智能除濕機外觀造型創新設計探究
摘要：智能除濕機能夠降低潮濕空氣帶來的細菌損傷，其外觀影響著市場銷量。利用Pro/E三維建模軟件，對智能除濕機外殼結構進行了設計。基于計算機輔助技術，利用Mold?ow軟件研究了智能除濕機外殼注塑加工工藝，設計了模具的澆注系統和冷卻系統，分析了塑件的翹曲變形情況。基于DOE試驗法，結合極差分析法和方差分析法，對模具的最大翹曲變形進行了優化，使塑件的最大翹曲變形量降低了35.91%，并做了試模樣品。塑件質量顯著改善，得到了較為良好的工藝參數，為其他類似外觀造型設計和注塑加工制造提供了思路和方法。
關鍵詞：外觀造型；創新設計；Mold?ow；注塑
我國秦嶺淮河一線以南氣候潮濕易發霉，對許多家居產品造成不同程度的損傷，尤其是電器產品[1]。雖然冬季寒冷干燥，但某些地區仍會比較潮濕[2]，因此，除濕機的使用是十分必要的[3]。智能除濕機基于多傳感器融合技術，可根據設定的不同濕度進行自主調節，簡單方便實現智能除濕[4]。除了對功能的需求，人們對外觀的審美也越來越高。智能除濕機的外殼影響著其美觀程度，由于缺乏外觀創新設計的產品在市場上很難受到消費者的青睞，因此要著重對智能外殼進行設計。除濕機的外殼材料為塑料，一般由注塑加工工藝制作而來，成型的質量會影響外殼的外觀，因此有必要對其外殼的加工工藝進行分析與優化，保證成型質量[5]。本實驗從市場消費者需求出發，對智能除濕機外觀造型進行了設計，為了保證加工質量，對其注塑加工工藝參數進行了研究及優化。
1智能除濕機外殼結構設計
2基于Moldflow的注塑加工工藝研究
智能除濕機的外殼一般是塑料通過注塑成型加工而成，在對其外觀造型設計完成后，還需要考慮加工的可靠性與可行性。由于前后殼材質及加工方式相同，因此只需考慮智能除濕機的前殼加工工藝即可。本實驗利用Mold?ow軟件，對智能除濕機前殼注塑模具的澆注及冷卻系統進行了設計，得到了可行的加工方案，并利用正交試驗法優化了其工藝參數。圖2為網格劃分的結果。縱橫比平均為2.43，網格比配百分比90.6%，相互百分比86.9%。
2.1澆注系統設計。澆注系統是注塑成型加工的入口，澆口位置會影響塑料熔體的流動速度、充填時間以及模具各部位的充填壓力，對塑件的質量有著十分重要的影響[5-6]。在Mold?ow中進行澆口位置分析，圖3為所得的分析結果。由于塑件表面比較大，單個澆口滿足不了需求，因此設置了多個澆口。設計主流道入口的直徑為4.5mm，長度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，長度1.2mm，圖4為最終得到的澆注系統。
2.2冷卻系統設計。冷卻系統能夠使模具的各個部位受熱均勻，避免因各處溫度不同而導致應力不均造成翹曲變形[7-8]。冷卻管道在設計時應盡量覆蓋模具的表面，且沿分型面對稱布置[9]。根據模具的尺寸大小，選擇管道數量為6，采用上下對稱布置的方式，設計冷卻水管直徑10mm，水管與零件間的距離25mm，管道數量6，管道中心的距離50mm，零件外的距離190mm。選擇雷諾數的純水作為冷卻介質，冷卻液的入口溫度25℃，圖5為所得冷卻系統。2.3翹曲分析翹曲變形會影響模具的外觀與質量，應盡量減小和避免翹曲變形的產生[10-11]。根據系統推薦，在Mold?ow中設置工藝參數為熔體溫度230℃，開模時間5s，注塑+保壓+冷卻時間30s，充填壓力80%，圖6為所得的翹曲分析結果。從圖6可以看出，模具的最大翹曲變形量為3.562mm。
3優化分析
影響翹曲變形的因素較多，本研究基于正交試驗法，結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+冷卻時間對智能除濕機前殼翹曲變形的影響，旨在降低模具的翹曲變形量。以2.3的初始工藝參數為基準，表1為正交試驗的因素與水平表。在Mold?ow中進行優化分析，表2為所得的正交試驗結果和極差分析結果。從表2的正交極差分析結果可以看出RB>RC>RA，影響智能除濕機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+冷卻時間(C)和熔體溫度(A)。由于極差分析無法排除隨機誤差的影響，因此需要對數據做方差分析。在方差分析中，當F比值大于F臨界值時，判定該因素為顯著，表3為方差分析結果。從表3可以看出，當α=0.05時，充填壓力(B)對智能除濕機前殼的翹曲變形影響顯著，熔體溫度(A)和注射+保壓+冷卻時間(C)不顯著。綜合極差分析結果與方差分析結果，從經濟性和可加工性角度出發，所選擇的優水平工藝參數為A1B3C3，即工藝參數為熔體溫度210℃，注塑+保壓+冷卻時間36s，充填壓力96%，圖8為此參數下得到的翹曲分析結果。從圖8可以看出，智能除濕機前殼的最大翹曲變形量為2.283mm，相比初始工藝參數降低了35.91%，有了明顯了改善。將優化后的工藝參數進行試模驗證，即選取熔體溫度210℃，注塑+保壓+冷卻時間36s，充填壓力96%，所得的結果如圖9所示，從圖9可以看出，塑件表面平滑，富有光澤，無明顯翹曲變形，能夠滿足實際生產需要。
4結論
基于Pro/E建模軟件，對智能除濕機外觀造型進行了設計。為了保證加工質量，利用Mold?ow軟件對其注塑加工工藝參數進行了研究，設計了模具的澆注系統、冷卻系統，并基于DOE試驗方法對其翹曲變形進行了分析和優化。結果表明：優化后的工藝參數使智能除濕機前殼模具的翹曲變形減少了35.91%，將優化后的工藝參數進行試模，塑件表面平滑，無明顯翹曲變形，能夠滿足實際生產需要，為其他類似零件的加工提供了參考。
作者:劉娟單位:常州紡織服裝職業技術學院
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