传动器目前已经被广泛应用到各个领域，包括汽车、船舶、航天等大型工业领域，但是最常见的传动器都是由金属材料制得，很少通过注塑工艺制得。随着塑料行业的不断发展，逐渐出现了塑料传动器，相对于金属传动器，塑料更轻，能够保持固有的润滑性，具有较好的耐腐蚀性[1]。陈锋等[2]针对电动汽车用减速器的特点，建立了传动效率计算模型，开展了模型精度及传动效率影响因素的正交试验。通过设计正交试验，得出一组最佳的试验结果。胡德锋[3]介绍了塑料传动装置的常用材料以及模具结构及成型工艺，重点分析塑料传动齿轮的成型缺陷及对策。余国达等[4]为预测塑料齿轮的啮合温度，考虑聚甲醛(POM)材料的温度-模量效应和摩擦热流-滞后热通量多热源效应，建立了塑料齿轮啮合温度场有限元数值模型。结果表明：干运行条件下滞后生热温升对稳态啮合温度影响较小，摩擦生热温升是塑料齿轮稳态啮合温度的主要组成部分。对于注塑成型工艺，近些年也有很多学者通过一系列优化算法对其工艺参数进行优化。印磊等[5]以某一款较复杂汽车车灯灯体为研究对象，应用最优拉丁超立方设计方法进行数据采样，通过建立响应面模型，结合模拟退火算法对汽车车灯注塑成型工艺参数进行优化，得出一组最佳的成型工艺参数，有效改善制件的成型质量。傅建钢[6]结合中心复合试验设计，采用Moldflow软件和响应面模型方法，拟合得到注塑件二阶响应面模型，由响应面模型获得成型最佳产品的工艺参数组合。结果表明：二阶响应面模型具有较高预测精度，使用该方法缩短了分析周期，降低了生产成本。赵克宝等[7]以某型号电压转换器为实例，设计响应面试验，建立响应面方案。结果表明：响应面优化模型具有较高的准确率和可靠性，为其他类似模具设计与优化提供借鉴。本实验以注塑传感器为研究对象，通过响应面模型，以模具温度、熔体温度、保压压力以及冷却时间为响应参数，以翘曲变形量为响应目标，以获得一组最佳成型工艺参数组合。1模拟仿真1.1建立模型图1为传动器三维图。该制件采用聚甲醛(POM)，POM的冲击强度好，尺寸稳定，耐磨性能优良，被广泛应用于各个领域。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.020.F001图1传动器三维图Fig.13D diagram of transmission1.2网格划分将模型导入Moldflow中，选用双层面，随后进行网格划分，网格总数量为45 453，单个长度为2 mm，一般要求网格最大纵横比小于20，平均纵横比小于3，本次结果网格最大纵横比为13，平均纵横比为1.32，都满足要求，网格匹配率为93.6%，大于90%，表明网格划分效果较好，图2为具体网格划分。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.020.F002图2网格划分Fig.2Grid division1.3初步模拟分析根据实际经验，当选取的模具温度过高时会导致黏模，过低则导致熔料填充不足。熔体温度对制件的成型质量也有一定的影响，略高的熔体温度能够增加熔体的流动性，有利于制件成型，但是不宜过高，由于POM材料高温易分解。保压压力也要适中，保压压力过高则导致脱模困难。冷却时间越短，体积收缩机会越大，翘曲变形也越大[8]。初始工艺参数设置：模具温度为80 ℃、熔体温度为190 ℃、保压压力为90 MPa、冷却时间为20 s。图3为传动器翘曲变形量的初步分析。从图3可以看出，初步分析的最大翘曲变形量为2.382 7 mm，达不到实际生产要求（低于2 mm），需要对传动器进行一定的优化。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.020.F003图3传动器翘曲变形量的初步分析Fig.3Preliminary analysis of warping deformation of transmission2响应面成型工艺参数优化2.1建立因素水平塑料传动器的材料主要是POM，表1为POM的工艺参数。以模具温度(A)、熔体温度(B)、保压压力(C)以及冷却时间(D)为响应变量，以制件的翘曲变形量为响应目标，建立响应面模型。表2为响应面试验因素水平设计。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.020.T001表1POM工艺参数Tab.1POM process parameters参数数值模具温度/℃80~100注射压力/MPa100~150保压压力/MPa80~100保压时间/s10~20冷却时间/s15~30熔体温度/℃180~20010.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.020.T002表2响应面试验因素水平设计Tab.2Response surface test factor level design水平因素模具温度（A）/℃熔体温度（B）/℃保压压力（C）/MPa冷却时间（D）/s-180180802009019090251100200100302.2响应面样本数据根据因素水平表建立CCD响应面模型，利用Design Expert软件得出30组排列组合试验，根据Moldfolw模拟出30组试验对应的试验结果，表3为响应面试验结果。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.020.T003表3响应面试验结果Tab.3Response surface test results试验编号因素翘曲变形量R/mmABCD1-11-1-12.3142-1-1112.329301002.36241-1111.9985-11-112.355600002.265700002.342811-112.434900002.27710-1-1-111.993111-1-1-12.3551200002.43713111-12.29514-10002.34115-111-12.40316-1-11-12.2951710002.3281800-102.4151900012.318201-1-112.3352100002.412221-11-12.39523-1-1-1-12.5212400002.3952500102.3362611112.412270-1002.31228-11112.42929000-12.3163011-1-12.3062.3响应面拟合根据所得到的样本数据得到相应的线性回归方程，式（1）为具体的回归方程结果。