基于响应面法的螺杆转子注射成型工艺研究

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.06.014

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (6): 90-97.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.06.014

基于响应面法的螺杆转子注射成型工艺研究

尹大帅(), 赵永强(), 黑刚刚, 李志斌

陕西理工大学机械工程学院，陕西省工业化重点实验室，陕西汉中 723001

收稿日期:2023-10-13 出版日期:2024-06-26 发布日期:2024-06-20
通讯作者: 赵永强，zyq0620@163.com
E-mail:zyq0620@163.com
作者简介:尹大帅（1998-），男，研究生，主要从事非金属螺杆转子及其加工工艺研究，zyq0620@163.com

Optimization of injection⁃molding process of screw rotor based on response surface method

YIN Dashuai(), ZHAO Yongqiang(), HEI Ganggang, LI Zhibin

Shaanxi Key Laboratory of Industrial Automation，College of Mechanical Engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723001，China

Received:2023-10-13 Online:2024-06-26 Published:2024-06-20
Contact: ZHAO Yongqiang E-mail:zyq0620@163.com

摘要/Abstract

摘要：

针对传统金属型螺杆转子制造工艺复杂、加工精度难以控制等问题，提出一种新型螺杆转子注射成型方法，尝试用塑料材质取代金属型螺杆转子。使用Moldflow模流软件对玻纤增强聚酰胺材料的螺杆转子齿面注射成型进行注塑模拟，将缩痕深度和翘曲变形作为质量标准，对影响塑件成型质量的7个工艺参数进行筛选分析，确定了影响2个质量标准的3个工艺参数。采用BBD响应面实验设计方法，研究了熔体温度、保压时间、保压压力等注塑工艺参数对缩痕深度和翘曲变形的影响，获得了最小缩痕深度和最小翘曲变形的多项式回归响应模型。利用回归模型优化的工艺参数组合为熔体温度281.0 ℃，保压时间18.7 s，保压压力115.7 MPa。数值模拟了最优参数组合，结果表明数值模拟与模型预测值的误差分别为3.75 %和0.53 %。

关键词: 螺杆转子, 响应面法, 缩痕深度, 翘曲变形

Abstract:

Aiming at the problems in the complicated process and the difficulty to control the precision of traditional metal type screw rotor， a new injection⁃molding method with a screw rotor was proposed to replace the metal type rotor with a plastic material. The Moldflow software was used to analyze the injection molding of the tooth surface of the screw rotor using glass⁃fiber⁃reinforced nylon as a raw material. The depth of shrinkage and warping deformation were taken as quality criteria to screen and analyze 7 process parameters affecting the molding quality of plastic parts， and 3 process parameters that had the greatest impact on the 2 quality standards were determined. A response surface experiment was designed through the BBD experiment. The influence of injection process parameters such as melt temperature， holding time， and holding pressure on the shrinkage depth and warp deformation was studied. A polynomial regression response model for minimum shrinkage depth and warp deformation was obtained. Using regression model， the optimal combination of process parameters was determined to be a melt temperature of 281.0 ℃， a pressure holding time of 18.7 s， and a pressure holding pressure of 115.7 MPa. The results indicated that the values obtained from the numerical simulation and prediction with the model were similar along with errors of 3.75 % and 0.53 %， respectively.

Key words: screw rotor, response surface method, indentation depth, buckling deformation

中图分类号:

TQ320.66⁺2

尹大帅, 赵永强, 黑刚刚, 李志斌. 基于响应面法的螺杆转子注射成型工艺研究[J]. 中国塑料, 2024, 38(6): 90-97.

YIN Dashuai, ZHAO Yongqiang, HEI Ganggang, LI Zhibin. Optimization of injection⁃molding process of screw rotor based on response surface method[J]. China Plastics, 2024, 38(6): 90-97.

图/表 23

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工艺性能	数值
推荐模具表面温度/℃	80
推荐熔体温度/℃	290
推荐模具温度范围/℃	80~120
推荐熔体温度范围/℃	280~300
绝对最大熔体温度/℃	300
顶出温度/℃	215
最大剪切应力/MPa	0.5
最大剪切速率/s^-1	60 000

工艺性能	数值
推荐模具表面温度/℃	80
推荐熔体温度/℃	290
推荐模具温度范围/℃	80~120
推荐熔体温度范围/℃	280~300
绝对最大熔体温度/℃	300
顶出温度/℃	215
最大剪切应力/MPa	0.5
最大剪切速率/s^-1	60 000

方案编号	注射时间/ s	熔体温度/ ℃	保压时间/ s	开模时间/ s	注射压力/MPa	模具表面温度/ ℃	保压压力/ MPa	缩痕深度/ mm	翘曲变形总量/ mm
1	3	280	16	4	115	80	80	0.698	0.622
2	4	280	16	6	115	120	120	0.667	0.616
3	4	300	24	4	125	80	80	0.795	0.658
4	4	300	24	6	125	120	120	0.851	0.655
5	6	280	16	4	125	80	80	0.708	0.669
6	6	280	16	6	125	120	120	0.65	0.652
7	6	300	24	4	115	80	80	0.758	0.640
8	6	300	24	6	115	120	120	0.809	0.647

