汉呈祥A1013基于ProE和Moldflow软件的笔记本外壳翘曲分析及参数优化

前言 笔记本这个消费品越来越快的的占领市场，当今的大学生80%以上都有属于自己的笔记本。笔记本的需求基本主要是青年群体，在电子产品时刻被淘汰的时代里青年群体也做好跟新换代的准备。那么如何选择一款适合自己的笔记本就至关重要，在合理的价位中既要追求性能又要选择良好的做工以及优良的材料很难。现在市场为了迎合青年群体的要求在要求高性能，高配置的同时就选择选用低成本的材料来代替高成本的，正因为如此笔记本的外壳虽然有金属拉丝、钢琴烤漆、金属铝喷砂等高新工艺的产品但也不能取代ABS树脂材料。由此可见ABS材质的笔记本外壳任然占据着市场的主场，不可撼动。然而ABS材料使得笔记本外壳拥有轻、薄、散热快等特点。使用ABS材料制作笔记本外壳主要通过注射成型技术加工，在注塑成型过程中常常会遇到以下产品缺陷，欠注、飞边、缩痕、熔接痕、翘曲、空穴、顶白等问题。一般工业生产中对于上述问题只能根据实际情况发生问题解决问题，在传统工艺中对个人经验和知识的积累，以及个人对问题细节发现和解决能力都需要较高的素质。这样就要求吸收有经验的工程师，但现实很客观不可能你需要什么就有什么。但是经过软件模拟可以通过模拟仿真将塑料制件仿真出来，这样可以通过电脑对参数分析进行优化，并模拟出最佳工艺。在传统工艺和软件模拟中对工程师的知识面要求更广，但是可以通过软件模拟对现有的工艺进行改进，不会浪费财力、人力、物力；传统工艺对工程师的经验等都有较高的要求，但更改工艺的时候就需要进行部分实验，无论从效率还是从资源方面软件模拟会有不可取代的优势。在学术界很多学者和工程师也一直试着将两种方式结合起来。现实中很多工程师和学者一直在探讨薄壁塑件的注塑翘曲、部分收缩等问题并通过软件和经验不断优化着工艺。本论文通过Moldfiow和pro/E软件，对笔记本外壳进行三维构建并经过填充+保压+冷却的模拟。并在工艺范围内的取不同的参数，通过使用正交法、极差法、S/N（信噪比）对塑件的翘曲变形进行分析，对工艺做出一定的优化。

