吳 龍

(西安工程大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院， 陜西 西安 710048)

應(yīng)用響應(yīng)面優(yōu)化法的文胸泡沫模杯模壓厚度變化趨勢研究

吳 龍

(西安工程大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院， 陜西 西安 710048)

為減少文胸泡沫模杯模壓技術(shù)中試錯(cuò)法的次數(shù)并建立定量分析方法，采用3因素3水平響應(yīng)面優(yōu)化(Box-Behnken)方法，設(shè)計(jì)出15種實(shí)驗(yàn)組合，通過回歸方程和響應(yīng)曲面探索模壓工藝之間的關(guān)系并進(jìn)行預(yù)測，同時(shí)評估交互作用。結(jié)果表明：對于模杯厚度，模壓溫度較模壓時(shí)間有顯著影響，從響應(yīng)曲面看出模壓溫度不夠即使再增加模壓時(shí)間，模杯的厚度也不能保持穩(wěn)定；對于不同杯深的模壓頭，在指定模壓后模杯厚度的情況下，該方法可快速準(zhǔn)確地確定出合適的模壓溫度、模壓時(shí)間，效率是沒有采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)的3.6倍；通過試驗(yàn)驗(yàn)證了回歸模型的有效性。

響應(yīng)曲面法； 文胸； 模杯厚度； 模壓工藝

隨著國內(nèi)內(nèi)衣市場的快速發(fā)展，市場競爭日趨激烈。由于在穿著狀態(tài)下表面無痕和完全貼身，無縫模杯在全球模杯市場的份額快速增加[1]。在傳統(tǒng)的文胸模杯生產(chǎn)工藝參數(shù)控制條件下，成本一直居高不下。在內(nèi)衣生產(chǎn)企業(yè)無縫模壓罩杯的制造過程中，泡沫模杯的模壓是關(guān)鍵步驟，如何優(yōu)化這些參數(shù)以提高生產(chǎn)效率和降低生產(chǎn)成本，是每位企業(yè)管理者必須思考的問題[2]。Yu等曾對模杯的形狀和厚度進(jìn)行過研究[3]。模杯模壓過程是在壓縮空氣驅(qū)動下，加熱的公模與母模模壓一定時(shí)間后，將具有一定厚度的聚氨酯泡沫薄層進(jìn)行模壓，然后公模自動釋放。施加的模壓溫度、模壓時(shí)間和合模壓力很大程度上影響了模杯成形與品質(zhì)，公母模之間的空腔形狀決定了所需形狀和厚度[4]。20世紀(jì)70年代內(nèi)衣模壓技術(shù)引入中國，在40多年的生產(chǎn)實(shí)踐中，模壓工藝都是由有經(jīng)驗(yàn)的模壓師在試錯(cuò)的基礎(chǔ)上逐步確定。由于模杯很軟，易變形，傳統(tǒng)方法是通過目測檢查與塑料膠殼外形的差別，質(zhì)量好壞的判斷完全依賴于檢驗(yàn)者的經(jīng)驗(yàn)。進(jìn)入21世紀(jì)，因?yàn)槟１O(shè)計(jì)的多樣性、特別尺寸和柔軟度等方面的需求，以及市場上出現(xiàn)了大量不同品種的泡沫材料，使得模杯產(chǎn)品質(zhì)量控制問題更加突出。

本文研究采用響應(yīng)曲面法(Box-Behnken Design，簡稱BBD)，以最少的試驗(yàn)次數(shù)優(yōu)化模壓過程中的工藝參數(shù)(模壓溫度、模壓時(shí)間和杯深)，以求取得產(chǎn)品質(zhì)量和成本的競爭優(yōu)勢[5-6]。

1 響應(yīng)曲面法設(shè)計(jì)

近些年，試驗(yàn)設(shè)計(jì)因可減少試驗(yàn)次數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)常應(yīng)用到建模及優(yōu)化分析法中[7]。盡管許多試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法都可進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)工藝的建模，但是對于產(chǎn)品的試驗(yàn)設(shè)計(jì)有2大主流：1)田口法，由日本質(zhì)量管理專家田口博士在20世紀(jì)50年代構(gòu)思和開發(fā)；2)西方古典方法，包括因子設(shè)計(jì)法和響應(yīng)曲面法。這2種方法均通過使用統(tǒng)計(jì)手段實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)健設(shè)計(jì)和產(chǎn)品工藝參數(shù)的建模。

