气辅成型工艺参数正交精准设计优化

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.07.011

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (7): 62-67.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.07.011

气辅成型工艺参数正交精准设计优化

任清海¹^,²(), 孙祖东¹, 耿铁²()

^1.安阳职业技术学院机电工程学院，河南安阳 455000
^2.河南工业大学机电工程学院，郑州 450007

收稿日期:2023-04-21 出版日期:2024-07-26 发布日期:2024-07-24
通讯作者: 耿铁（1968—），男，教授，工学博士，主要从事材料成型过程的数值模拟和工艺优化研究，tiegeng2000@163.com
E-mail:renqinghai2010@163.com;tiegeng2000@163.com
作者简介:任清海(1976—)，男，副教授，工学硕士，主要从事塑料及玻璃成型过程数值模拟及结果数据可视化研究，renqinghai2010@163.com
基金资助:
河南省高等学校重点科研项目(23B460021);国家自然科学基金(51375143)

Orthogonal precision design optimization of gas⁃assisted molding process parameters

REN Qinghai¹^,²(), SUN Zudong¹, GENG Tie²()

^1.Anyang Vocational and Technical College，Anyang 455000，China
^2.Henan University of Technology，Zhengzhou 450007，China

Received:2023-04-21 Online:2024-07-26 Published:2024-07-24
Contact: GENG Tie E-mail:renqinghai2010@163.com;tiegeng2000@163.com

摘要/Abstract

摘要：

“双碳”目标下，气辅成型技术为塑料成型实现降低碳排放提供了有效途径。为精准规划气辅成型参数，提升气辅成型质量和效率，有效降低碳排放，采用三维数值模拟和成型实验，研究参数交互作用下气辅成型工艺正交优化。结果表明，参数交互作用对气体穿透长度影响小，而对气指缺陷的影响显著。极差分析的基础上，获得了优选参数组：熔体温度240 ℃，注气压力3 MPa，延迟时间4 s，模具温度40 ℃。经数值模拟和成型实验验证，优选参数组下得到气辅塑件的气体穿透长度及气指指标优良，可用于气辅成型实际生产。

关键词: 双碳, 气辅成型, 正交试验, 精准设计, 优化

Abstract:

Based on the dual⁃carbon goal， the gas⁃assisted molding technology can provide an effective way for plastic molding to reduce carbon emissions. To design the gas⁃assisted molding parameters accurately， improve the gas⁃assisted molding quality and efficiency， and reduce carbon emissions effectively， the orthogonal optimization with a parameter interaction was studied through 3D numerical simulation and experiments. The results indicated that the parameter interaction had little effect on the gas penetration length but a significant effect on the gas finger defect. Based on the range analysis， the optimized parameter group was obtained at a polymer temperature of 240 ℃， a gas injection pressure of 3 MPa， a delay time of 4 s， and a mold temperature of 40 ℃. The numerical simulation and experiments indicated that the gas penetration length and gas finger under the optimized parameter group were excellent， which could be used in the actual gas⁃assisted molding production.

Key words: dual carbon, gas?assisted injection molding, orthogonal test, precision design, optimization

中图分类号:

任清海, 孙祖东, 耿铁. 气辅成型工艺参数正交精准设计优化[J]. 中国塑料, 2024, 38(7): 62-67.

REN Qinghai, SUN Zudong, GENG Tie. Orthogonal precision design optimization of gas⁃assisted molding process parameters[J]. China Plastics, 2024, 38(7): 62-67.