第一章绪论1.1薄壁注塑制品翘曲变形国内外研究现状薄壁翘曲变形是影响制品质量的重要因素之一，对于翘曲变形有很多因素涉及影响，其中包括零件的结构、模具设计和注射成型的工艺参数设定、原材料等。因此将翘曲变形的分析方法定位实验法和理论分析法。其中实验法是指用选定的材料、具有正对性的几何形状、具体的工艺因子进行一系列的实验，利用实验的的结论，生产中积累的经验和公式以及其他对实验有帮助的因素，进行实验并验证改良工艺。董斌斌通过仿真模拟等项目的收缩变形问题进行定量分析。使用正交方法来测试优化设计和L27(313)正交表试验设计进行了统计分析。通过熔体温度、模具温度、保压时间、保压压力、浇口位置和注射速率分析收缩和变形的影响。通过实验验证，最终改良了工艺参数，通过对这些工艺参数的优化到达了对残余热应力的缩减。并通过实验结果分析发现保压压力和熔体温度对注塑品的收缩和变形都有较为显著的影响[1]。骆志高等通过正交方法测试的薄壳塑料零件注射成型过程模拟，并使用标准的变量分析方法，通过模具温度、注射速率、熔体温度和保温压力过程因素进行分析来验证塑料部件变形的影响。研究表明，上述过程因素对翘曲变形的塑料部件在不同的方向会有不同程度的影响，优化工艺条件可以改善塑料部件变形失真[2-3]。BaburOzcelik，IbrahimSonat选取材料为PC/ABS的不同厚度的薄壁制件的翘曲变形进行了研究，实验结果表明，工艺参数对制件翘曲影响是最大的因素是保压压力[4]。薄壁注塑件的纤维取向的均匀性也是使注塑件在注塑成型过程中产生翘曲变形的因素之一。王彦岗通过玻璃纤维增强薄壁矩形腔Moldflow的塑料注射成型模拟，通过以下三个方面进行分析：注射成型充模过程中纤维的取向分布地区，中部区域的填充和端部区域的填充以及浇口区域，并进行实验通过对SEM显微形态的区域进行观察。实验结果表明：对于矩形薄壁零件，玻璃纤维取向分布在表面层和核心层是不同的，不同的注射成型充填区域也是不一样的，但总体上剪切流动会使玻纤趋向沿着剪切流动方向取向，拉伸流动会造成玻纤沿拉伸方向流动[5]。随着计算机科学的发展、材料科学、数值模拟技术，对注塑件翘曲变形的许多学者进行了理论分析。BaburOzcelik，TuncayErzurumlu使用了响应面法、有限元分析、遗传算法并对薄壁注塑制品统计研究。并结合曲面响应法和遗传算法构建出翘曲的预测模型[6]。申长雨等则研究由于温度分布的不均匀使塑件产生翘曲变形的影响，通过实验得到翘曲变形系数，近一步经过计算得到翘曲变形系数。还利用有限元法和温度应力与结构分析程序计算弹性小变形理论计算的翘曲变形的大小。卢义强则通过薄板理论对薄壁制件的翘曲变形进行了分析，把薄壁制件的内侧面产生的形变当做平面应力的问题来解决，把薄壁制件的侧面产生的形变当做薄板弯曲问题来解决，通过这两种形变量的叠加，使用平面应力问题和薄板弯曲的问题通过有限元法得出薄壁制件几何空间中不同方向上的形变[7]。由此可见，很多学者对薄壁注塑翘曲变形的问题做了不同的研究。在上述文献里，广大学者们根据实际条件和研究需要，都选用了以下不同地参数其中有：注射量、熔体温度、注塑速度、注射压力、保压时间、模具温度、浇口尺寸、残余应力分布、材料、保压压力、塑件的厚度、玻纤取向等其他因素，很多学者都选取中部分因素进行了研究。但是学者们各自选取的研究点，尚未能构建出薄壁制品翘曲变形的科学体系。1.2薄壁注塑制品的翘曲变形的理论分析及研究方法1.2.1翘曲变形的理论分析薄壁注塑系统是由塑料，模具，注塑机，通过适当的工艺参数输入和相应的控制得到优越的塑料制品。注塑成型由塑化、填充、保压、冷却、脱模进行周期循环。熔融塑料在流动状态，应该压缩螺杆或柱塞缸喷嘴之前，快速注塑到低温的闭合模具，短时间内经过冷却和定性后，开模后得到制件。这个工艺流程生产周期短，适应能力强，能产生复杂形状的产品，除了氟塑料，市面上存在的大部分热塑性塑料都可以使用这种方式成型。注塑原材料和注塑机、注塑工艺参数、注塑模具都是重要的组成部分对于薄壁注塑系统来说。翘曲变形是指形状的塑料制品与模具型腔的形状有一定的上翘或收缩，它是塑料制品常见的缺陷之一。产生这种缺陷是因为熔融状态下的物料经过注塑成型加工，在这个过程里会面临到收缩均匀性的问题，进一步影响内应力的分布状况，最终导致塑件脱模后出现翘曲变形。注塑成型过程中能引起翘曲变形的诱因有不少，比如模具结构，原材料的性能、注塑的工艺条件和注塑成型的工艺参数都会对产品的翘曲变形有不同程度的影响。热应力:是指熔体温度和腔壁两者的温差，塑料零件在模壁附近相对会较快的冷却，塑料零件表面熔化凝固壳会对内部继续自然冷却收缩造成阻碍。在保压阶段，除了有少量的熔体补充添加到零件表面，用来抵消冷却产生的相关应力进行相互抵消。所以，应协调在注塑过程中的不同因素，如保压压力、模具温度、熔体温度和保压时间，冷却时间等参数之间的复杂关系，达到平衡。