田口法[8]可識別出最重要的因子，保證在下一步的嘗試中提高產(chǎn)品的質(zhì)量和獲得設(shè)計(jì)水平的優(yōu)化組合，所以該方法通常用于篩選試驗(yàn)。在本文研究中，第1步分析表明變化關(guān)系呈現(xiàn)非線性。一旦最優(yōu)化響應(yīng)存在于鄰近區(qū)域，需要在影響因素和響應(yīng)間構(gòu)造更加精細(xì)的模型。響應(yīng)曲面法的第2步是利用BBD法進(jìn)行曲面回歸。BBD法中每個(gè)因素僅采用3個(gè)水平，同時(shí)使用了合理數(shù)量的試驗(yàn)點(diǎn)[9]。使用BBD法應(yīng)用在對極端響應(yīng)預(yù)測不太關(guān)注的情況，此外這種設(shè)計(jì)模型是可旋轉(zhuǎn)的，意味著在整個(gè)試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，影響因素的取值范圍內(nèi)，模型具有同一預(yù)測分散的特性[10]，要求每個(gè)影響因素采用3個(gè)水平而不是中心復(fù)合試驗(yàn)設(shè)計(jì)法的5個(gè)水平，因而可以較少的試驗(yàn)測試次數(shù)來評估多個(gè)變量與其交互作用。

2 試驗(yàn)部分

采用BBD法研究泡沫模杯模壓厚度變化趨勢，有效地確定了模壓溫度、模壓時(shí)間和不同尺寸模壓頭的杯深以及各因素間的交互作用。本文試驗(yàn)中所使用的軟質(zhì)聚氨酯泡沫材料、一系列不同尺寸的模壓頭均由模杯生產(chǎn)商提供。

2.1模壓材料

熱塑性泡沫模杯由軟質(zhì)聚氨酯泡沫在一定的溫度、壓力和時(shí)間下模壓而成[11]。軟質(zhì)的聚氨酯泡沫規(guī)格如表1所示，其擁有許多其他材料不具備的獨(dú)特功能，主要優(yōu)點(diǎn)是可為文胸的支撐和合體提供較好的柔軟度和耐用性[12]。這種材料是一種彈性體和空氣的復(fù)雜組合體，通過壓縮可被模壓成不同尺寸的不同杯型。聚氨酯泡沫擁有多孔結(jié)構(gòu)，包含大量互通的開放單元體和一些閉合單元體，物理和熱性能直接影響泡沫模杯的最終使用[13]。針對同一種泡沫材料模壓，根據(jù)傳統(tǒng)的析因設(shè)計(jì)，如果模壓溫度采用6水平，時(shí)間采用3水平，3種不同杯深的模具共有54種不同的模壓工藝組合，因此無法快速找到最優(yōu)組合。而采用BBD方法設(shè)計(jì)的組合只有15種，效率是其他方法的3.6倍。

