多指標(biāo)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
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摘要：為提高極耳加熱工藝的制作質(zhì)量，滿足產(chǎn)品安全要求，以剝離強(qiáng)度、滲透時(shí)間作為優(yōu)化指標(biāo)，采用多指標(biāo)的正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，通過極差分析法，討論熱壓溫度、熱壓時(shí)間、電磁加熱電流、電磁加熱時(shí)間等成型工藝參數(shù)對試件性能的影響，利用綜合平衡法確定最優(yōu)的加熱工藝參數(shù)組合方案，對采用多設(shè)備多加熱工藝參數(shù)的產(chǎn)品質(zhì)量具有指導(dǎo)意義。
關(guān)鍵詞：正交實(shí)驗(yàn)法；熱壓工藝；多指標(biāo)優(yōu)化；綜合平衡法
極耳加熱工藝涉及的成型機(jī)理涉及材料學(xué)、電學(xué)、熱力學(xué)、熱化學(xué)、機(jī)械學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，加工過程復(fù)雜度高，不同工藝參數(shù)對制件的性能，尤其對于影響產(chǎn)品安全的剝離強(qiáng)度、滲透強(qiáng)度有顯著影響。目前對于加熱工藝的研究主要從工藝自身的改進(jìn)與提升考慮，對于多道加熱工藝參數(shù)研究與探討較少，顯然，優(yōu)化單一工序?qū)Ξa(chǎn)品性能的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于多個(gè)工藝參數(shù)對產(chǎn)品性能的綜合影響。為獲得較為全面的工藝參數(shù)組成方案以提升產(chǎn)品的性能，本文應(yīng)用正交實(shí)驗(yàn)及多指標(biāo)平衡法結(jié)合的方法，先用正交實(shí)驗(yàn)法得到研究指標(biāo)的工藝參數(shù)優(yōu)化（熱壓溫度、熱壓時(shí)間、電磁加熱電流、電磁加熱時(shí)間）組合方案，在此基礎(chǔ)上對研究指標(biāo)優(yōu)化方案進(jìn)行綜合評判，得出影響加熱工藝制作質(zhì)量的工藝參數(shù)綜合優(yōu)化組合方案，并再次進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)化后工藝參數(shù)對產(chǎn)品性能的提升。
1試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)
1.1試驗(yàn)方法
在極耳加熱工藝中，為了有較高的產(chǎn)品性能，以產(chǎn)品滲透時(shí)間、剝離強(qiáng)度作為生產(chǎn)加工主要檢驗(yàn)指標(biāo)，剝離強(qiáng)度越大越能體現(xiàn)不同工藝參數(shù)下極耳膠與導(dǎo)體之間的結(jié)合緊密性，滲透時(shí)間能體現(xiàn)極耳的可靠性，兩個(gè)指標(biāo)均影響產(chǎn)品性能的優(yōu)劣，與產(chǎn)品安全性有緊密關(guān)系。通過正交試驗(yàn)的極差分析法計(jì)算確定出影響剝離強(qiáng)度因素的重要順序和最優(yōu)制作工藝參數(shù)組合，在利用綜合平衡法確定最優(yōu)工藝參數(shù)組合，最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證最優(yōu)加熱工藝參數(shù)的合理性。
1.2實(shí)驗(yàn)因素
在極耳生產(chǎn)加工過程中，剝離強(qiáng)度的大小直接受到各個(gè)加熱工序的影響，加熱工序的主要參數(shù)包括：排片加熱溫度、排片加熱時(shí)間、熱壓溫度、熱壓時(shí)間、電磁加熱電流、電磁加熱時(shí)間等。根據(jù)大量前期實(shí)驗(yàn)，確定正交因素為熱壓溫度、熱壓時(shí)間、電磁加熱電流、電磁加熱時(shí)間4個(gè)因素，4因素分別取3個(gè)水平，結(jié)合前期實(shí)驗(yàn)結(jié)果和極耳膠熔融的溫度130℃~165℃，選擇熱壓溫度145℃~155℃，熱壓時(shí)間在生產(chǎn)效率與設(shè)備給定參數(shù)之間選擇30s~50s；同樣測試感應(yīng)加熱時(shí)的加熱臺溫度對應(yīng)的電流參數(shù)在14A~16A，感應(yīng)加熱時(shí)間選擇10s左右.