在注塑成型过程中温度对翘曲变形的影响体现在以下方面:（1）塑料零件，表面温差是导致热应力和热变形的原因之一;（2）塑料部件之间的温差会导致不同地区的不同地区之间的不均匀收缩;（3）由于温度的变化使塑料零件产生的收缩。顶出阶段，塑件从被顶出冷却到室温。在这个过程中，塑件主要是玻璃聚合物。由于顶出力不平衡的问题，很容易使塑件变形。在这个时候，塑件经过充模阶段和冷却阶段导致抑制的内应力也会由于没有约束被释放，从而导致塑件出现形变。假如在设计时不去考虑填充对翘曲变形的的影响，会导致实验的制件的成品和设定的几何尺寸有很大的差异，更为甚者直接报废。在研究分析结果的过程中对本课题而言翘曲变形本身不是最重要的，最重要的在不同因素下引起的差异。在注塑过程中，将物料熔融让其处于溶体状态时由于填充阶段高分子聚合物的排列方向与流动方向一致，导致塑件在垂直方向上的收缩率比流动方向上的收缩率大，所以产生的翘曲变形，并且变形量主要集中于垂直方向。对于生产的塑件如果出现均匀的收缩则会导致注塑件的体积发生变化，反之出现不均匀收缩则会导致塑件翘曲变形。综上所述，注塑成型的制品翘曲变形的主要原因是由于收缩均匀性的问题而引起的。1.2.2翘曲变形的研究方法科学地研究薄壁注塑的翘曲变形，涉及到影响因素的正确选择，试验指标的正确衡量，试验过程中的误差控制及试验结果的有效处理等多个方面。随着科学的发展，许多优秀的数据处理方法已得到验证并普及。虽然薄壁注塑有其独特的地方，然而使用于常规注塑的研究方法仍然可以使用在薄壁注塑上。以下对几种优秀的试验方法进行介绍。（1）正交试验法。对于不合格的注塑制品，往往存在多种缺陷的组合，而且可能导致每种缺陷的因素比较多，各种缺陷的交互作用并不是很清晰。对于多因素的试验研究，正交试验法是很有效且经典的试验安排及数据处理方法。从许多学者的文献中可以看出，正交试验法是被广泛认同而又行之有效的方法。（2）数值模拟法。20世纪70年代在全球范围内就已经开始对注塑成型数值模拟技术进行了研究。至今，市面上有很多与注塑成型数值模拟软件，其中大部分都已经软件都能很完美的完成模拟，其中就以澳大利亚MOLDFLOW公司的Moldflow软件是优秀的代表之一，并且被广泛应用。即使所有的注塑成型模拟软件都能完成绝大部分的需求，但对于薄壁注塑成型模拟一直是软件开发商们头痛的的问题之一，因此导致模拟结果和试验结果之间有很大的差异。现实情况中，科研人员往往对上述几种方法进行组合使用。科研人员通常利用正交试验法进行试验的安排，在实际试验难以开展时用数值模拟的结果来评估，使用正交试验法中的极差及方差法等对因素的贡献程度及试验可靠性进行分析，在后续阶段利用响应曲面法或神经网络法建立预测模型。1.3注塑的基本知识1.3.1注射设备注射成型主要设备包括注射机和模具两大部分，如图1-1是注塑机的个部分组成示意图。图1-1注射机结构组成示意图注射机的发展有最出的柱塞式注射机和螺杆式注射机，也慢慢的开发出气体辅助式注射成型、水辅助注射成型、增强反应注射成型等新型技术。柱塞式注射机在压力控制和温度控制方面都略显薄弱，并且对于注射速度的均匀性控制和物料质量均匀性控制都有一定的不足。因此，通常情况下只有在注塑60g以下的塑件会选用柱塞式注塑机完成注塑成型。相较而言，螺杆式注塑机塑化能力强、塑化效果好、压力损失小、注塑速度高，且充模均衡[8]。1.3.2注射成型过程很多工艺参数对于薄壁注塑来说都是十分重要的，与制件质量之间有非线性耦合关系。为了减少翘曲变形的对薄壁注塑制件的影响，以下是对每一个阶段的的工艺进行分析，优化实验也依据如下原则:（1）塑化阶段塑化是指将注塑所需的物料在料筒中通过加热器和摩擦挤压使其熔融呈有一定粘性的流体，并保证有良好的可塑性。在物料被挤压到模腔前必须使其达到规定的温度，而且温度的分布要均匀，最后还要使物料能在能在规定的时间（周期）内完成熔融并达到要求，以保证生产连续性的进行。然而在塑化阶段中塑料受到挤压再通过加热装置使其进行充分的熔融并不会因为高温而引起化学性质的变化。熔融状态的优异程度会对薄壁注塑制件的翘曲变形产生影响[9]。（2）填充阶段填充阶段是指注射机从螺杆开始移动算起，直到将物料完全填满型腔的过程。在整过过程中熔融温度引响流动性能，注射压力会引响注射速度，所以分析这一阶段的主要因素考虑熔融温度、填充压力和填充时间[9]。充模阶段充模时间对压力和温度有影响。如果充模的时间比较短，则会造成熔体因为摩擦产生的摩擦热，导致熔体温度升高，影响充模所需要的压力。在物料熔体填满时，压力会随之增加到最大，使熔融体能在一定时间内保持较高温度，最终会导致制品的熔接强度增加，分子的定向程度减小。过快的填充，会使嵌件靠后的部分熔接较差，影响制件的强度。反之填充过慢，会造成填充时间长，熔体进入型腔温度低、粘度大、冲压压力大等特点。在这种情况下，熔体最高温度是在离开喷嘴的瞬间，到了型腔之后，温度就降低了。