表1 軟質(zhì)聚氨酯泡沫規(guī)格特性Tab.1 Specification of soft PU foam

2.2試驗(yàn)設(shè)備和模杯厚度測量

輪廓成型機(jī)用于模壓泡沫模杯，這種設(shè)備擁有1組鋁制模壓單元，1對上下模壓頭在模壓時(shí)互相壓縮。采用New Pads DM-021HP4-2PR (USA)模壓機(jī)，以及一系列不同尺寸的模壓頭(34B, 36C和36DD)，為使測量的結(jié)果具有可比性，首先要確定測量的位置。根據(jù)文胸模杯設(shè)計(jì)的特點(diǎn)以及模壓頭加工的特性，以乳尖點(diǎn)(BP)作為測量厚度的位置。由于模壓后模杯的表面為三維空間曲面，沒有明顯的定位點(diǎn)，所以要借用模壓頭BP點(diǎn)的位置；通過模杯邊角點(diǎn)的位置來確定BP點(diǎn)位置。采用NextEngine 3-D桌面式激光掃描系統(tǒng)以及后處理軟件ScanStudio HD PRO來全彩捕捉模壓頭的內(nèi)外表面點(diǎn)云。掃描儀的最高精度為0.127 mm。逆向軟件生成模壓頭三維曲面造型，通過特征點(diǎn)對位后測量出1對模壓頭之間BP點(diǎn)方位、間距以及對應(yīng)尺寸的杯深[14]。對應(yīng)于每種模壓頭的尺寸，基于逆向處理軟件，杯深定義為從BP點(diǎn)到水平放置面的垂直高度。對應(yīng)于模壓頭的3個(gè)尺寸34B、36C、36DD，杯深的取值經(jīng)測量分別為56、76、96 mm。1對模壓頭BP點(diǎn)垂直間距均為5.0 mm。

模壓頭BP點(diǎn)位置確定后，通過測量與模杯角點(diǎn)位置的距離(如圖1所示)，確定出WE線和NS線的方位，通過交叉點(diǎn)確定出模杯的BP點(diǎn)位置。

圖1 BP點(diǎn)位置的確定和測量Fig.1 Position determination and measurement at BP point

傳統(tǒng)的模杯厚度測量通常采用厚度計(jì)測量模杯BP點(diǎn)厚度，其弊端是測量時(shí)要接觸模杯的表面。由于模杯的加工材料屬于軟質(zhì)聚氨酯泡沫，測量厚度時(shí)即使微小的接觸力也有可能改變厚度的大小，因此本文試驗(yàn)中采用非接觸式的W-E方位(見圖1)橫截面參考線剪開，然后在試驗(yàn)條件下放置2 h以上以保證在裁剪過程中產(chǎn)生的壓縮恢復(fù)原始狀態(tài)而不影響截面厚度。隨后在萊卡光學(xué)成像測量系統(tǒng)對其截面進(jìn)行拍照，并通過軟件測量模杯在BP點(diǎn)并垂直于表面切線的厚度，如圖2所示。

圖2 測量示意圖Fig.2 Measurement schematic diagram. (a) Leica optical imaging measurement system; (b) Thickness of cross- section at BP point

2.3影響因素和水平的確定

模壓后，泡沫模杯的形狀和厚度總是受模壓溫度、模壓時(shí)間和壓力等工藝參數(shù)影響。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，在3個(gè)影響因素中模壓溫度影響最主要[11]。模壓溫度的設(shè)定不僅為泡沫微結(jié)構(gòu)的重構(gòu)提供足夠的能量，而且也能滿足外觀和厚度的要求。如果模壓溫度不夠高，模杯很難形成所需形狀的穩(wěn)定性和厚度。相反，如果模壓溫度過高，模杯易發(fā)脆并且易被撕裂，聚合材料易黏到模壓頭上[12]。基于第1步的析因設(shè)計(jì)分析，結(jié)合模杯品質(zhì)要求(手感、水洗后皺紋、變黃等)，模壓溫度范圍設(shè)定在180～210 ℃之間。

模壓時(shí)間是另一個(gè)主要影響因素。實(shí)際上溫度和模壓時(shí)間是互相聯(lián)系的，為使模壓后符合整體的質(zhì)量要求，溫度和時(shí)間需要達(dá)到平衡[11]。模壓時(shí)間過長會引起模杯老化，這是因?yàn)榫郯滨ヅ菽瓘椥泽w由于過多的熱量而破壞；模壓時(shí)間過短，熱量不能傳遞到聚氨酯泡沫內(nèi)部，微觀結(jié)構(gòu)沒有足夠的時(shí)間重構(gòu)。因此對于泡沫最終形成的厚度，模壓時(shí)間必須與模壓溫度相匹配?；诘?步的析因分析，模壓時(shí)間定為60～180 s。

