记效果图 16 从表 3 和图 16 可以看出反应（这里的响应被标记的水槽深度）与导线几何过程插入成型优于不在它的线。 图 17 的冻结时间几何 E 和 C 型 图 17 显示了断面冻结时间。顶部显示被冻结的几何 E 具有坚实 的肋骨和底部的一半显示几何 C.如前所述，水槽标记时创建的核心部分熔融表面结冰了。通过在模具中插入线，避免了在肋的基础大聚合物熔液的积累。由于导线本身作为一个散热器，除去热量从聚合物熔体，一个地区或芯聚合物熔体在 2 冻层减小导致沉标记形成最小化的创作。图 17 表明，聚合物在肋骨下方的位置的表面需要 47 秒到 39 秒冻结在导线时。据观察，在肋骨位置的熔融聚合物的两个冻层之间的 金额 较小的导线时 。 在沉标记深度参数的影响 在桌子的 2 底部的平均值的方法，参数设定值响应。所有其他的几何形状，重复这些计算，我们总结的结果如表 4 表4 水槽标记深度几何参数 为 A， B， C， D 上表给出了平均的过程中，参数的高、中、低设置响应。比较这些结果，这些结果的图形表示会有帮助的。在这里，我们在减少或消除缩痕的兴趣，从而判断结果的标准将是越小越好。每一个因素的绘制和高响应的响应值，介质为因子低设置连接线。线路坡度表明因子水平影响的响应。陡峭的斜坡，更加突出的因素对反应的影响。对比较结果的所有的几何形状绘制 如 图 18 所示。 从图 如图 18 以下的观察是由几何 ： 1、 肋的几何参数设置为需要扮演一个角色。 2、 模具温度将影响在响应的变化值最。较高的模具温度响应 越好。 3、 熔体温度的设定需要与模具温度的比较。高的模具和熔体温度给出更好的结果，但确切的设置为每个几何变化。 4、 低的保压时间对所有的几何形状，更好的结果。这可能是由于较小的材料填充导致较小的收缩。 图 18 缩痕的几何参数的所有影响 在沉标记深度的几何效应 以同样的方式如表 2所示，计算所有其他的几何形状做。所有的几何形状，一个方便的表如下表 5： 表 5 下沉深度标记的所有的几何形状 比较这些结果之间的几何，我们以图形绘制挠度与试验数的所 有几何如图 19 图 19 为各种几何形状的下沉深度结果的比较 从 图 19 可得出 以下意见的身影： 1、 几何有糟糕的反应，如几何 D 有最好的响应。 2、 的几何形状， B 和 D 所述插线是完全封闭的肋骨部分表现出最佳的响应。与导线完全在肋骨充填模式允许熔体的流动畅通无阻的腔制造包装阶段的工作比在其他两种情况。 3、 几何有非常轻微的肋但是，导线的位置使它成为阻碍流体流动由于观察水槽标记是它最深。 4、 一个圆肋显示比矩形肋，在肋角由于缺乏较好的效果。 5、 几何 B 与线宽肋插入完全位于完全在肋表明几乎没有明显的变化在试验。因此，强大的 几何和工艺参数相当不敏感。 6、 的几何形状和 C 库可以通过控制工艺参数的控制。试验 6， 7， 8 和 9 显示比其他更好的散热器。这些试验中的模具温度将高。试验 8 为最佳结果具有较高的模具温度高的熔体温度和低包时间。这个观察是一致的与那些早些时候 。 第六章 总结 这项研究的重点是减少或消除缩痕线插入模制部件。沉沦的标记测量作为他们的深度感觉手运行在零件的表面。导线的作用，对沉标记深度的肋和加工参数的几何形状进行了调查。 结果表明，在一个广泛的肋骨线的存在帮助作为另一个散热减少缩痕。它能抑制过度收缩自己周围。在几何线作为流 LED 更 深的凹痕相比，那些几何允许在基板的流动是无障碍。我注意到，在肋即导线的合适位置，其位置从所需的表面起着重要的作用，如何沉标记会受到它的影响。保持线的位置用夹紧装置和该设备的能力来保持电线移动模具在注塑和冷却阶段的关键从制造的角度来看 。 得出的结论是，通过控制工艺参数，一个下沉的深度可以控制标记。控制反应的主要因素取