0 引 言

聚甲醛（POM）具有良好的力學(xué)性能以及耐疲勞特性，常用于塑料齒輪加工，但是POM易于結(jié)晶，導(dǎo)致塑件加工過程中因結(jié)晶收縮而產(chǎn)生內(nèi)部縮孔，這種缺陷在厚壁塑件加工中尤其明顯，影響齒輪的強(qiáng)度和使用壽命。由于注射工藝條件相互影響，作用機(jī)理復(fù)雜，且與材料結(jié)構(gòu)、分子量等密切相關(guān)，厚壁塑件的內(nèi)部縮孔問題一直是注射成型中難以解決的問題。

為解決塑件收縮產(chǎn)生的缺陷，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了深入研究。K JANSEN等

分析了工藝參數(shù)對塑件收縮的影響，發(fā)現(xiàn)保壓壓力和熔體溫度對塑件收縮有顯著影響，注射速度和模具溫度影響較小。王利霞等

結(jié)合CAE以及田口試驗設(shè)計也發(fā)現(xiàn)了類似的規(guī)律。祝鐵麗等

通過分析注射成型塑件的收縮機(jī)理，提出“收縮中心”的概念。趙永成等

綜合分析了材料特性、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及成型工藝條件對收縮的影響及相互作用。在此基礎(chǔ)上，歐相麟等

提出了縮孔形成機(jī)理，并從產(chǎn)品設(shè)計、模具設(shè)計和成型工藝以及材料等方面提出了解決方案。沈亞強(qiáng)等

研究了收縮機(jī)理，提出了注射齒輪“縮腰”的模具改進(jìn)方案。R Y CHANG等

分析了結(jié)晶對塑件翹曲、收縮的影響，結(jié)合結(jié)晶動力學(xué)理論和有限元方法模擬了塑件的收縮和翹曲變形。張世勛等

通過仿真與試驗發(fā)現(xiàn)縮孔的成型機(jī)理，提出了抑制方法。目前研究集中在單因素作用及優(yōu)化，缺少工藝參數(shù)相互依賴性的具體分析，在實際注射過程中單純改變一個因素會引起其他問題，需考慮因素間的協(xié)同效應(yīng)。

當(dāng)前國內(nèi)外研究縮孔主要采用線割法或密度法，對縮孔的檢測不準(zhǔn)確，而且是破壞性檢測，并不適用工業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量檢驗。隨著工業(yè)檢測設(shè)備的進(jìn)步以及分析軟件的發(fā)展，工業(yè)CT已應(yīng)用于塑件內(nèi)部縮孔的非破壞檢測，為檢測該類缺陷提供了新的方法。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗確定了較易控制的工藝參數(shù)開展試驗，運(yùn)用全因子試驗設(shè)計揭示參數(shù)間交互作用機(jī)理，對主要影響因素開展單因素試驗驗證，研究結(jié)果表明保壓壓力對縮孔缺陷的影響最為顯著，分析了工藝對于縮孔缺陷的交互作用，為實際的工業(yè)生產(chǎn)提供了指導(dǎo)的解決方案。

1 塑料齒輪成型及縮孔檢測

1.1 齒輪參數(shù)以及試驗材料

齒輪如圖1所示，齒數(shù)

為33，模數(shù)

為1.48 mm，壓力角

為29°，變位系數(shù)

為-0.971，齒頂圓尺寸

d

=48.60

mm，齒根圓尺寸

d

=42.60

mm，采用Delrin 100 NC010牌號POM為試驗材料，材料參數(shù)如表1所示。

1.2 齒輪縮孔檢測

采用工業(yè)CT對成型后齒輪進(jìn)行掃描，得到灰度衰減圖像，如圖2所示，輸入VG studio軟件并通過三維圖像重構(gòu)算法（feldkamp-davis-kress，F(xiàn)DK）重構(gòu)可視化實體圖像，按照行業(yè)要求定義0.2 mm

以上尺寸的孔隙為縮孔。從塑件一側(cè)均勻地掃描到另一側(cè)，從圖2可以看出縮孔集中在齒輪腹板的中間層，且在輪轂中間層有顯著的大尺寸縮孔，縮孔的微觀結(jié)構(gòu)采用SEM觀測，如圖3所示，對縮孔占比進(jìn)行統(tǒng)計并作為縮孔工藝改善的響應(yīng)值。