不同尺寸的模壓頭對于模杯的成形和厚度有直接的影響。對應(yīng)于模壓頭的3個(gè)尺寸34B、36C和36DD，杯深的取值分別為56、76、96 mm。模壓頭壓縮泡沫薄層產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力形成了模杯，公母模間的空隙決定泡沫模杯中間和邊緣的壓縮率。由于在模壓過程中，特定尺寸公母鋁模間的空隙是固定的，模壓機(jī)上的壓力無法調(diào)節(jié)，因此壓力不包括在主要影響因素內(nèi)。

BBD試驗(yàn)設(shè)計(jì)所選擇的3個(gè)影響因素(模壓溫度、模壓時(shí)間和杯深)指定為x1、x2、x3，每個(gè)因素分為3種不同的水平，以 +1、0、-1表示，代表高、中、低。3個(gè)測試變量根據(jù)下式編碼。

式中：Xi為自變量的編碼值；xi為真實(shí)的自變量值；x0為自變量的中心值；△x為自變量的步長變化[15]。表2示出模杯模壓工藝影響因素和水平。

表2 BBD設(shè)計(jì)法的影響因素和水平編碼Tab.2 Influence factors and levels codes for BBD

使用多元回歸分析，BBD試驗(yàn)設(shè)計(jì)將得到二項(xiàng)多項(xiàng)式擬合模型：

式中：Y為響應(yīng)變量BP點(diǎn)厚度；α0為模型的常數(shù)；αi為線性系數(shù)；αii為二次項(xiàng)系數(shù)；αij為交互系數(shù)；ε為統(tǒng)計(jì)誤差。

將模壓好的罩杯在試驗(yàn)條件下放置12 h以上，按照過BP點(diǎn)W-E方向截面線，利用非接觸式光學(xué)測量法測量模杯對應(yīng)BP點(diǎn)厚度。輸入每個(gè)模杯對應(yīng)BP點(diǎn)模杯厚度。

2.4工藝參數(shù)建模的步驟

模壓厚度變化趨勢工藝建模步驟為：1)根據(jù)客戶的要求，基于給定的材料和膠殼制作3種不同杯深的鋁模；2)依據(jù)泡沫模杯的品質(zhì)(例如手感、水洗后皺紋、變黃等)確定3種不同杯深鋁模模壓溫度和時(shí)間范圍，進(jìn)行BBD試驗(yàn)設(shè)計(jì)；3)本文研究中，由試驗(yàn)設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)軟件指定的15種不同的試驗(yàn)組合進(jìn)行測試來確定影響因素與響應(yīng)變量之間的關(guān)系。BBD法設(shè)計(jì)的試驗(yàn)包含12種不同的自變量取值組合以及中心點(diǎn)數(shù)據(jù)來擬合二次響應(yīng)曲面，提供過程穩(wěn)定性和固有變異性的測量[16]。BBD設(shè)計(jì)矩陣以及因變量測定數(shù)值見表3(依據(jù)已編碼的影響因素)；4)進(jìn)行響應(yīng)曲面模擬，包括二次回歸和方差分析;5)基于響應(yīng)曲面模擬的等值線圖和曲面圖，追蹤模壓條件對于模杯厚度的最優(yōu)組合;6)模擬和試驗(yàn)結(jié)果的對比和驗(yàn)證;7)一旦泡沫模杯的外形和鋁模的外形被客戶批準(zhǔn)，復(fù)制標(biāo)準(zhǔn)的鋁模進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。

表3 BBD試驗(yàn)設(shè)計(jì)中模杯對應(yīng)BP點(diǎn)厚度測試值Tab. 3 BBD with experimental values of thickness at BP point of molded foam cups

圖3示出優(yōu)化流程圖，輸入模壓溫度、模壓時(shí)間和杯深作為解釋變量，優(yōu)化的模杯BP點(diǎn)厚度為響應(yīng)變量。

圖3 工藝參數(shù)確定流程圖Fig.3 Flow chart of determination of process parameters

3 結(jié)果與討論

3.1方差分析和回歸模型

二項(xiàng)式模型是否顯著通過方差檢驗(yàn)來確定。表4示出模杯對應(yīng)BP點(diǎn)模型的回歸系數(shù)值。從F值為52.102 3和P值<0.000 1(小于0.05)看出，方差分析結(jié)果表明二項(xiàng)式回歸模型高度顯著。表中概括了模型的擬合優(yōu)度檢驗(yàn)結(jié)果。模型通過了適當(dāng)性檢驗(yàn)，調(diào)整后決定系數(shù)值為0.956 3，進(jìn)一步確認(rèn)模型的適當(dāng)性檢驗(yàn)是滿意的。該數(shù)值表明模型可預(yù)測95.63%響應(yīng)變量的變異性，這對于回歸模型在試驗(yàn)變量的范圍內(nèi)是足夠的。此外， 在模杯厚度值的模型預(yù)測值和試驗(yàn)數(shù)值間具有非常高的一致性。

