超临界气体(SCF)在微细发泡注塑成型过程中集聚于制品表面,是导致微细发泡注塑制品表面质量差的主要诱因。一般大尺寸的表面缺陷,如表面微泡、吹破等,被认为是在制品局部位置的工艺条件不当所引起的,可以通过改善模具结构设计、调节SCF含量等进行消除。小尺寸的表面缺陷,如涡流痕和银纹,导致表面粗糙度较大,且这些表面缺陷由于设备和工艺原因很难消除甚至不能消除,使得微细发泡注塑成型工艺所生产的产品无法被应用在外观质量要求比较高的领域。前人通过数值计算和有限元模拟,用不同的注塑工艺参数成功的研究了单个微泡和表面粗糙度的关系。虽然根据MOLDFLOW和泡孔长大模型建立的数学模型可以推算出单个微泡的大小,从而计算得到表面粗糙度Ra,但是单个微泡在非牛顿流体中的运动受到各种力的影响,主要是外界压力、剪切应力、粘性阻力、低密度引起的上升力等,会产生破裂和聚集合并现象并产生微泡群。由于微泡群的存在使得数学模型无法精确地计算出表面粗糙度,所以研究单个微泡的长大很难定量的指导和对比实际产品的制造。因此,本文为了研究如何改善制品表面质量做了以下工作。首先,本文基于微细发泡成型工艺中的剪切应力成核研究分析,认为剪切应力是促使微泡成核长大的主要驱动力之一,也是导致微泡破裂的主要原因之一。通过Taylor泡孔形变理论可知,当微泡黏度和熔体黏度的比值趋向于零的时刻(该过程就是熔体从表层向内慢慢冻结),临界破裂无量纲系数为常数。而当壁面剪切应力增大时,冻结层附近的大微泡由于满足临界破裂条件,会快速分裂成更小的微泡从而降低了表面粗糙度。区别于传统注塑成型工艺,微细发泡注塑成型工艺的剪切应力和表面粗糙度在低雷诺数流场下会呈现某种趋势相反的关系,即微泡大小随着剪切应力的增加而变小。因此,本文通过有限元仿真模拟软件作为工具,通过田口实验设计方法来分析工艺参数对壁面剪切应力的影响,从而可以得到微细发泡注塑成型工艺和壁面剪切应力的关系。然后,为了提高微细发泡注塑成型制品的表面质量,根据田口实验方法来进行实验设计,并完成实际注塑成型实验,并利用粗糙度测量仪来表征试样的表面质量。通过信噪比和方差分析方法,分析了模具温度,熔融温度,注射速率,预充填量,气体浓度对制品表面质量的影响。从而揭示了工艺参数与表面粗糙度的关系,从而得到了壁面剪切应力和表面粗糙度的趋势对比。最后,根据工艺参数和表面粗糙度的关系,得出优化工艺组合。再采用粗糙度测量仪对优化前后的实验结果试样进行表征对比,并采用扫描电镜表征田口实验设计的最优、最差、优化工艺后试样的剖面特征。试验结果验证了田口实验方法可以有效的优化微细发泡工艺参数,且表面粗糙度的优化,可以通过CAE分析得出的壁面剪切应力大小预判,从而改善微细发泡制品的表面质量。