图/表 12

参考文献 15

1	任清海，耿铁. 注气时间对气辅成型气体穿透影响的数值模拟和实验研究［J］. 塑料科技，2019，47（8）：76⁃79.
	REN H Q， GENG T. Numerical simulation and experiment about the influence of gas injection time on gas penetration in gas⁃assisted Injection Molding［J］. Plastics Science and Technology，2019，47（8）：76⁃79.
2	REN Q H， GENG T. Key technologies research on section display of full 3D gas⁃assisted injection molding simulation results［J］. Applied Mechanics and Materials，2013，365⁃366：580⁃583
3	耿铁，闫丽群，张艳云. 气辅注塑成型过程中气体穿透长度的MPI三维数值模拟及实验研究［J］. 科学技术与工程，2013，13（6）：4 727⁃4 731.
	GENG T， YAN L Q， ZHANG Y Y. The MPI 3D⁃simulation and experiment of the gas penetration length in gas⁃assisted Injection Molding［J］. Science Technology and Engineering，2013，13（6）：4 727⁃4 731.
4	Li C T， Shin J W， Isayey A I，et al. Primary and secondary gas penetration during gas⁃assisted injection molding—part II： simulation and experiment［J］. Polymer Engineering and Science，2004.5：992⁃1 002.
5	周海迎，柳和生，江青松，等. 工艺参数对溢流法水辅注塑残余壁厚的影响［J］.塑料，2020，49（3）：47⁃51.
	ZHOU H Y， LIU H S， JIANG Q S，et al. Effect of process parameters on residual wall thickness in overflow water⁃assisted injection molding［J］. Plastics，2020，49（3）：47⁃51.
6	黄淑慧，匡唐清，林军，等.圆管件溢料法气辅共注塑工艺的实验分析［J］.塑料，2015，44（6）：111⁃114.
	HUANG S H， KUANG T Q， LIN J，et al. Experimental investigation of overflow gas assisted co⁃injection molding circular tubes［J］. Plastics，2015，44（6）：111⁃114.
7	任重，黄兴元，柳和生，等.气体压力对聚合物气辅挤出成型影响实验及模拟［J］.四川大学学报（工程科学版），2016，48（1）：200⁃207.
	REN Z， HUANG X Y， LIU H S，et.al. Experiment and simulation on the effect of gas pressure on polymer gas assisted extrusion forming［J］. Journal of Sichuan University （Engineering Science Edition），2016，48（1）：200⁃207.
8	肖清武，柳和生，黄益宾，等. 注气工艺对外部气体辅助注塑成型制品翘曲与凹痕的影响［J］. 高分子材料科学与工程，2019，35（8）：112⁃117.
	XIAO Q W， LIU H S， HUANG Y B，et.al. Influence of gas⁃injection processing conditions on warpage and sink mark of part by external gas⁃assisted injection molding［J］. Polymer Materials Science & Engineering，2019，35（8）：112⁃117.
9	姜少飞，李吉泉，邱水金. 参数耦合作用下复杂汽车塑件气辅成型工艺正交优化研究［J］. 应用基础与工程科学学报，2011，19（6）：925⁃937.
	JIANG S F， LI J Q， QIU S J. An orthogonal optimization study of gas⁃assisted process for complex automotive parts with coupling parameters［J］. Journal of Basic Science and Engineering，2011，19（6）：925⁃937.
10	谭小红. 细长杆多腔模注塑成型工艺多因素多目标集成优化［D］. 镇江：江苏大学，2013.
11	任清海，耿铁. 延迟时间对气辅注射成型气体穿透行为影响的数值模拟和实验研究［J］. 中国塑料，2016，30（8）：70⁃74.
	REN Q H， GENG T. Numerical simulation and experiment of the influence of delay time on gas penetration in Gas⁃assisted injection molding［J］. China Plastics，2016，30（8）：70⁃74.
12	任清海，王子剑，耿铁. 注气参数对气辅成型气体穿透影响的研究［J］.现代塑料加工应用，2021，32（5）：46⁃48.
	REN Q H， WANG Z J， GENG T. Research on the influence of gas injection parameters on gas penetration in gas⁃assisted injection molding［J］. Modern Plastics Processing and Applications，2021，32（5）：46⁃48.
13	任清海，耿铁. 气辅新增参数对气辅注塑成型质量的影响［J］. 塑料，2021，50（1）：6⁃11.
	REN Q H， GENG T. The influence of nhew gas⁃assisted parameters on the quality of gas⁃assisted injection molding［J］. Plastics，2021，50（1）：6⁃11.
14	任清海，耿铁. 正交试验优选气辅成型工艺参数［J］.合成树脂及塑料，2022，39（1）：54⁃59.
	REN Q H， GENG T. Optimization of the gas⁃assisted injection molding process parameters based on orthogonal test［J］. China Synthetic Resin and Plastics，2022，39（1）：54⁃59.
15	周大路. 气辅成型中成型工艺对制品翘曲的影响［J］.塑料工业，2014，42（10）：65⁃67.
	ZHOU D L. Effect of molding process on the warpage of product in the gas assistance formation［J］. China Plastics Industry，2014，42（10）：65⁃67.