表4中用P值除檢驗(yàn)每個(gè)系數(shù)的顯著性水平外，也表明了自變量間交互作用的顯著性水平。失擬項(xiàng)的P值為0.092 6，表明失擬項(xiàng)不顯著，模型是可接受的。

表4 泡沫模杯對應(yīng)BP點(diǎn)厚度的二項(xiàng)式回歸模型方差檢驗(yàn)結(jié)果Tab.4 ANOVA results of quadratic regression model for optimization of thickness at BP point of molded foam cups

注：*顯著水平為0.05。

編碼形式的二階多項(xiàng)式方程說明了3個(gè)變量間建立起來的關(guān)系來解釋模杯對應(yīng)BP點(diǎn)厚度。二項(xiàng)式模型回歸公式如下。

3.2模壓工藝參數(shù)的優(yōu)化

響應(yīng)曲面法可有效探測解釋變量與響應(yīng)變量間的變化趨勢，有非常重要的作用。作為2因素的函數(shù)，如果在其他因素保持固定水平不變的情況下，三維響應(yīng)曲面和它們對應(yīng)的等值線圖對于理解2因素間主效應(yīng)和交互影響有更好的幫助[17]，用可視化的方式來描述和檢驗(yàn)回歸方程，反映解釋變量對于所需的響應(yīng)變量的影響效果[18]。

從響應(yīng)曲面的公式中可根據(jù)厚度的預(yù)測值定位試驗(yàn)變量取值。圖4示出杯深為56 mm時(shí)的響應(yīng)曲面，當(dāng)模壓溫度從180 ℃升至210 ℃時(shí)，模杯對應(yīng)BP點(diǎn)厚度總體呈現(xiàn)出減小的趨勢。當(dāng)模壓溫度為210 ℃時(shí)，模壓時(shí)間從60 s增加到120 s，厚度呈現(xiàn)的減小趨勢較快，當(dāng)模壓時(shí)間超過120 s時(shí)，厚度減小逐漸趨于穩(wěn)定，特別是當(dāng)時(shí)間超過150 s時(shí)，厚度減小的幅度趨于穩(wěn)定。單元結(jié)構(gòu)是聚氨酯泡沫的基本組織，大量開放和封閉的單元結(jié)構(gòu)相互連接形成了聚氨酯泡沫。其中單元支架是由聚氨酯彈性體所組成，彈性體影響了發(fā)泡棉以及發(fā)泡棉杯的特性。模壓過程也就是熱定型過程，聚氨酯泡沫通過與熱源接觸后，改變了微細(xì)結(jié)構(gòu)的排列，在壓力作用下會發(fā)生永久的熱效應(yīng)。當(dāng)熱源消失后，新形狀會保持不變，模壓是聚氨酯泡沫產(chǎn)生永久熱效應(yīng)的結(jié)果，說明聚氨酯泡沫吸收了足夠的熱量，模杯的結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定。溫度滿足了聚氨酯泡沫微細(xì)結(jié)構(gòu)的重新排列，但是溫度不能無限制升高，否則會造成老化和變黃。

圖4 模壓溫度、模壓時(shí)間以及交互作用對模杯 對應(yīng)BP點(diǎn)厚度的影響(杯深為56 mm)Fig.4 Effect of molding temperature, dwell time, and their interaction on thickness at BP point with cup depth of 56 mm

