基于极差分析的SMC复合材料模压工艺参数优化

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2022.10.012

中国塑料 ›› 2022, Vol. 36 ›› Issue (10): 77-83.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2022.10.012

基于极差分析的SMC复合材料模压工艺参数优化

汪兴¹^,², 贾志欣²(), 刘立君², 李继强², 张臣臣¹^,², 王少峰³

^1.浙江大学机械工程学院，杭州 310012
^2.浙大宁波理工学院，浙江宁波 315100
^3.宁波益普乐模塑有限公司，浙江宁波 315615

收稿日期:2022-07-05 出版日期:2022-10-26 发布日期:2022-10-27
通讯作者: 贾志欣（1970—），女，教授，从事复合材料成型工艺优化、模具表面仿生强化研究，jzx@nit.zju.edu.cn
E-mail:jzx@nit.zju.edu.cn

Optimization of molding process parameters for sheet molding compound composites based on range analysis

WANG Xing¹^,², JIA Zhixin²(), LIU Lijun², LI Jiqiang², ZHANG Chenchen¹^,², WANG Shaofeng³

^1.School of Mechanical Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310012，China
^2.Ningbo Tech University，Ningbo 315100，China
^3.Ningbo City EPL Mould & Plastic Co，Ltd，Ningbo 315615，China

Received:2022-07-05 Online:2022-10-26 Published:2022-10-27
Contact: JIA Zhixin E-mail:jzx@nit.zju.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

为了探讨模压成型参数对于片状模塑料（SMC）材料模压制品综合力学性能的影响，将模压成型过程分为3个阶段，以3个阶段的压力与时间共6个参数作为影响因子，对制品的拉伸强度、弯曲强度与冲击强度进行测试，设计了正交试验，以制品的力学性能作为评价指标，采用极差分析法，分析讨论了各阶段工艺参数对SMC复合材料制品力学性能的影响，并结合成型过程中材料状态变化分析造成实验结果的原因，最终得到优化后的工艺参数。

关键词: 片状模塑料, 极差分析, 力学性能, 模压工艺

Abstract:

To explore the effect of compression molding parameters on the comprehensive mechanical properties of sheet molding compound （SMC）⁃molded products. Dividing the compression molding process into three stages and taking the pressure and time of the three stages as totally six parameters for the influencing factors， the tensile strength， bending strength and impact strength of the products were characterized. Then， an orthogonal experiment was designed by taking the mechanical properties of the products as evaluation indicators. A range analysis method was used to analyze and discuss the effect of each process parameter of each stage on the mechanical properties of the SMC composite products. The reasons for the experimental results were analyzed by a combination of the change of material state during the molding process. Finally， the optimized process parameters were obtained.

Key words: sheet molding compound, range analysis, mechanical property, molding process

中图分类号:

TQ320.66

汪兴, 贾志欣, 刘立君, 李继强, 张臣臣, 王少峰. 基于极差分析的SMC复合材料模压工艺参数优化[J]. 中国塑料, 2022, 36(10): 77-83.

WANG Xing, JIA Zhixin, LIU Lijun, LI Jiqiang, ZHANG Chenchen, WANG Shaofeng. Optimization of molding process parameters for sheet molding compound composites based on range analysis[J]. China Plastics, 2022, 36(10): 77-83.

图/表 13

图1 模具简图

Fig.1 Sketch of the mold

水平	因素
水平	$p 1$ /kN	$p 2$ /kN	$p 3$ /kN	$t 1$ /s	$t 2$ /s	$t 3$ /s
1	450	450	450	25	25	25
2	500	500	500	28	28	28
3	550	550	550	31	31	31
4	600	600	600	34	34	34
5	650	650	650	37	37	37

水平	因素
水平	$p 1$ /kN	$p 2$ /kN	$p 3$ /kN	$t 1$ /s	$t 2$ /s	$t 3$ /s
1	450	450	450	25	25	25
2	500	500	500	28	28	28
3	550	550	550	31	31	31
4	600	600	600	34	34	34
5	650	650	650	37	37	37