方案编号	注射时间/ s	熔体温度/ ℃	保压时间/ s	开模时间/ s	注射压力/MPa	模具表面温度/ ℃	保压压力/ MPa	缩痕深度/ mm	翘曲变形总量/ mm
1	3	280	16	4	115	80	80	0.698	0.622
2	4	280	16	6	115	120	120	0.667	0.616
3	4	300	24	4	125	80	80	0.795	0.658
4	4	300	24	6	125	120	120	0.851	0.655
5	6	280	16	4	125	80	80	0.708	0.669
6	6	280	16	6	125	120	120	0.65	0.652
7	6	300	24	4	115	80	80	0.758	0.640
8	6	300	24	6	115	120	120	0.809	0.647

因子	对缩痕深度影响的百分比/%	对翘曲变形影响的百分比/%
注射时间	3.91	13.32
熔体温度	30.14	28.53
开模时间	3.02	2.04
速度/压力切换（由注射压力）	5.14	5.15
持续时间（保压时间）	22.88	17.20
模具表面温度	5.43	8.32
保压压力	29.48	25.45

基于响应面法的螺杆转子注射成型工艺研究

Optimization of injection⁃molding process of screw rotor based on response surface method

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实验水平	实验因子
实验水平	熔体温度/℃	保压时间/s	保压压力/MPa
-1	280	18	80
0	290	20	100
1	300	22	120

实验号	运行号	熔体温度/℃	保压时间/s	保压压力/MPa	缩痕深度/mm	翘曲变形/mm
1	10	280	18	100	0.575 3	0.610 4
2	16	300	18	100	0.694 0	0.653 5
3	7	280	22	100	0.637 8	0.615 2
4	14	300	22	100	0.712 4	0.653 3
5	6	280	20	80	0.635 3	0.616 5
6	3	300	20	80	0.743 8	0.657 9
7	11	280	20	120	0.586 1	0.612 1
8	12	300	20	120	0.665 8	0.646 4
9	5	290	18	80	0.698 7	0.618 1
10	15	290	22	80	0.722 0	0.618 9
11	2	290	18	120	0.621 4	0.607 9
12	17	290	22	120	0.629 7	0.608 1
13	8	290	20	100	0.631 1	0.611 4
14	9	290	20	100	0.631 1	0.611 4
15	1	290	20	100	0.631 1	0.611 4
16	13	290	20	100	0.631 1	0.611 4
17	4	290	20	100	0.631 1	0.611 4
1	10	280	18	100	0.575 3	0.610 4
2	16	300	18	100	0.694 0	0.653 5
3	7	280	22	100	0.637 8	0.615 2

类型	变差平方和	自由度	均方	F	P_r>F
模型	0.034 9	9	0.003 9	51.05	<0.000 1
熔体温度（A）	0.018 2	1	0.018 2	239.48	<0.000 1
保压时间（B）	0.001 6	1	0.001 6	20.82	0.002 6
保压压力（C）	0.011 0	1	0.011 0	144.94	<0.000 1
AB	0.000 5	1	0.000 5	6.40	0.039 2
AC	0.000 2	1	0.000 2	2.73	0.142 5
BC	0.000 1	1	0.000 1	0.7404	0.418 0
A²	0.000 2	1	0.000 2	2.55	0.154 1
B²	0.001 2	1	0.001 2	15.99	0.005 2
C²	0.001 7	1	0.001 7	21.87	0.002 3
残差	0.000 5	7	0.000 1	-	-
失拟项	0.000 5	3	0.0002	-	-
纯误差	0.000 0	4	0	-	-
总计	0.035 4	16	-	-	-

类型	变差平方和	自由度	均方	F	P_r>F
模型	0.0051	9	0.000 6	461.59	<0.000 1
A	0.0031	1	0.003 1	2 489.50	<0.000 1
B	3.920×10^-6	1	3.920×10^-6	3.17	0.118 2
C	0.0002	1	0.000 2	137.70	<0.000 1
AB	6.250×10^-6	1	6.250×10^-6	5.06	0.059 3
AC	0.0000	1	0.0000	10.20	0.015 2
BC	9.000×10^-8	1	9.000×10^-8	0.072 8	0.795 1
A²	0.0018	1	0.001 8	1 479.05	<0.000 1
B²	3.132×10^-6	1	3.132×10^-6	2.53	0.155 4
C²	4.106×10^-6	1	4.106×10^-6	3.32	0.111 1
残差	8.652×10^-6	7	1.236×10^-6	-	-
失拟项	8.652×10^-6	3	2.884×10^-6	-	-
纯误差	0.0000	4	0	-	-
总计	0.0051	16	-	-	-

工艺参数	数值
熔体温度/℃	281.0
保压时间/s	18.7
保压压力/MPa	115.7
缩痕深度预测值/mm	0.576
翘曲变形预测值/mm	0.608

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