所以慢速填充会导致注塑制件分子定向程度较大，制件的性能会出现明显的差异[9]。（3）保压阶段在保压阶段时，物料熔融体开始冷却定型，在冷却的过程中会因为温度的降低引起收缩的问题。为解决这一问题将会继续向模腔内注入熔体，用来填补收缩产生的空间，同时也可以保证模腔内的压力稳定。如果在此阶段保压时间较短则熔融体尚未冷却，螺杆离开停止注射物料，腔内压力会高于浇口系统压力，就会出现熔体顺着浇注系统往回流动，这个现象叫倒流。如果保压压力稳定，保压时间长，则熔体倒流少。由此可见在保压阶段保压压力和保压时间对塑件注塑有很显著地影响。（4）冷却阶段冷却阶段指的是物料熔融体完全冻结到制件被顶出为止。在通常的情况下，脱模时模具的温度会对脱模的效果产生一定的影响。当脱模温度过高时，在脱模后不仅会发生较大的收缩变形，还会容易产生热变形。当然脱模的温度也不能太低。一般来说，模具的型腔压力和外界压力也应该保持在一个恒定的范围之内，如果差值过大则会造成内部残余应力较大，导致塑件在之后发生形状尺寸的变化或其他的缺陷。如保压时间过长，型腔压力下降慢，当开启模具的时候会产生爆鸣声，塑件脱模是也很容易被划伤或断裂。反之如果保压时间不足，型腔的压力会下降，会出现倒流现象，型腔压力很可能会降低到比正常保压压力还要低，这时塑件会产生凹陷或者真空泡的缺陷。因此，在脱模时应设计出最适宜的保压时间，是模具的残余应力趋近零或等于零，从而保证脱模后塑件的质量[9]。1.4.原材料的选定不同品种的热塑性塑料在注射工艺上各有特点，因此需要与之适应的设备、模具和成型工艺条件，才能达到优质高产和低消耗的目的。经过一系列的筛选最终选丙烯晴-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，即ABS为原材料。ABS树脂为非晶态聚合物，没有的熔点，在180～240℃之间流动性能良好，熔体粘度较大，温度对年对的影响微乎其微。温度过高时，易产生热降解。在注塑成型时，宜采用较高的注塑压力和模具温度，而料筒温度尽可能低一些，以防止物料过热解[10]。采用螺杆式注射剂成型ABS塑料制件，不仅成型温度较柱塞式低10～20℃，而且还能保证塑化的均匀性，有利于提高制品的质量，螺杆结构宜用渐变性，长径比为10～20，压缩比为1.6～2.5。长径比较大的螺杆，有利于塑化和混炼，可是塑料在较低的温度下注射成型，即可防止热分解，又能提高制品的质量。表1-1ABS树脂推荐工艺类别数据类别数据预热温度80～85℃干燥时间2～3h料筒温度前段150～170℃料筒温度中段165～180℃料筒温度后端180～200℃喷嘴温度170～180℃模具温度50～80℃注射压力70～120Mpa注射时间20～90s高压时间0～5s冷却时间20～120s总周期50～220s螺杆转速30N/r*min注塑机类型螺杆式1.5浇注系统浇注系统是由主流道，分流道，浇注口以及冷料穴组成。浇注系统是指从注塑机喷嘴进入模具开始，到型腔入口为止的那一段流道。1.5.1主流道主流道是所有原料首先经过的地方，所以主流道的设计对注塑熔融体的流速和填充时间有很关键的影响。如果主流道的直径过小则在流动的过程里会造成流速慢，流动性差，黏度增加，压力损失大等问题；反之则会造成冷却时间常，耗材较多，容易产生气穴等现象。主流道的设计主要通过塑件大小来考虑。1.5.2分流道分流道是指从主流道到浇口的这段距离，主要的作用是对浇注平衡性维持的作用。一般分流道有圆形、矩形、梯形、U型等，不同的形状会对熔体或塑件有不同的影响。圆形的分流道可以使熔体散热面积减小；矩形的可增大传热面积等。分流道的大小和尺寸应该根据塑件的尺寸，壁厚，形状工艺等因素来决定。1.5.3浇口浇口也被成为进料口，是指分流道和塑件连接处的那一点点部分。浇口能起到对熔体加速的作用，让熔体达到一个理想的速度，快速充满型腔。常见的浇口有：侧浇口、扇形浇口、盘形浇口、环形浇口、平缝式浇口、潜伏式浇口、点浇口、直接浇口、爪形浇口等。1.6本课题研究的内容及目的本课题主要对注塑成型的翘曲变形进行研究，通过对笔记本外壳进行模拟加工来验证最佳工艺条件和分析影响翘曲变形的最主要因素。本课题从以下几点出发对上述目的进行研究。（1）本课题主要对薄壁塑件的注塑成型做了分析，最终通过熔体温度、保压压力、模具温度、填充+保压+冷却时间四个工艺条件，以笔记本外壳为例对薄壁注塑中的最主要问题翘曲变形进行分析。（2）本课题为了验证以上四个因素所以将其他因素保持不变，因此根据需要选取了ABS树脂材料，冷却介质等。同时也对分流道的尺寸、主流道的尺寸、分流道尺寸选择、冷却管的尺寸进行了设计。（3）本课题以笔记本外壳作为注塑研究对象，通过改变注塑成型的工艺条件并并用Moldflow进行模拟来得到翘曲变形的形变量。（4）根据试验模拟结果使用正交法来对结果进行分析，使用极差法分析实验结果。

