基于综合平衡法的RHCM成型LCD电视机前面壳工艺优化研究

1、基于综合平衡法的RHCM成型LCD电视机前面壳工艺优化研究    摘要：在综合利用正交实验法、CAE分析和数据处理技术的基础上，对快速冷热成型技术（RHCM）成型LCD电视机前面壳成型工艺进行了优化研究。通过实验设计及数值模拟获得样本数据，结合方差分析技术确定了该产品各成型品质指标的显著性影响因素；进而通过级差分析和综合平衡分析研究得出了该产品的最佳工艺因素组合，并经实验验证了该优化组合的工艺可行性。    关键词：快速冷热成型技术；正交实验法；计算机辅助工程分析；数据处理；综合平衡法    &

2、#160; RHCM又称高光无流痕注射成型技术、蒸汽注塑成型技术等，是一种新型注射成型技术，其原理主要是利用三维无汇线模具及蒸汽加速控制器，令模具内的温度急速加热及冷却，从而使得产品外观得到明显改善。就成型工艺而言，RHCM成型与微注射成型具有很大的相似性，均以高温、快速成型为主要特点，都以产品对模具的高复原性为成型目的，如何保证塑料的低黏度性（温度影响），或克服塑料与模壁之间的黏着力（压力影响）将会大大影响制件的填充状况。正是由于RHCM成型这一工艺特点，一方面确保熔体在型腔内的充分扩展与汇合，另一方面最大程度地限制制品的成型收缩，从而确保该技术在提高产品对成型模具的复原性，消除熔接痕、凹痕

3、、流纹、银丝纹、表面浮纤等缺陷，改善产品表面色差、提高产品的强度和刚度、减少应力畸变，以及提高成型效率等方面具有传统成型所无法    比拟的优越性。本研究将以LCD视机前面壳为例，在正交实验法的基础上，结合CAE分析及数据处理技术，研究RHCM成型各工艺参数对制什最终成型品质的影响，以实现对RHCM成型主要成型工艺参数进行有效的预测与优化，进而提高成型品质及成品率。      1产品品质评价指标及因素      1.1产品模型   &#

4、160;     LCD电视机前面壳CAD模型和CAE分析模型如图1所示，包容尺寸为386 mm×257 mm×22 mm，主体壁厚为l.8 mm。材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS，Lustran ABS 680，美网Bayer公司），有关材料性能参数如表l所示，表2列出了该CAE分析模型相关设计参数。       1.2评价指标及因素         RHCM成型过程鱼骨图（图2）形象

5、地表示了影响制品最终成型品质的有关工艺因素。LCD电视机前面壳成型品质评价指标的选择可以产品表观品质指标来确定，这里以翘曲变形量、降沉指数和成型体积收缩率作为指标加以综合考察（之所以排除熔接痕、凹痕、流纹等表观品质因素是因为RHCM成型在消除上述缺陷方面具有显著效果）。通过对RHCM成型工艺过程研究，初步确定模具温度、熔体温度、注射压力、注射时间、VP转换压力、保压压力、保压时间和冷却时间等8个因素作为考核因素，各因素取值范围可以推荐或实际经验确定（表3）。值得注意的是，这里的保压时间设定应该包括实际保压时间和实际吹气总时间两部分。     &

6、#160; 2因素显著性实验及分析       对上述睹多成型因素同时进行优化非常困难，也没有必要，首先需要确定对产品品质影响展著的因素，并以之作为评价变量，而对于影响不显著的因素可据实际经验确定为恒量.对8因素在3水平取值（表4）,选用L27（313）直交表进行实验安排,剩余5列设定为误差列,有关正关实验法的设计理论可参考相关文献.由Moldflow软件模拟来获取实验数据,实验结果如图3所示.     通过对实验数据进行方差分析（表5）可知:   

7、60;  （1）对于产品翘曲变形,FE=23.7135远大于F0.01（2,10）,说明VP转换压力E对产品成型翘曲变形具有决定影响,而其他因素则影响效应较小；      （2）对于产品降沉指数, FF=9.3305大于F0.01（2,10）,说明保压压力F影响显著；FC=6.2471,介于F0.01（2,10）和F0.05（2,10）之间,说明注射压力C影响比较显著,而其他因素则影响甚微；      （3）何种收缩率的影响显著性因素与降沉指数一致.另外从影响因子分析结果也可以看到,无

8、论是否为显著因素,温度因素（模具温度和熔体温度）对产品的最终成型品质均具有相当重要的影响,虽然注射时间D对产品翘曲变形有一定的影响,但相对于降沉指数和体积收缩率,该因素的影响显得微不足道,因而初步确定该LCD产品评价因素为模具温度、熔体温度、注射压力、VP转换压力和保压压力.        3 因素最佳化实验及分析    采用L16（45）正交实验表对上述5个主要因素重新进行实验设计,各因素取值水平如表6所示,表中X1、X2、X3、X4、X5依次代表模具温度、熔体温度、注射压力、VP转换压力和保

9、压压力,其他参数则设定于最佳值.实验数据可由Moldflow软件模拟得出,如表7所示,级差分析结果如8所示.     通过对级差分析表进行研究,可以得出以下结论:      （1）翘曲变形: VP转换压力X4影响最为显著,其次是熔体温度X2,各因素最佳组合为X13X24X33X44X53；      （2）降沉指数:保压压力X5影响最显著,其次是模具温度X1,各因素最佳组合为: X13X21X32X44X54；    

10、;  （3）体积收缩率:与各因素对降沉指数影响趋同,最佳因素组合也为: X13X21X32X44X54；各因素影响趋势如图4所示.     综合平衡分析：       （1）对于模具温度X1来说，3个分析结果的最佳水平均为第3水平，可直接确定其最佳取值为80；         （2）熔体温度X2对翘曲变形来说影响显著性排第2位，而对于降沉指数和体积收缩率来说排第3位，但是从表5可以看出，后两者水平2和水平4

11、级差值相差较大，且两项相加影响会更大，因而可确定X2取2水平较佳，即熔体温度为230；         （3）注射压力X3对翘曲变形的影响强于其对降沉指数和体积收缩率的影响，且从极差分析结果值来看，翘曲变形的第2和第3水平极差值相差较大，而后两者的极差值相差甚微，因此可确定注射压力取值水平应与其对应于翘曲变形的最佳水平一致，取105 MPa。依次类推可分别确定VP转换压力X4和保压压力X5的最佳取值应分别为：120 MPa和90 MPa。       综合

12、来说，该LCD电视机前面壳的最佳成型工艺组合应为X13X22X33X44X54，即：模具温度80、熔体温度230、注射压力105 MPa、VP转换压力120 MPa和保压压力90 MPa，以该参数组合Moldflow软件模拟结果如图5所示，各指标值分别为：翘曲变形量为0.7012mm、降沉指数为1.667%和体积收缩率为3.440%,基本满足该产品的品质要求.     4 结语    （1）以某企业现行生产的RHCM成型LCD电视机前面壳为例,结合实验设计及数据处理技术,通过因素显著性实验得出了温度因素（模具温度X1和溶体温度X2）和压力因素（注射压力X3、VP转换压力X4和保压压力X5）是影响该产品成型品质（翘曲变形、降沉指数和体积收缩率）的主要成型工艺因素,而其他因素则影响较小；      （2）基于因素显著性分