當(dāng)模壓溫度為180 ℃時(shí)，模壓時(shí)間從60 s延長到180 s，厚度也呈現(xiàn)了減小的趨勢。但是從響應(yīng)曲面中可看出，減小速率不同，當(dāng)模壓時(shí)間少于120 s時(shí)，厚度降低率不大，當(dāng)模壓時(shí)間大于120 s時(shí)，厚度減小的幅度大大加快。說明如果模壓溫度不夠，可通過延長模壓時(shí)間來使聚氨酯泡沫內(nèi)部的微細(xì)結(jié)構(gòu)有充分的時(shí)間重新排列，達(dá)到永久定型。但是即使將模壓時(shí)間延長到180 s，最終的模壓厚度也沒有達(dá)到穩(wěn)定的厚度。表明當(dāng)模壓溫度較低時(shí)，即使再延長時(shí)間，也不能使厚度達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)。更加證明溫度起主要作用，而模壓時(shí)間起次要作用。

圖5示出在杯深為76 mm時(shí)，模壓溫度與模壓時(shí)間對于厚度變化趨勢的影響，其響應(yīng)曲面的形狀與杯深為56 mm的曲面形狀相近，表明即使模杯的尺寸發(fā)生變化，熱定型的規(guī)律也相似。聚氨酯泡沫在模壓過程中是不可逆轉(zhuǎn)的高密度轉(zhuǎn)化過程，泡沫是單元支架(彈性體)和空氣的復(fù)雜結(jié)合物。通過壓縮和熱定型，聚氨酯泡沫能永久重組成高密度的新材料，產(chǎn)生新的機(jī)械性能。在模壓過程中所需的模壓溫度必須保持不變，使熱塑性聚氨酯泡沫都有相同程度的結(jié)構(gòu)重組，形成有永久穩(wěn)定性的相同的模壓形狀。

圖5 模壓溫度、模壓時(shí)間以及交互作用對模杯 對應(yīng)BP點(diǎn)厚度的影響(杯深為76 mm)Fig.5 Effect of molding temperature, dwell time, and their interaction on thickness at BP point with cup depth of 76 mm

從圖5中可看出，隨著模壓溫度的提高和模壓時(shí)間的延長，模杯對應(yīng)BP點(diǎn)厚度也還是會呈現(xiàn)下降的趨勢。當(dāng)溫度處于180 ℃，模壓時(shí)間超過120 s，或者當(dāng)溫度高于186 ℃，模壓時(shí)間超過60 s時(shí)，厚度才開始發(fā)生變化，證明泡沫模杯吸收的熱量開始起作用。而且溫度提高6 ℃，模杯獲得的能量相當(dāng)于模壓時(shí)間延長了60 s。當(dāng)溫度約為203 ℃，模壓時(shí)間為180 s，或者溫度處于210 ℃，模壓時(shí)間約為123 s，厚度基本上趨于穩(wěn)定，說明模杯吸收的能量已使結(jié)構(gòu)變化趨于穩(wěn)定。要保證最終產(chǎn)品的質(zhì)量，除模壓溫度，模壓時(shí)間也必須足夠，使發(fā)泡棉的微細(xì)結(jié)構(gòu)可完全地重新排列和重組，形成永久及穩(wěn)定的罩杯形狀。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在可保證模杯品質(zhì)的基礎(chǔ)上，模壓溫度應(yīng)盡量偏低。

圖6示出在杯深為96 mm時(shí)，模壓溫度與模壓時(shí)間作用下厚度的變化趨勢，其響應(yīng)曲面的形狀與前二者形狀相近，說明熱定型規(guī)律也適用于96 mm的杯深。在滿足模杯品質(zhì)的基礎(chǔ)上，模壓溫度和時(shí)間也不能過多地增加，否則模杯表面上會變黃和出現(xiàn)細(xì)裂紋。由于壓力和熱量使聚氨酯彈性體變形，過長的模壓時(shí)間會導(dǎo)致發(fā)泡棉過早地老化，例如變黃或出現(xiàn)細(xì)裂紋，因此模壓時(shí)間必須與聚氨酯泡沫的模壓溫度相匹配。當(dāng)泡沫在模壓頭彎曲力作用下壓縮破壞了單元支架，單元間的結(jié)合力過低導(dǎo)致支架斷裂，從而形成細(xì)裂紋，這主要是由于聚合物之間交聯(lián)度不足造成的[1]。

