智能除濕機(jī)外觀造型創(chuàng)新設(shè)計(jì)探究
摘要：智能除濕機(jī)能夠降低潮濕空氣帶來(lái)的細(xì)菌損傷，其外觀影響著市場(chǎng)銷(xiāo)量。利用Pro/E三維建模軟件，對(duì)智能除濕機(jī)外殼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。基于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，利用Mold?ow軟件研究了智能除濕機(jī)外殼注塑加工工藝，設(shè)計(jì)了模具的澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，分析了塑件的翹曲變形情況。基于DOE試驗(yàn)法，結(jié)合極差分析法和方差分析法，對(duì)模具的最大翹曲變形進(jìn)行了優(yōu)化，使塑件的最大翹曲變形量降低了35.91%，并做了試模樣品。塑件質(zhì)量顯著改善，得到了較為良好的工藝參數(shù)，為其他類(lèi)似外觀造型設(shè)計(jì)和注塑加工制造提供了思路和方法。
關(guān)鍵詞：外觀造型；創(chuàng)新設(shè)計(jì)；Mold?ow；注塑
我國(guó)秦嶺淮河一線以南氣候潮濕易發(fā)霉，對(duì)許多家居產(chǎn)品造成不同程度的損傷，尤其是電器產(chǎn)品[1]。雖然冬季寒冷干燥，但某些地區(qū)仍會(huì)比較潮濕[2]，因此，除濕機(jī)的使用是十分必要的[3]。智能除濕機(jī)基于多傳感器融合技術(shù)，可根據(jù)設(shè)定的不同濕度進(jìn)行自主調(diào)節(jié)，簡(jiǎn)單方便實(shí)現(xiàn)智能除濕[4]。除了對(duì)功能的需求，人們對(duì)外觀的審美也越來(lái)越高。智能除濕機(jī)的外殼影響著其美觀程度，由于缺乏外觀創(chuàng)新設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在市場(chǎng)上很難受到消費(fèi)者的青睞，因此要著重對(duì)智能外殼進(jìn)行設(shè)計(jì)。除濕機(jī)的外殼材料為塑料，一般由注塑加工工藝制作而來(lái)，成型的質(zhì)量會(huì)影響外殼的外觀，因此有必要對(duì)其外殼的加工工藝進(jìn)行分析與優(yōu)化，保證成型質(zhì)量[5]。本實(shí)驗(yàn)從市場(chǎng)消費(fèi)者需求出發(fā)，對(duì)智能除濕機(jī)外觀造型進(jìn)行了設(shè)計(jì)，為了保證加工質(zhì)量，對(duì)其注塑加工工藝參數(shù)進(jìn)行了研究及優(yōu)化。
1智能除濕機(jī)外殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2基于Moldflow的注塑加工工藝研究
智能除濕機(jī)的外殼一般是塑料通過(guò)注塑成型加工而成，在對(duì)其外觀造型設(shè)計(jì)完成后，還需要考慮加工的可靠性與可行性。由于前后殼材質(zhì)及加工方式相同，因此只需考慮智能除濕機(jī)的前殼加工工藝即可。本實(shí)驗(yàn)利用Mold?ow軟件，對(duì)智能除濕機(jī)前殼注塑模具的澆注及冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，得到了可行的加工方案，并利用正交試驗(yàn)法優(yōu)化了其工藝參數(shù)。圖2為網(wǎng)格劃分的結(jié)果?？v橫比平均為2.43，網(wǎng)格比配百分比90.6%，相互百分比86.9%。
2.1澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)。澆注系統(tǒng)是注塑成型加工的入口，澆口位置會(huì)影響塑料熔體的流動(dòng)速度、充填時(shí)間以及模具各部位的充填壓力，對(duì)塑件的質(zhì)量有著十分重要的影響[5-6]。在Mold?ow中進(jìn)行澆口位置分析，圖3為所得的分析結(jié)果。由于塑件表面比較大，單個(gè)澆口滿足不了需求，因此設(shè)置了多個(gè)澆口。設(shè)計(jì)主流道入口的直徑為4.5mm，長(zhǎng)度60mm，拔模角3°，分流道直徑9mm，豎直流道的底部直徑9mm，頂部澆口的初始直徑9mm，末端直徑1.2mm，長(zhǎng)度1.2mm，圖4為最終得到的澆注系統(tǒng)。