第二章笔记本外壳的翘曲变形分析通过对注塑成型的各个阶段分析，初步得到四个因素会使薄壁注塑件产生翘曲形变。本论文根据熔体温度、保压压力、模具温度、填充+保压+冷却时间这四个因素进行试验。通过Pro/E建模经过CADDoctor3.0进行前处理，使用Moldflow软件进行模拟分析。2.1笔记本外壳建模及网格划分在Pro/E中构建笔记本外壳的3D模型，几何造型如图2-1所示。为了优化零件的结构需先将Pro/E中的文件转换成step格式，在导入CADDoctor3.0中去除圆角、倒角等细节特征。因为这些特征的存在会导致网格数目增多，计算时间增大并分析质量也会产生问题，然后把修改后的文件用udm的格式保存。图2-1笔记本外壳的3D模型Moldflow中网格的划分主要有中性面、双层面、3D三种类型。在moldflow中网格划分的原则是，希望将所有的网格中的三角形单元都划分成正三角形。要尽量避免长而细的单元，因为在流动分析时，可能会导致流动压力、温度和速度的急剧变化。太大的横纵比可能会导致分析失败。2.1.1网格分析的依据网格分析结果中有实体计数、边细节、取向细节、交叉节点细节、横纵比和匹配百分比[11]。（1）在实体计数中除连通区域应该是一个整体所以是1，其余都为统计处的结果。（2）在三维类型中的交叉边数必须为0，但中性面类型的交叉便可不为0，在三维类型和双面层不允许有自由边。（3）匹配不正确单元，必须保证为0。（4）相交单元表示不同平面上的单元相互交叉情况，在这里是不允许的。完全重叠单元数，表示单元重叠的情况，这种情况是完全不允许的。（5）横纵比分析横纵比的推荐最大值为6。（6）单元匹配率只适用于双面层类型的网格，是用来分析模型正面和底面网格匹配程度。对于翘曲分析的单元匹配率要大于85%。2.1.2网格统计网格分析后需要对网格数据进行网格统计，检查网格是否符合要求，需要对网格单元进行修改，以提高网格的质量，保证模型分析结果的准确性。网格划分结果如图2-2所示，网格统计结果如表2-1所示。图2-2网格划分结果