圖6 模壓溫度、模壓時(shí)間以及交互作用對于模杯對應(yīng) BP點(diǎn)厚度的影響(杯深為96 mm)Fig.6 Effect of molding temperature, dwell time, and their interaction on thickness at BP point with cup depth of 96 mm

4 驗(yàn)證試驗(yàn)

為驗(yàn)證本文研究所得回歸模型的有效性，針對模壓頭3種不同尺寸，每種隨機(jī)選取了2種不同模壓條件進(jìn)行模壓，并且每種條件下分別模壓3次。模壓后在室溫條件下自然冷卻12 h以上，使其充分釋放內(nèi)在壓縮應(yīng)力。通過定位對BP點(diǎn)位置的厚度進(jìn)行了測量，并與預(yù)測值進(jìn)行比較，結(jié)果如表5所示。

表5 不同模壓條件下模杯對應(yīng)BP點(diǎn)厚度測量與預(yù)測值Tab.5 Simulation and experiment thickness results at BP points under different molding conditions

由表5中可看出，在模壓溫度分別為190、200 ℃，模壓時(shí)間分別為100、140 s時(shí)，對應(yīng)3種不同規(guī)格模壓頭杯深，模杯對應(yīng)BP點(diǎn)厚度預(yù)測值與實(shí)際測量值相比差異不大，均處于預(yù)測區(qū)間范圍內(nèi)，表明回歸模型可較好地預(yù)測厚度值。

5 結(jié) 論

在制造業(yè)中，工藝參數(shù)的建模是關(guān)鍵工作， 影響生產(chǎn)率、質(zhì)量、生產(chǎn)成本和物流時(shí)間。本文研究通過采用BBD方法，用盡可能少的試驗(yàn)次數(shù)嘗試組合來探究泡沫模杯模壓工藝參數(shù)與模杯BP點(diǎn)厚度之間的變化關(guān)系，得到的主要結(jié)論如下。

1)針對給定泡沫材料條件，論證了模壓頭杯深、模壓條件(模壓溫度和模壓時(shí)間)與模杯BP點(diǎn)厚度之間的關(guān)系，提供了一種客觀的評價(jià)方法，不僅優(yōu)化了模杯的模壓過程，而且為生產(chǎn)者和客戶間提供量化的分析手段。

2)響應(yīng)曲面法試驗(yàn)設(shè)計(jì)用來優(yōu)化代替?zhèn)鹘y(tǒng)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)。在不同杯深條件下，模壓溫度和模壓時(shí)間的建?？赏ㄟ^圖形的方式獲取。模杯對應(yīng)BP點(diǎn)厚度的試驗(yàn)值和預(yù)測值相符程度較高。

3)方差分析結(jié)果表明，模壓溫度是主要的影響參數(shù)，在相同杯深的條件下，相比于模壓時(shí)間，溫度對于模杯對應(yīng)BP點(diǎn)厚度有更大的影響。模壓溫度和模壓時(shí)間的交互作用對于厚度也有顯著影響。通過模壓條件建模響應(yīng)曲面來看，當(dāng)溫度不夠高時(shí)，即使再延長模壓時(shí)間，也不能使厚度保持穩(wěn)定。在高溫和一定的模壓時(shí)間下可使厚度保持穩(wěn)定情況下，也可通過較低的溫度和較長的模壓時(shí)間來代替，以節(jié)省能源。

FZXB

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《紡織學(xué)報(bào)》第九屆編輯委員會第2次會議在武漢召開

2017年11月4日，《紡織學(xué)報(bào)》第九屆編輯委員會第2次會議在武漢召開。中國工程院院士、《紡織學(xué)報(bào)》編委會主任俞建勇，中國紡織工程學(xué)會常務(wù)副理事長、《紡織學(xué)報(bào)》編委會常務(wù)副主任伏廣偉出席會議。來自海內(nèi)外的《紡織學(xué)報(bào)》第九屆編輯委員會成員40余人參加會議。《紡織學(xué)報(bào)》編輯部主任張洪玲主持會議。