2正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
考慮4個(gè)控制因素各有3個(gè)水平，自由度是8，選擇試驗(yàn)次數(shù)為9的L9（34）正交試驗(yàn)表進(jìn)行正交試驗(yàn)。選用某公司熱壓機(jī)與SPG-06-III型高頻感應(yīng)加熱設(shè)備進(jìn)行研究，熱壓機(jī)采用加熱銅板的方式輸出溫度，采用計(jì)時(shí)系統(tǒng)控制其加熱效果，高頻感應(yīng)加熱設(shè)備采用電流通過銅管時(shí)產(chǎn)生的電磁場加熱方式對導(dǎo)體進(jìn)行加熱，進(jìn)而從貼合面對極耳膠進(jìn)行熱熔。在一組實(shí)驗(yàn)中制作8個(gè)試件，并進(jìn)行后處理，使用微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)測試5個(gè)試件正反面剝離強(qiáng)度，共10組取平均值作為最終測量結(jié)果；使用干燥箱高溫烘烤后統(tǒng)計(jì)3個(gè)試件正反面脫膠時(shí)間，取其均值視為最終測試結(jié)果。
3實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
3.1正交實(shí)驗(yàn)極差分析
采用正交實(shí)驗(yàn)的極差分析法對剝離強(qiáng)度、滲透時(shí)間進(jìn)行結(jié)果計(jì)算，得出極差分析計(jì)算結(jié)果見表3。。因子間的重要順序按照極差值的大小排列，極差值越大，表示因子j對試件指標(biāo)的影響越大。從表3中可以看出，對于指標(biāo)剝離強(qiáng)度和滲透時(shí)間各因素極差排序均為RC>RA>RB>RD。則影響產(chǎn)品性能的主要因素排序?yàn)椋焊袘?yīng)加熱電流、熱壓溫度、熱壓時(shí)間、感應(yīng)加熱時(shí)間。對于指標(biāo)剝離強(qiáng)度，考慮剝離強(qiáng)度最大，最優(yōu)工藝參數(shù)組合為A2B1C2D1，即熱壓溫度150℃、熱壓時(shí)間30s、感應(yīng)加熱電流15A、感應(yīng)加熱時(shí)間8s時(shí)；考慮滲透時(shí)間最長，最優(yōu)工藝參數(shù)組合為A2B1C3D1，即熱壓溫度150℃、熱壓時(shí)間30s、感應(yīng)加熱電流15.5A、感應(yīng)加熱時(shí)間8s時(shí)。
3.2綜合平衡法選取最優(yōu)水平組合
多指標(biāo)正交實(shí)驗(yàn)中，各個(gè)指標(biāo)所計(jì)算出的工藝參數(shù)組合可能存在不一致，因此在綜合分析時(shí)需要應(yīng)用綜合平衡法，考慮各個(gè)因素、專業(yè)知識、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)等因素確定最優(yōu)水平。本文在最優(yōu)工藝參數(shù)組合中出現(xiàn)的矛盾為因素C的第二、第三水平對指標(biāo)的影響存在差異，其他均保持一致。對于兩個(gè)指標(biāo)，C均是主要因素，所以需結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)中的情況來看，C因素取第三水平15.5A時(shí)，產(chǎn)品溢膠增加，外觀不良概率增加，可控性差，具體如圖1所示溢膠極耳，其極耳膠與導(dǎo)體接觸邊緣膠體過度熔融導(dǎo)致外觀不良。取第二水平15A時(shí)，產(chǎn)品無明顯溢膠，外觀合格。因?yàn)榇_定C2為主最優(yōu)，即感應(yīng)加熱電流選擇15A，最優(yōu)工藝組合為熱壓溫度150℃、熱壓時(shí)間30s、感應(yīng)加熱電流15A、感應(yīng)加熱時(shí)間8s。
結(jié)語
綜上所述，工藝參數(shù)優(yōu)化與調(diào)整對極耳加熱工藝的制作質(zhì)量、安全要求有了依據(jù)，產(chǎn)品的一致性得到保證。實(shí)踐表明，基于正交實(shí)驗(yàn)法的多指標(biāo)優(yōu)化對于優(yōu)化及改善加熱工藝是切實(shí)可行，對于多設(shè)備多工藝參數(shù)的多指標(biāo)優(yōu)化問題，也具有一定指導(dǎo)意義。對指標(biāo)進(jìn)行綜合平衡法評價(jià)時(shí)，指標(biāo)越多，優(yōu)化改善效果越明顯，但同時(shí)需要考慮實(shí)際生產(chǎn)問題，例如外觀影響的量化問題、生產(chǎn)穩(wěn)定性問題等因素?？傊?，優(yōu)化產(chǎn)品生產(chǎn)工藝問題時(shí)需要結(jié)合具體的情況進(jìn)行合理綜合評價(jià)。
作者：趙小強(qiáng) 汪志偉 許慶 單位：江陰昌潤新材料科技有限公司