表2-1网格统计结果类别数据类别数据三角形21422节点10713连通区域1自由边0公用边32133交叉边0配向不正确单元0最小纵横比1.155最大纵横比5.314平均纵横比1.541匹配百分比95.40%相互匹配比94.10%根据表2-1可以看到统计结果为：自由边、交叉边、配向不正确单元均为零，连通区域为1，横纵比在6以内，匹配百分比在85%以上所有都在效果范围之内，网格划分效果符合要求[12]。2.2浇注系统的分析2.2.1最佳浇口位置的分析图2-3最佳浇口位置Moldflow中系统中含有最佳浇口位置的分析，可以使用这个模板对塑件进行分析初步确定最佳浇口位置[13]。最佳浇口位置是根据产品壁厚、熔融体流动性产品形状等因素来确定的。最佳的浇口位置能保证熔融体注入腔体时流动平衡效果良好。根据GateLocation模块分析的图2-3蓝色为最佳浇口位置。2.2.2主流道的设计主流道的位置主要取决于分型面。主流道尺寸小端直径应比注塑机喷嘴孔直径大0.5～1mm以上，常取直径为4～8mm，根据制品大小及补料问题来决定。主流道的大端直径应比分流道的深度大1.5mm以上，其锥度不宜太大，一般取2°～6°。主流道长度一般不高于60mm[9]。2.2.3分流道的设计在多腔模中要降低流动阻力，应使分流道尽量短且转弯少。此外分流道的断面尺寸要足够大，以降低压力损失和温度损失，缩短充模时间，这样能够生产出高质量的塑件。一般通过计算来优化分流道。（2-1）Li——各段流道长度Ri——各段流道半径qvi——各段流道体积流量——各段流道中熔体表观粘度2.2.4浇口设计本课题主要研究的是薄壁注塑件的翘曲变形，使用一模两腔的方式进行加工，因选取侧浇口，又因为使用的是大尺寸的薄壁塑件所以选取扇形浇口。本课题选择的扇形浇口连接分流道的形式，这是边缘浇口的一种变异形式，常用来对宽度较大的薄片状塑件。扇形浇口的特点是厚度逐渐减薄，并在浇口处迅速减至最薄，塑料通过长约0.8～1.2mm的浇口台阶进入型腔。扇形浇口因为水平方向上距离长物料流入时能均匀流入，这种设计方法不但能减少塑品的内应力还能有效地阻止空气的涉入，这个设计能使浇口附近的缺陷得到合理改善。扇形浇口的采取的这种设计手法会使型腔连接处会出现薄而浅的链接。可按侧浇口的经验公式计算深度和宽度，常用尺寸是深0.25～1.6mm，宽度从6mm至该浇口所在边型腔宽度的1/4。浇口的横断面积不宜大于分流道的横断面积。一般而言扇形浇口用于薄壁注塑正因为这个问题使填充熔体的时候，流向塑件左右两侧的距离长于流向中心部位的距离，这种现象会产生中心流速过高为了避免这种现象通常可以采取加深浇口两侧的深度来改进。经过查资料分析[8]，最终选定浇口尺寸为始端宽度10mm，始端高度0.8mm，末端宽度10mm，末端高度0.8mm。2.3冷却系统的计算及构建2.3.1冷却管的选取及计算在冷却管设计中，对于任意模具冷却管孔直径小于等于14mm，否则冷却水难以成湍流，导致热交换效率降低。一般情况下冷却管孔直径可根据塑件平均厚度确，本论文中笔记本外壳壁均为2mm，取冷却管孔直径为10mm。管道长度由动定模板宽度决定，可根据实际模具取，如表2-2所示[8]。表2-2冷却管选取标准制品均厚2mm冷却水孔直径8-10mm制品均厚2-4mm冷却水孔直径10-12mm制品均厚4-6mm冷却水孔直径10-14mm管道数目一般根据公式(2-2)进行计算。（2-2）N：水管数目A：冷却回路总表面积，m2A0：单个管道回路面积，m2（2-3)M：单位时间内注入模具中ABS物料质量，kg/h：单位质量ABS在模具内释放的热量，J/kg：冷却水的表面传热系数，W/(m2K)：模具成型表面温度，℃：冷却水的平均温度，℃(2-4)：管道长度，m：管道直径，m(2-5)ρ是ABS熔体密度，为0.93569g/cm3；ν是注塑机单位时间注塑量，根据注塑机的选择为1000cm3/s。ABS的q值在3-4之间，取4。α取理想数值，为1。θm取材料的推荐值65℃，θw取环境温度25℃。2.3.2冷却系统的构建参数数值参数数值冷却介质水雷诺系数10000冷却介质入口温度25℃管道热传导系数1截面形状及直径圆形ø10mmMoldflow中冷却系统的有冷却回路向导模块可以进行快速创建。但实际生产中这样安排冷却管道就会造成浪费，以及对注浇系统会提前冷却。所以本课题冷却管创建选择手动创建。创建效果如图2-4所示，数据表2-3所示。表2-3冷却系统的参数图2-4冷却管分布2.4材料的选择本课题是对薄壁塑件成型过程中翘曲的分析，对于材料的选择首先需要考虑在所需要的壁厚范围内的材料据表2-4，其次根据所选的材料考虑加工后对塑件精度的要求据表2-5。表2-4几种热塑性塑料的壁厚和加工条件[9]材料熔体温度/℃注射压力/MPa模具温度/℃壁厚/mm聚酰胺/尼龙200～32080～15080～1200.6～3.0聚丙烯160～26080～12055～650.6～3.5ABS200～26080～20040～601.5～4.5丙烯酸酯类180～250100～20050～701.5～5.0均聚甲醛180～220100～20080～1101.5～5.0表2-5塑件精度等级选用建议[9]塑料名称高精度一般精度低精度聚酰胺/尼龙456聚丙烯567ABS345丙烯酸酯类345聚甲醛567模具表面温度80℃熔体温度260℃模具温度最大值85℃模具温度最小值60℃熔体温度最大值220℃熔体温度最小值280℃绝对最大熔体温度300℃顶出温度90℃表2-6ABS推荐工艺经过参考所有数据资料本课题中选取的材料为ABS树脂材料。ABS树脂材料可以加工壁厚为1.5～4.5mm的塑件，对于笔记本而言外壳就等于门面，因此对精度要求较高，ABS可以满足不同要求下的精度要求。经过筛选选择由Lanxess制造的ABS树脂，材料类型是Amorphous产品牌号为LustranABSH605。对于这款ABS材料Moldflow中的PVT曲线如图2-5，推荐工艺参数如表2-6。图2-5ABS的PVT曲线2.5工艺参数的设定由选定的ABS材料进行导入，得到Moldflow推荐工艺参数表2-6，以及选取ABS的参考表，几种热塑性塑料的壁厚和加工条件表2-4最终选定工艺参数范围按照表2-7进行模拟。表2-7工艺参数参数123注射压/MPa160180200熔体温度/℃240260280注射+保压+冷却时间/s253035模具温度/℃6070802.6正交法简介及试验安排正交试验最早是由英国人费歇尔等人带头创建并用运的，他们最初先用运于农田中的一些实验。直到第二次世界大战结束，正交试验法被流入日本，在日本正交试验法成为了质量管理的重要方法。在日本田口玄一教授和一批科研工作人员，经过实验和理论分析做出了正交表，将费歇尔运用于农业实验的方法进行了改进和创新。这种重新创造的正交试验技术适用面宽、试验次数少、配置容易、分析简单等优点从而使其广泛被应用于实验数据的分析及处理。在传统工艺中许多工作者都是通过经验来判断加工工艺范围，并不断试验不断总结，不断改进。如本课题选取四个因素三个水平如果按正常实验将所有工艺参数验证需81次，正交法只需进行9次就能分析出最优工艺。2.6.1正交法简介在试验中把考虑影响到实验结果的变量成为因素，用大写字母A、B、C等表示。把每个因素考虑的几种条件或处于的不同状态称水平，用阿拉伯数字1、2、3等表示。根据因素水平选可选取不同的正交表L8（27）、L9（34）、L16（215）等表格。下标8、9、16等表示实验次数，括号内的数字代表2、3、2代表每个因素的水平，括号内的上标7、4、15则代表试验设定的因素[11]。2.6.2试验安排本课题试验过程中选择注射压力、熔体温度、模具温度、填充+保压+冷却时间四个因素每个因素取三个变量进行试验，也就是取了四个因子三个水平，选取L9（34）。因素水平表如表2-8所示，实验方案安排表如表2-9所示。表2-8L9（34）因素-水平表因素