2 試驗方案及結(jié)果分析

結(jié)合加工經(jīng)驗及Moldflow成型分析確定加工參數(shù)設(shè)置為：熔體溫度210～220℃，模具溫度80～120℃，冷卻時間20～40 s。塑件經(jīng)過工業(yè)CT檢測，存在大小不一的縮孔。

政協(xié)制度是貫徹黨的群眾路線的基本制度。人大制度是反映國家政治生活性質(zhì)和政治力量源泉的根本性制度。它作為人民當(dāng)家作主的關(guān)鍵制度設(shè)計，其具有很大代表性，但還不能囊括所有的方面。此外，中國共產(chǎn)黨是領(lǐng)導(dǎo)國家的核心力量，但還不是全部力量。中國共產(chǎn)黨踐行群眾路線還需要通過統(tǒng)一戰(zhàn)線團(tuán)結(jié)聯(lián)合其他力量。人民政協(xié)是中國人民愛國統(tǒng)一戰(zhàn)線的組織，是中國共產(chǎn)黨領(lǐng)導(dǎo)的多黨合作和政治協(xié)商的重要機(jī)構(gòu)，是中國政治生活中發(fā)揚(yáng)社會主義民主的一種重要形式。人民政協(xié)作為具有中國特色的制度安排，成為中共踐行群眾路線的基礎(chǔ)通道。

2.1 全因子試驗設(shè)計

較大的保壓壓力使材料被充分壓實，壓縮縮孔空間，抑制材料內(nèi)部收縮。升高熔體溫度，較高的熔體溫度使相同時間的降溫過程中塑件芯層與塑件外表層溫度的溫差增加，塑件收縮不均勻，產(chǎn)生更多更大的縮孔，縮孔占比會增大。試驗結(jié)果還顯示提高注射速度，縮孔占比會增大，注射速度的加快會導(dǎo)致熔體溫度升高，但并沒有熔體溫度的影響顯著。

高潮和田卓一道進(jìn)了常青樹大酒店，在進(jìn)行了嚴(yán)格的身份審查與登記后，兩人乘電梯上到八樓。在多功能會議廳入口處有一個吧臺，上面豎著一塊“媒體見面懇談會簽到處”的牌子，兩人又在這里簽了到，各自領(lǐng)取了一份鼓鼓囊囊的文檔袋，就在工作人員的引導(dǎo)下，走進(jìn)多功能會議廳。

全因子試驗對每個因素設(shè)計兩水平，試驗水平如表2所示，按隨機(jī)化和劃分區(qū)組等試驗設(shè)計要求在高水平、低水平開展重復(fù)試驗，并在中心點(diǎn)處進(jìn)行3次重復(fù)試驗，試驗設(shè)置以及縮孔占比測試結(jié)果響應(yīng)值如表3所示。

此外，中國成品油出口目的地國家數(shù)量不斷增加。一直以來，東南亞是中國成品油出口的主要市場，隨著出口規(guī)模的增長、競爭力的不斷提升，澳大利亞、非洲國家及美洲國家逐漸成為目的地市場。

采用Excel 2007和SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和多重比較(Duncan氏新復(fù)極差法)分析。

全因子試驗設(shè)計可以估算所有因素的主效應(yīng)及各階的交互作用。在全因子試驗前對注射過程中的工藝參數(shù)（保壓壓力、模具溫度、注射速度、冷卻時間、熔體溫度、保壓時間）進(jìn)行田口試驗設(shè)計并初篩，通過極差分析得出保壓時間對縮孔占比沒有顯著影響，因注射成型過程中各因素間有復(fù)雜的交互作用，結(jié)合田口試驗結(jié)果與實際加工經(jīng)驗選定主要的影響因素為保壓壓力、注射速度、冷卻時間和模具溫度，將其作為主要變量因子對其進(jìn)行全因子試驗設(shè)計，以探索主效應(yīng)及因素間的交互作用。