因素水平	熔体温度（A）/℃	注气压力（B）/MPa	延迟时间（C）/s	模具温度（D）/℃
1	220	3	0.5	40
2	240	20	4	60

因素水平	熔体温度（A）/℃	注气压力（B）/MPa	延迟时间（C）/s	模具温度（D）/℃
1	220	3	0.5	40
2	240	20	4	60

试验号	A	B	A×B	C	A×C	B×C		D	A×D	B×D		C×D				气体穿透长度/mm	最大气指幅度/mm
1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	168.93	3.5
2	1	1	1	1	1	1	1	2	2	2	2	2	2	2	2	158.77	2.38
3	1	1	1	2	2	2	2	1	1	1	1	2	2	2	2	187.25	3.81
4	1	1	1	2	2	2	2	2	2	2	2	1	1	1	1	172.74	2.44
5	1	2	2	1	1	2	2	1	1	2	2	1	1	2	2	157.6	3.72
6	1	2	2	1	1	2	2	2	2	1	1	2	2	1	1	158.17	3.3
7	1	2	2	2	2	1	1	1	1	2	2	2	2	1	1	180.42	3.25
8	1	2	2	2	2	1	1	2	2	1	1	1	1	2	2	167.49	3.23
9	2	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2	168.23	6.31
10	2	1	2	1	2	1	2	2	1	2	1	2	1	2	1	162.07	4.97
11	2	1	2	2	1	2	1	1	2	1	2	2	1	2	1	186.98	3
12	2	1	2	2	1	2	1	2	1	2	1	1	2	1	2	178.3	4.26
13	2	2	1	1	2	2	1	1	2	2	1	1	2	2	1	161.52	4.9
14	2	2	1	1	2	2	1	2	1	1	2	2	1	1	2	158.38	3.87
15	2	2	1	2	1	1	2	1	2	2	1	2	1	1	2	176.88	4.78
16	2	2	1	2	1	1	2	2	1	1	2	1	2	2	1	162.23	3.42

试验号	A	B	A×B	C	A×C	B×C		D	A×D	B×D		C×D				气体穿透长度/mm	最大气指幅度/mm
1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	1	168.93	3.5
2	1	1	1	1	1	1	1	2	2	2	2	2	2	2	2	158.77	2.38
3	1	1	1	2	2	2	2	1	1	1	1	2	2	2	2	187.25	3.81
4	1	1	1	2	2	2	2	2	2	2	2	1	1	1	1	172.74	2.44
5	1	2	2	1	1	2	2	1	1	2	2	1	1	2	2	157.6	3.72
6	1	2	2	1	1	2	2	2	2	1	1	2	2	1	1	158.17	3.3
7	1	2	2	2	2	1	1	1	1	2	2	2	2	1	1	180.42	3.25
8	1	2	2	2	2	1	1	2	2	1	1	1	1	2	2	167.49	3.23
9	2	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2	1	2	168.23	6.31
10	2	1	2	1	2	1	2	2	1	2	1	2	1	2	1	162.07	4.97
11	2	1	2	2	1	2	1	1	2	1	2	2	1	2	1	186.98	3
12	2	1	2	2	1	2	1	2	1	2	1	1	2	1	2	178.3	4.26
13	2	2	1	1	2	2	1	1	2	2	1	1	2	2	1	161.52	4.9
14	2	2	1	1	2	2	1	2	1	1	2	2	1	1	2	158.38	3.87
15	2	2	1	2	1	1	2	1	2	2	1	2	1	1	2	176.88	4.78
16	2	2	1	2	1	1	2	2	1	1	2	1	2	2	1	162.23	3.42