伏廣偉在致辭中指出，《紡織學(xué)報(bào)》是中國紡織工程學(xué)會非常重要的一本學(xué)術(shù)刊物，也是目前國內(nèi)中文紡織類學(xué)術(shù)期刊中的頂級刊物。在現(xiàn)有成績基礎(chǔ)上，我們將借助EI平臺，繼續(xù)秉承嚴(yán)謹(jǐn)、嚴(yán)格的辦刊原則，進(jìn)一步提升期刊的學(xué)術(shù)質(zhì)量和學(xué)術(shù)影響力，堅(jiān)持辦一流期刊、精品期刊。

中國紡織工程學(xué)會副秘書長、《紡織學(xué)報(bào)》主編劉軍向各位編委匯報(bào)了自換屆以來《紡織學(xué)報(bào)》的主要工作。在近一年的時(shí)間里，《紡織學(xué)報(bào)》編輯部在團(tuán)隊(duì)建設(shè)、提升出版速度、組織專欄稿件、舉辦學(xué)術(shù)交流等方面做了很多工作，并取得了一系列的成績?！都徔棇W(xué)報(bào)》榮獲2016年“百種中國杰出學(xué)術(shù)期刊”稱號，2017年入選“第4屆中國精品科技期刊”，即“中國精品科技期刊頂尖學(xué)術(shù)論文(F5000)”項(xiàng)目來源期刊。

與會各位編委對《紡織學(xué)報(bào)》所做的工作給予了充分的認(rèn)可，同時(shí)紛紛就《紡織學(xué)報(bào)》的未來發(fā)展積極獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策，從開拓新思路、凝練科學(xué)問題、精準(zhǔn)辦刊定位等方面展開了熱烈的討論，并提出了非常有建設(shè)性的意見。

俞建勇院士做總結(jié)發(fā)言。他勉勵(lì)《紡織學(xué)報(bào)》編輯部要瞄準(zhǔn)世界一流期刊，發(fā)揮其在紡織科學(xué)技術(shù)發(fā)展中的引領(lǐng)作用，鞏固并提升《紡織學(xué)報(bào)》在中國紡織學(xué)術(shù)領(lǐng)域中的地位，并加速國際化進(jìn)度。同時(shí)，俞院士呼吁所有編委要堅(jiān)持學(xué)術(shù)自律、協(xié)同奮進(jìn)，積極促進(jìn)紡織行業(yè)科技創(chuàng)新，以贏得世界的尊重。

ThicknesschangetrendunderprocessparametersinfoamcupmoldingusingBox-Behnkendesignmethod

WU Long

(Apparel&ArtDesignCollege，Xi′anPolytechnicUniversity,Xi′an,Shaanxi710048,China)

In order to reduce the number of trial-and-error in the conventional bra cup molding process and to establish a quantitative analysis method, an experimental scheme with 15 kinds of condition combinations (three factors and three levels) based on the Box-Behnken design (BBD) method was proposed. By means of the regression equation and the response surface plots, the relationship between molding process parameters and the section thicknesses of molded cups could be explored and the prediction could be made. The results indicate that the molding temperature has greater influence than the length of the dwell time on the section thicknesses of molded cups. From the response surfaces, even though the length of the dwell time is extended, the thickness of the mold cup cannot remain stable if the molding temperature is not high enough. For the given cup depths of different sized mold heads, the optimal molding conditions can be accurately and quickly determined. The efficiency with this approach is 3.6 times of the approach without experimental design and the results are validated by the experiment.

responding surface methodology; bra; cup thickness; molding process

10.13475/j.fzxb.20170200708

TS 941.6

A

2017-02-07

2017-08-10

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(61303120)；陜西省教育廳科研項(xiàng)目(16JK1321)；中國紡織工業(yè)聯(lián)合會科技指導(dǎo)性計(jì)劃項(xiàng)目(2016124)；西安工程大學(xué)博士科研啟動基金項(xiàng)目(310-0400608)

吳龍(1976—)，男，講師，博士。主要研究方向?yàn)榉b信息化工程以及服裝加工工藝。E-mail:wulong7398@163.com。