全因子試驗設(shè)計區(qū)分保壓壓力（A）、模具溫度（B）、熔體溫度（C）、注射速度（D）4個因素對縮孔占比的影響程度及其交互作用。從圖4所示的標(biāo)準(zhǔn)化效應(yīng)可以看出對縮孔占比的顯著影響依次是保壓壓力（A）、熔體溫度（C）、保壓壓力&注射速度（AD）、模具溫度&注射速度（BD）、保壓壓力&模具溫度（AB），保壓壓力是影響縮孔占比的主要影響因素，而其他顯著的二階交互作用也與保壓壓力密不可分。結(jié)合圖5、圖6可以看出，保壓壓力（A）、保壓壓力&注射速度（AD）及保壓壓力&模具溫度（AB）對縮孔占比有明顯的負(fù)效應(yīng)，熔體溫度（C）對縮孔占比有顯著的正效應(yīng)。

具體分析試驗中反映影響因素間的交互作用，從圖7中的因子交互作用可以看出，保壓壓力&模具溫度（AB）以及保壓壓力&注射速度（AD）、模具溫度&注射速度（BD）、熔體溫度&注射速度（CD）交互作用均值線不平行，說明因素之間交互作用顯著；而其余2組有較好的平行度，說明因素間不存在強(qiáng)烈的交互作用，設(shè)置參數(shù)時不需考慮其相互影響，可以單獨(dú)設(shè)置。在實際的材料成型過程中，在改變一個因素的同時考慮與之交互作用顯著的另一個因素，試驗研究表明保壓壓力與熔體溫度沒有顯著的交互作用，可以根據(jù)圖5反映的結(jié)果設(shè)置高保壓壓力、低熔體溫度作為抑制縮孔缺陷的工藝改善措施。

2.2 單因素試驗驗證

為了驗證試驗分析主效應(yīng)結(jié)果，對顯著影響因素保壓壓力進(jìn)行單因素試驗設(shè)計，考慮實際試模過程中保壓壓力增高到130 MPa時，出現(xiàn)了塑件脫模困難的現(xiàn)象，保壓壓力從70～120 MPa間隔10 MPa均勻取值。為保證待成型塑件充填完整，兼顧聚甲醛材料的降解特性，結(jié)合全因子試驗結(jié)果要求，熔體溫度設(shè)置為210℃；結(jié)合模具溫度與注射速度的交互作用選定注射速度設(shè)置為低水平36 mm/s；考慮保壓壓力與模具溫度的交互作用將模具溫度設(shè)置為高水平120℃。在其他因素設(shè)為定值時，隨著保壓壓力的增大，縮孔占比顯著下降，如圖8所示，試驗結(jié)果與全因子試驗中主效應(yīng)保壓壓力趨勢結(jié)果一致，驗證了試驗設(shè)計對主效應(yīng)考量的可靠性，同時說明了工藝設(shè)置需要考量注射工藝間的交互作用的必要性。

將加入了交互作用考量的全因子試驗方案結(jié)果與初篩田口設(shè)計中最優(yōu)方案：模具溫度120℃、熔體溫度210℃、保壓壓力120 MPa、注射速度72 mm/s、冷卻時間20 s、保壓速度18 mm/s進(jìn)行對比。田口試驗中縮孔占比從0.49%優(yōu)化到了0.07%，加入全因子試驗中的交互作用分析縮孔占比從0.7%優(yōu)化到了0.06%，相比之下優(yōu)化效果更明顯。

3 結(jié)束語

以塑料齒輪成型過程的縮孔缺陷為研究對象，結(jié)合實際加工條件對工藝參數(shù)進(jìn)行試驗設(shè)計，找到影響齒輪縮孔缺陷的主要因素是保壓壓力及熔體溫度，正交試驗結(jié)果表明其沒有顯著的交互作用，參數(shù)選取可以單獨(dú)設(shè)置，同時證明在齒輪塑件成型過程中，增大保壓壓力、降低熔體溫度對塑件縮孔缺陷有較好的改善作用。結(jié)合加工經(jīng)驗，設(shè)置主要影響參數(shù)保壓壓力120 MPa、熔體溫度210℃，根據(jù)其因素間的交互作用關(guān)系選定模具溫度為120℃、注射速度為36 mm/s，縮孔占比能得到有效控制。試驗表明注射過程中對交互作用進(jìn)行考量可以針對缺陷有效地進(jìn)行工藝設(shè)置。

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