R=2.35+0.062A-0.002B+0.035C+0.021D-0.051AB+0.0006AC+0.012AD-0.019BC-0.045BD-0.011CD- （1）0.035A2+0.011B2-0.006C2-0.004D2通过线性回归方程可以得到各因素交互作用对制件翘曲变形量的影响显著程度，相应的系数越大，表明交互作用越显著，系数正负表示交互作用与制件翘曲变形程度正负相关性[9-11]。从式（1）可以看出，AC、AD与制件翘曲变形量成正相关，AB、BC、BD、CD与制件翘曲变形量呈负相关，并且根据系数大小得出交互作用显著程度为：ABBDBCADCDAC。图4为残差正态分布以及拟合曲线。从图4可以看出，残差分布以及拟合曲线中的散点基本都分布在直线的两侧，呈现动态分布，表明该响应面模型较准确，可以用于响应面预测。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.020.F004图4残差正态分布及拟合曲线Fig.4Residual normal distribution and fitting curve2.4方差分析表4为回归模型方差分析。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.020.T004表4回归模型方差分析Tab.4Analysis of variance of regression model因素偏差平方和自由度方差F值P值显著性模型0.26140.0183.330.0136显著A0.09210.09216.590.0010显著B0.000110.00010.0200.8883C0.02910.0295.280.0364显著D0.01010.0101.840.1947AB0.04110.0417.430.0156显著AC6.250×10-616.250×10-60.0010.9736AD0.00210.0020.380.5450BC0.000610.00061.010.3318BD0.03210.0325.870.0285显著CD0.00210.0020.350.5624A20.03410.0346.080.0263显著B20.00310.0030.570.4637C20.00110.0010.200.6574D20.000610.00060.120.7380残差0.083150.006失拟项0.070100.0072.640.1478不显著纯误差0.01350.003总回归0.3429相关系数R2=0.9214校正系数R2Adj=0.9013模型信噪比r=8.967从表4可以看出，模型的P值远小于0.05，表明模型项显著，失拟项的P值为0.1478，大于0.05表明其不显著，满足响应面模型的基本要求。其中A、C、AB、BD、A2的P值都小于0.05，表现为显著。根据F值大小可以得出各因素对制件翘曲变形量的影响程度，F值越大，表明影响程度越大。各因素对制件翘曲变形量的影响程度大小依次为：模具温度(A)保压压力(C)冷却时间(D)熔体温度(B)。响应面相关系数R2为0.9214，校正系数R2Adj为0.901 3，表明该模型拟合效果较好，模型信噪比r为8.967，一般模型信噪比大于4，表明模型分辨能力较好，可以用于结果预测[12-15]。2.5交互作用分析图5为各因素交互作用对制件翘曲变形量的影响。从图5a可以看出，当模具温度一定时，随着熔体温度的不断增大，制件的翘曲变形量不断增大；当熔体温度一定时，随着模具温度的不断增大，制件的翘曲变形量不断增大。从图5b可以看出，当冷却时间一定时，随着熔体温度的不断增加，制件翘曲变形量也增大；当熔体温度一定时，随着冷却时间的不断增大，制件的翘曲变形量不断增大。图5各因素交互作用对制件翘曲变形量的影响Fig.5Influence of interaction of various factors on warpage deformation of parts10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.020.F5a1(a)熔体温度与模具温度交互作用10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.020.F5a2(b)模具温度与冷却时间交互作用3模拟验证根据方差分析结果，通过Design Expert进行参数优化分析，以翘曲变形量最小为目标，最终优化后的工艺参数为模具温度80 ℃、熔体温度180 ℃、保压压力90 MPa、冷却时间20 s。将优化的工艺参数组合进行模拟验证，通过Moldflow进行模流分析，图6为优化后制件翘曲变形量。从图6可以看出，优化后工艺参数条件下制件得到最大翘曲变形量为1.955 mm，与预测结果1.963 mm接近，误差为0.41%，远小于3%，该响应面模型满足要求。10.15925/j.cnki.issn1005-3360.2023.06.020.F006图6优化后制件翘曲变形量Fig.6Warpage deformation of the optimized parts4结论通过响应面模型方差分析可以得到四个变量的影响程度大小分别为：模具温度保压压力冷却时间熔体温度。通过响应面模型可以有效改善之间的成型质量，模具温度80 ℃，熔体温度180 ℃，保压压力90 MPa，冷却时间20 s，此时制件的翘曲变形量最小为1.955 mm，较未优化前降低了0.427 7 mm，成型质量得到明显提升。