表1 正交试验的因素水平表

Tab.1 Factors and levels table of orthogonal test

表1 正交试验的因素水平表

Tab.1 Factors and levels table of orthogonal test

图2 试样切割方案

Fig.2 Cutting plan of the sample

序号	第一阶段压力/kN	第二阶段压力/kN	第三阶段压力/kN	第一阶段时间/s	第二阶段时间/s	第三阶段时间/s	拉伸强度/ MPa	弯曲强度/ MPa	冲击强度/ kJ·m^-2
序号	$p 1$	$p 2$	$p 3$	$t 1$	$t 2$	$t 3$	$σ t$	$σ f$	$a c U$
1	450	450	450	25	25	25	71.36	165.81	65.54
2	450	500	550	34	37	28	75.90	152.54	78.26
3	450	550	650	28	34	31	82.58	157.58	80.78
4	450	600	500	37	31	34	82.82	139.67	63.16
5	450	650	600	31	28	37	73.03	159.28	73.86
6	500	450	650	34	31	37	70.15	151.14	68.40
7	500	500	500	28	28	25	82.40	135.34	68.59
8	500	550	600	37	25	28	85.26	137.94	61.90
9	500	600	450	31	37	31	73.51	156.68	64.17
10	500	650	550	25	34	34	70.30	146.41	62.19
11	550	450	600	28	37	34	77.56	157.09	70.30
12	550	500	450	37	34	37	68.45	155.28	69.44
13	550	550	550	31	31	25	68.64	144.36	64.82
14	550	600	650	25	28	28	85.73	141.19	65.41
15	550	650	500	34	25	31	74.94	151.52	70.54
16	600	450	550	37	28	31	63.32	149.27	51.70
17	600	500	650	31	25	34	72.63	146.60	63.26
18	600	550	500	25	37	37	74.40	160.67	65.36
19	600	600	600	34	34	25	78.20	136.02	77.29
20	600	650	450	28	31	28	73.95	150.90	62.87
21	650	450	500	31	34	28	76.60	143.86	58.49
22	650	500	600	25	31	31	69.18	173.37	63.92
23	650	550	450	34	28	34	81.58	154.83	61.95
24	650	600	550	28	25	37	65.83	156.22	57.68
25	650	650	650	37	37	25	69.54	140.13	62.94

序号	第一阶段压力/kN	第二阶段压力/kN	第三阶段压力/kN	第一阶段时间/s	第二阶段时间/s	第三阶段时间/s	拉伸强度/ MPa	弯曲强度/ MPa	冲击强度/ kJ·m^-2
序号	$p 1$	$p 2$	$p 3$	$t 1$	$t 2$	$t 3$	$σ t$	$σ f$	$a c U$
1	450	450	450	25	25	25	71.36	165.81	65.54
2	450	500	550	34	37	28	75.90	152.54	78.26
3	450	550	650	28	34	31	82.58	157.58	80.78
4	450	600	500	37	31	34	82.82	139.67	63.16
5	450	650	600	31	28	37	73.03	159.28	73.86
6	500	450	650	34	31	37	70.15	151.14	68.40
7	500	500	500	28	28	25	82.40	135.34	68.59
8	500	550	600	37	25	28	85.26	137.94	61.90
9	500	600	450	31	37	31	73.51	156.68	64.17
10	500	650	550	25	34	34	70.30	146.41	62.19
11	550	450	600	28	37	34	77.56	157.09	70.30
12	550	500	450	37	34	37	68.45	155.28	69.44
13	550	550	550	31	31	25	68.64	144.36	64.82
14	550	600	650	25	28	28	85.73	141.19	65.41
15	550	650	500	34	25	31	74.94	151.52	70.54
16	600	450	550	37	28	31	63.32	149.27	51.70
17	600	500	650	31	25	34	72.63	146.60	63.26
18	600	550	500	25	37	37	74.40	160.67	65.36
19	600	600	600	34	34	25	78.20	136.02	77.29
20	600	650	450	28	31	28	73.95	150.90	62.87
21	650	450	500	31	34	28	76.60	143.86	58.49
22	650	500	600	25	31	31	69.18	173.37	63.92
23	650	550	450	34	28	34	81.58	154.83	61.95
24	650	600	550	28	25	37	65.83	156.22	57.68
25	650	650	650	37	37	25	69.54	140.13	62.94

表2 正交试验结果

Tab.2 Result of the orthogonal test

表2 正交试验结果

Tab.2 Result of the orthogonal test

各水平拉伸强度均值/MPa	影响因素
各水平拉伸强度均值/MPa	$p 1$	$p 2$	$p 3$	$t 1$	$t 2$	$t 3$
$k 1$	77.14	71.80	73.77	74.20	74.01	74.03
$k 2$	76.33	73.72	78.24	76.47	77.22	79.49
$k 3$	75.07	78.50	68.80	72.88	72.95	72.71
$k 4$	72.50	77.22	76.65	76.16	75.23	76.98
$k 5$	72.55	72.36	76.13	73.88	74.19	70.38
$R$	4.64	6.69	9.43	3.58	4.26	9.11