因素	A	B	A×B	C	A×C	B×C	D	A×D	B×D	C×D
L₁	168.92	172.53	168.34	161.71	168.11	168.13	173.1	169.4	169.33	167.13
L₂	168.95	165.34	169.53	176.16	169.76	169.74	164.77	168.47	168.54	170.74
R	0.03	7.19	1.19	14.45	1.65	1.61	8.33	0.93	0.79	3.61

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Orthogonal precision design optimization of gas⁃assisted molding process parameters

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因素	A	B	A× B	C	A× C	B× C	D	A×D	B×D	C×D
L₁	3.2	3.83	3.64	4.12	3.55	3.98	4.16	3.85	3.81	3.97
L₂	4.44	3.81	4	3.52	4.1	3.66	3.48	3.79	3.84	3.67
R	1.24	0.02	0.36	0.6	0.55	0.32	0.68	0.06	0.03	0.3

编号	参数	数值
1	氮气气源压力	28~35 MPa
2	氮气气源报警压力	上限36 MPa、下限25 MPa
3	压力控制级数	1~6级
4	控制压力	0~34.45 MPa
5	升降压斜率	0.689~68.2 MPa/s
6	设定控制时间	0~99.99 s
7	响应时间	≤0.5
8	压力重复控制误差	≤±3 %

[1]	姜曙, 王阳, 翟孟雷, 李庆涛, 黄明, 刘春太. 连续碳纤增强B柱加强板结构设计与铺覆仿真[J]. 中国塑料, 2024, 38(4): 73-78.
[2]	李宁利, 王瑞, 常紫攀, 栗培龙. 沥青路面水性聚氨酯丙烯酸热反射涂料制备[J]. 中国塑料, 2024, 38(1): 21-27.
[3]	荣迪, 贾志欣, 刘立君, 李继强, 赵川涛, 高利珍, 王少峰. 环氧树脂/碳纤维复合材料模压制品冲击强度影响因素分析[J]. 中国塑料, 2024, 38(1): 55-61.
[4]	周磊, 张礼华, 陈景铭, 毛旭, 陈曙光, 邱建成. 可降解塑料片材机头流道的流场分析及设计优化[J]. 中国塑料, 2023, 37(9): 90-95.
[5]	丁海, 马秉馨, 花少震, 曹伟. 中心静脉导管挤出成型的Polyflow优化与模具设计[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 113-117.
[6]	朱家威, 潘威, 黄士争, MOHINI Sain, 杨卫民, 鉴冉冉. 高速高强熔融沉积成型技术研究进展[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 118-126.
[7]	高海亮, 胡程, 周宇强, 刘欣, 程建明, 宋桂珍. 3D打印零件的尺寸精度及控制[J]. 中国塑料, 2023, 37(8): 79-85.
[8]	黄岸王齐龙周洪福彭响方. 基于Moldex3d的薄壁复杂零件的注塑优化[J]. , 2023, 37(6): 59-65.
[9]	李传敏, 杨建军, 李洋, 王洛唯. PDMS/SiC功能梯度复合材料3D打印主动混合喷头结构设计与工艺参数优化[J]. 中国塑料, 2023, 37(2): 71-76.
[10]	许宇轩, 党开放, 傅南红, 焦晓龙, 谢鹏程, 杨卫民. 注射成型工艺自适应优化技术研究进展[J]. 中国塑料, 2022, 36(9): 180-186.
[11]	王晓东, 王权, 陈拓, 郑悦. 基于灰色关联分析和熵权法的双色注塑多目标参数优化[J]. 中国塑料, 2022, 36(7): 115-120.
[12]	谭磊, 黄兴元, 王涵, 潘留雯. 热风熔融废旧塑料造粒机熔融室温度场分析[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 149-157.
[13]	刘赣华, 唐乃夫, 马瑞伍. 等距螺旋锥齿轮MIM工艺参数多目标优化[J]. 中国塑料, 2022, 36(3): 96-103.
[14]	张响, 闫振昊, 孔小亚, 朱建晓, 关国涛, 赵娜, 李倩. 盘式螺杆微注塑机动盘结构优化研究[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 147-156.
[15]	任立辉, 李富柱, 王匀, 戴亚春, 杨辉, 许桢英. 基于优劣解距离法⁃灰色关联分析的注射成型质量多目标优化[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 96-102.