基于正交實驗設計的工藝參數優化

一、相關介紹

正交試驗設計方法又叫田口方法，由日本田口玄一博士開發研究的一種實驗設計方法，根據統計學的原理，利用“正交表”對多因素水平進行科學地安排設計試驗。在這之前，一般在生產實際試驗要考慮的因素很多，若每個因素的各個水平進行全面試驗，要做的試驗次數非常得多。其最大優勢就是在全面試驗中選取一部分具有代表性的因素水平組合來做試驗，再通過方差分析的方法對所有試驗因素進行優化，可大大縮少試驗次數，幫助研究人員以最少的試驗次數找到最佳的參數組合和分析各個試驗因素對試驗指標的影響程度。將試驗的難度和試驗花費的成本、時間都降低了，提高了工作效率。

其步驟：

1、分析實驗，確定實驗目的，即確定實驗指標

2、確定實驗因素和水平

3、選擇正交表，進行表頭設計

4、制定實驗方案

5、進行實驗，并統計分析

二、正交實驗的設計

首先確定實驗指標，實際試模之后過程中，掃風連桿的翹曲變形量超過客戶規定的大小，影響了掃風連桿的裝配性能。因此選取翹曲變形量為優化目標。

在精密注塑模具的注射過程中，由于材料、注塑機、模具結構、產品結構等都已固定，但工藝參數的設置是可進行變更優化的，結合以往成型經驗，本次實驗選用對變形影響較大的五個參數作為實驗因素，將模具溫度、熔體溫度、注塑時間、保壓壓力、保壓時間和冷卻時間這六個工藝參數做為試驗因子，分別簡稱為 A、B、C、D、E、F，并假設這些因子之間不存在相互作用。 在優化工藝參數的過程中，試驗因子的取值范圍非常重要。只有取值恰當，才能提高參數選取的搜索速度，才能找到最優的參數組合。上述五個試驗因子的取值范圍可根據 Moldflow 軟件的推薦值來確定，具體取值分析如下：

圖1 因素水平表

圖2 澆注系統

選擇 Moldflow 軟件中分析序列“填充+保壓+翹曲”功能來模擬正交表中 25 組不同注塑成型工藝參數組合下的翹曲變形量，各成型質量指標模擬結果如圖3所示。

圖3 正交實驗結果

基于加權綜合評分法，對體積收縮率、翹曲變形量及縮痕深度進行了綜合質量評價，得到工藝參數組合為模具溫度為75℃、熔體溫度為190℃、保壓壓力65Mpa、保壓時間為4s、注射時間為2.7s、冷卻時間為24s時，使得精密注塑模具的產品的成型綜合質量最優。

三、結束語

借助Moldflow分析注塑工藝過程，通過正交實驗設計來調節最佳工藝參數設計，從而解決了問題。也總結了此類精密注塑模具的經驗，體現了結合生產實際和Moldflow 分析結果尋找解決方案的必要性，要在零件結構設計初期就將其導入Moldflow系統進行分析，防患于未然，將潛在問題在設計階段得以有效化解;實現從“CAE 驗證設計”走向“CAE驅動設計”的目的。

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