水平A

注射压力B

熔体温度C

注射+保压+冷却时间D

模具温度1160MPa240℃25s60℃2180MPa260℃30s70℃3200MPa280℃35s80℃表2-9实验方案安排表因素编号A

注射压力B

熔体温度C

注射+保压+冷却时间D

模具温度1111121222313334212352231623127313283213933212.6.3正交法的意义如L9（34）正交表所示每个因素和水平的变化及分布都有很强的规律性，按照一定的规律变化，出现的次数相同。因此试验的结果中各因素对结果的安排基本相近，最大限度上排除其他因素的影响，突出最主要的因素。因此只要对个水平下的结果进行分析就能很好的分析出各个因素对实验的影响。

第三章实验结果及讨论在moldflow中系统将翘曲变形默认为以下三种：收缩不均匀引起的翘曲变形、冷却不均匀引起的翘曲变形以及分子定向性引起的翘曲变形。本课题在参数上取注射压力、熔体温度、注射+保压+冷却时间、模具温度这四个变量因子。在研究翘曲变形的过程中会通过对X、Y、Z三个方向上的翘曲变形的形变量作分析研究，来确定翘曲变形的是哪种翘曲变形效果最最显著。并通过分析验证得到最优工艺条件，同时分析以上四个变量因子那个是引起翘曲变形效果最为显著的工艺条件[14-15]。3.1实验分析3.1.1选取翘曲变形的种类经过实验分析得到在相同工艺条件下，不同的因素引起的翘曲变形量也是不相同的，如图3-1所示。3-1不同原因引起的翘曲变形由图3-1观察可以看到，由于冷却因素造成的翘曲变形的最大变形量是0.0433mm，由于收缩因素造成的翘曲变形的最大变形量是2.905mm，由于取向因素造成的翘曲变形的最大变形量可以忽略不记。因此，本课题主要通过收缩方面引起的翘曲变形进行分析。3.1.2X、Y、Z方向翘曲变形分析在收缩变形引起的不同翘曲分析中含有X轴方向的翘曲变形；Y轴方向的翘曲变形;Z轴方向的翘曲变形。在不同的方向翘曲变形量也是不经相同的，如图3-2所示选取其中一个工艺条件下的X、Y、Z三个不同面上的翘曲变形量。图3-2不同面上变形量根据图3-2所示在X方向上因收缩引起的变形量是0.2743mm，在Y方向上因收缩引起的变形量是0.3970mm，在Z方向上因收缩引起的变形量是2.655mm。由此可见在同一种工艺条件下在Z方向上变形量最为严重。3.1.3对Z方向上翘曲变形统计本课题选取了不同的工艺条件如表2-8所示，在不同工艺条件下Z方向翘曲变形量也不相同，如表3-1所示。表3-1Z方向上翘曲变形量因素