各水平拉伸强度均值/MPa	影响因素
各水平拉伸强度均值/MPa	$p 1$	$p 2$	$p 3$	$t 1$	$t 2$	$t 3$
$k 1$	77.14	71.80	73.77	74.20	74.01	74.03
$k 2$	76.33	73.72	78.24	76.47	77.22	79.49
$k 3$	75.07	78.50	68.80	72.88	72.95	72.71
$k 4$	72.50	77.22	76.65	76.16	75.23	76.98
$k 5$	72.55	72.36	76.13	73.88	74.19	70.38
$R$	4.64	6.69	9.43	3.58	4.26	9.11

表3 拉伸强度极差分析结果

Tab.3 Range analysis results of tensile strength

表3 拉伸强度极差分析结果

Tab.3 Range analysis results of tensile strength

图3 拉伸强度的极差值

Fig.3 Diagram of range of tensile strength

图4 拉伸强度的不同参数水平数据

Fig.4 Data graph for different parameters of tensile strength

各水平弯曲强度均值/MPa	影响因素
各水平弯曲强度均值/MPa	$p 1$	$p 2$	$p 3$	$t 3$	$t 2$	$t 3$
$k 1$	154.98	153.44	156.70	157.50	151.62	144.34
$k 2$	145.51	152.63	146.22	151.43	147.99	145.29
$k 3$	149.89	151.08	149.77	150.16	151.89	157.69
$k 4$	148.70	145.96	152.75	149.21	147.84	148.92
$k 5$	153.69	149.65	147.33	144.46	153.43	156.52
$R$	9.48	7.48	10.49	13.04	5.59	13.35

各水平弯曲强度均值/MPa	影响因素
各水平弯曲强度均值/MPa	$p 1$	$p 2$	$p 3$	$t 3$	$t 2$	$t 3$
$k 1$	154.98	153.44	156.70	157.50	151.62	144.34
$k 2$	145.51	152.63	146.22	151.43	147.99	145.29
$k 3$	149.89	151.08	149.77	150.16	151.89	157.69
$k 4$	148.70	145.96	152.75	149.21	147.84	148.92
$k 5$	153.69	149.65	147.33	144.46	153.43	156.52
$R$	9.48	7.48	10.49	13.04	5.59	13.35

表4 弯曲强度极差分析结果

Tab.4 Range analysis results of bending strength

表4 弯曲强度极差分析结果

Tab.4 Range analysis results of bending strength

图5 弯曲强度极差值

Fig.5 Diagram of range of bending strength

图6 弯曲强度不同参数水平数据

Fig.6 Data graph for different parameters of bending strength

各水平冲击强度均值/kJ·m^-2	影响因素
各水平冲击强度均值/kJ·m^-2	$p 1$	$p 2$	$p 3$	$t 1$	$t 2$	$t 3$
$k 1$	72.32	62.89	64.80	64.49	63.79	67.84
$k 2$	65.05	68.70	65.23	68.05	64.31	65.39
$k 3$	68.11	66.97	62.94	64.93	64.64	66.23
$k 4$	64.10	65.55	69.46	71.29	69.64	64.18
$k 5$	61.00	66.48	68.16	61.83	68.21	66.95
$R$	11.32	5.81	6.52	9.46	5.85	3.66

各水平冲击强度均值/kJ·m^-2	影响因素
各水平冲击强度均值/kJ·m^-2	$p 1$	$p 2$	$p 3$	$t 1$	$t 2$	$t 3$
$k 1$	72.32	62.89	64.80	64.49	63.79	67.84
$k 2$	65.05	68.70	65.23	68.05	64.31	65.39
$k 3$	68.11	66.97	62.94	64.93	64.64	66.23
$k 4$	64.10	65.55	69.46	71.29	69.64	64.18
$k 5$	61.00	66.48	68.16	61.83	68.21	66.95
$R$	11.32	5.81	6.52	9.46	5.85	3.66

表5 冲击强度极差分析结果

Tab.5 Range analysis results of impact strength

表5 冲击强度极差分析结果

Tab.5 Range analysis results of impact strength

图7 冲击强度的极差值

Fig.7 Diagram of range of impact strength

图8 冲击强度的不同参数水平数据

Fig.8 Data graph for different parameters of impact strength

参考文献 17

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基于极差分析的SMC复合材料模压工艺参数优化

Optimization of molding process parameters for sheet molding compound composites based on range analysis

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