2.2冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)。冷卻系統(tǒng)能夠使模具的各個(gè)部位受熱均勻，避免因各處溫度不同而導(dǎo)致應(yīng)力不均造成翹曲變形[7-8]。冷卻管道在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量覆蓋模具的表面，且沿分型面對(duì)稱布置[9]。根據(jù)模具的尺寸大小，選擇管道數(shù)量為6，采用上下對(duì)稱布置的方式，設(shè)計(jì)冷卻水管直徑10mm，水管與零件間的距離25mm，管道數(shù)量6，管道中心的距離50mm，零件外的距離190mm。選擇雷諾數(shù)的純水作為冷卻介質(zhì)，冷卻液的入口溫度25℃，圖5為所得冷卻系統(tǒng)。2.3翹曲分析翹曲變形會(huì)影響模具的外觀與質(zhì)量，應(yīng)盡量減小和避免翹曲變形的產(chǎn)生[10-11]。根據(jù)系統(tǒng)推薦，在Mold?ow中設(shè)置工藝參數(shù)為熔體溫度230℃，開(kāi)模時(shí)間5s，注塑+保壓+冷卻時(shí)間30s，充填壓力80%，圖6為所得的翹曲分析結(jié)果。從圖6可以看出，模具的最大翹曲變形量為3.562mm。
3優(yōu)化分析
影響翹曲變形的因素較多，本研究基于正交試驗(yàn)法，結(jié)合極差分析法和方差分析法，探究充填壓力、熔體溫度和注射+保壓+冷卻時(shí)間對(duì)智能除濕機(jī)前殼翹曲變形的影響，旨在降低模具的翹曲變形量。以2.3的初始工藝參數(shù)為基準(zhǔn)，表1為正交試驗(yàn)的因素與水平表。在Mold?ow中進(jìn)行優(yōu)化分析，表2為所得的正交試驗(yàn)結(jié)果和極差分析結(jié)果。從表2的正交極差分析結(jié)果可以看出RB>RC>RA，影響智能除濕機(jī)前殼的翹曲變形程度的因素，按照從大到小排列分別為充填壓力(B)、注射+保壓+冷卻時(shí)間(C)和熔體溫度(A)。由于極差分析無(wú)法排除隨機(jī)誤差的影響，因此需要對(duì)數(shù)據(jù)做方差分析。在方差分析中，當(dāng)F比值大于F臨界值時(shí)，判定該因素為顯著，表3為方差分析結(jié)果。從表3可以看出，當(dāng)α=0.05時(shí)，充填壓力(B)對(duì)智能除濕機(jī)前殼的翹曲變形影響顯著，熔體溫度(A)和注射+保壓+冷卻時(shí)間(C)不顯著。綜合極差分析結(jié)果與方差分析結(jié)果，從經(jīng)濟(jì)性和可加工性角度出發(fā)，所選擇的優(yōu)水平工藝參數(shù)為A1B3C3，即工藝參數(shù)為熔體溫度210℃，注塑+保壓+冷卻時(shí)間36s，充填壓力96%，圖8為此參數(shù)下得到的翹曲分析結(jié)果。從圖8可以看出，智能除濕機(jī)前殼的最大翹曲變形量為2.283mm，相比初始工藝參數(shù)降低了35.91%，有了明顯了改善。將優(yōu)化后的工藝參數(shù)進(jìn)行試模驗(yàn)證，即選取熔體溫度210℃，注塑+保壓+冷卻時(shí)間36s，充填壓力96%，所得的結(jié)果如圖9所示，從圖9可以看出，塑件表面平滑，富有光澤，無(wú)明顯翹曲變形，能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。
4結(jié)論
基于Pro/E建模軟件，對(duì)智能除濕機(jī)外觀造型進(jìn)行了設(shè)計(jì)。為了保證加工質(zhì)量，利用Mold?ow軟件對(duì)其注塑加工工藝參數(shù)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了模具的澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)，并基于DOE試驗(yàn)方法對(duì)其翹曲變形進(jìn)行了分析和優(yōu)化。結(jié)果表明：優(yōu)化后的工藝參數(shù)使智能除濕機(jī)前殼模具的翹曲變形減少了35.91%，將優(yōu)化后的工藝參數(shù)進(jìn)行試模，塑件表面平滑，無(wú)明顯翹曲變形，能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)需要，為其他類(lèi)似零件的加工提供了參考。
作者:劉娟單位:常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院
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