编号A

注射压力MPaB

熔体温度℃C

注射+保压+冷却时间sD

模具温度℃Z方向上的翘曲变形量mm11111-2.704～2.88721222-2.386～2.65531333-1.512～1.98442123-3.144～3.15352231-2.220～2.51762312-1.371～2.17973132-3.000～3.05283213-2.512～2.75993321-1.271～2.216经过在相同工艺条件下的对比可以很明显的观察到模拟过程中翘曲变形主要是由收缩不均引起的。也能观察出翘曲变形主要集中在Z方向上，因此本课题主要分析Z方向上的翘曲变形。3.2使用极差法进行数据分析首先对注塑压力进行分析，将实验结果按表3-2排列，其中A：注射压力；B:熔体温度；C:注射+保压+冷却时间；D:模具温度。表3-2实验安排表 ABCD1、2、3A1B1、B2、B3C1、C2、C3D1、D2、D34、5、6A2B1、B2、B3C1、C2、C3D1、D2、D37、8、9A3B1、B2、B3C1、C2、C3D1、D2、D3A因素的分析过程：A1、A2、A3分别为三组实验，其中在A1、A2、A3三组试验中其他因素都只出现一次。将第一组实验数据相加后取平均值，即实验序号为1、2、3的实验数据，将和值记为Ki，平均值ki=Ki/3。取ki的最大值和最小值做差，记做Ri，把这个差值叫做极差。其中Ki的大小反应不同因素对水平的影响。Zi代表Z方向翘曲变形量。 =2.887+2.655+1.984=7.526=8.89/3=2.508同理可得：=7.849=2.616=8.027=2.675=2.675-2.508=0.167同理对B因素进行分析按表3-3。表3-3实验安排表 ABCD1、4、7A1、A2、A3B1C1、C2、C3D1、D2、D32、5、8A1、A2、A3B2C1、C2、C3D1、D2、D33、6、9A1、A2、A3B3C1、C2、C3D1、D2、D39.0927.9316.3793.0302.6432.1260.904同理对C因素进行分析按表3-4。表3-4实验安排表 ABCD1、6、8A1、A2、A3B1、B2、B3C1D1、D2、D32、4、9A1、A2、A3B1、B2、B3C2D1、D2、D33、5、7A1、A2、A3B1、B2、B3C3D1、D2、D37.8258.0247.5532.6082.6742.5170.157同理对D因素进行分析按表3-5。表3-5实验安排表 ABCD1、5、9A1、A2、A3B1、B2、B3C1、C2、C3D12、6、7A1、A2、A3B1、B2、B3C1、C2、C3D23、4、8A1、A2、A3B1、B2、B3C1、C2、C3D37.6207.8867.8962.5402.6282.6320.092将计算数据整理得表3-6。表3-6计算结果统计ABCDK17.5269.0927.8257.620K27.8497.9318.0247.886K38.0276.3797.5537.896k12.5083.0302.6082.540k22.6162.6432.6742.628k32.6752.1262.5172.632R0.1670.9040.1570.0923.2.1显著性因素分析根据以上表格能观察到极差R分别是R(A)=0.167，R(B)=0.904，R(C)=0.157，R(D)=0.092大小顺序依次是R(B)>R(A)>R(C)>R(D)，那么对于整个翘曲变形的研究来说，对翘曲变形量在Z方向上影响最大的因素是熔体温度，其次分别是注射压力、填充+保压+冷却时间以及模具温度。3.2.2最优工艺分析极差法中各因素的最优与注塑件的要求有关，如本课题主要是针对薄壁翘曲变形量的问题，本课题的要求是变形量越小越好。在正交表中实验按照不同的参数组合设定实验方案，保证每个参数出现的次数相同。紧接着当进行二次分析时，既选取其中一个因素来分析时，其余的参数对分析结果影响不大，本节以此为依据进行分析。（1）注射压力，K3>K2>K1，根据分析得到K1效果最好即160MPa。（2）熔体温度，K1>K2>K3，根据分析得到K3效果最好即280℃。（3）填充+保压+冷却时间，K2>K1>K3，根据分析得到K3效果最好即35s。（4）模具温度，K3>K2>K1，根据分析得到K1效果最好即60℃。根据以上分析本课题得到的最优工艺条件如表3-7所示，最优工艺和试验4翘曲效果对比图，如图3-3所示。表3-7最优工艺条件工艺条件参数工艺条件参数注射压力160MPa模具温度60℃熔体温度280℃填充+保压+冷却时间35s图3-3最优工艺与试验4的对比由分析得的数据经过模拟成型与其中任意一试验对比，发现经过优化后翘曲变形量由最初的6.297mm变为到3.441mm，经过这些验证也进一步证明对翘曲变形影响最为显著的因素是熔体温度。3.3实验结论本课题主要研究在薄壁注塑成型中的翘曲问题产生的原因，以及分析的哪些工艺参数相关对翘曲变形量影响最为显著。经过实验验证得出以下结论：（1）在薄壁注塑成型中，收缩是引起翘曲变形的主要因素。（2）在薄壁注塑成型中，翘曲变形主要集中在Z方向。（3）在薄壁注塑成型中，对变形量影响的因素从主到次依次是熔体温度、注塑压力、注塑+保压+冷却时间、模具温度。（4）经分析得到得到最优工艺，如表3-7所示。

结论根据论文实验验