聚甲醛在小模数齿轮上的应用：

在仪表、电子等行业, 产品中大量采用小模数齿轮作为传动部件。随着塑料工业的发展和塑料加工技术水平的提高, 使塑料在小模数齿轮上的应用日益广泛。塑料齿轮具有生产率高、成本低、噪音小、质量轻、不生锈等优点, 已大量取代金属齿轮。但小模数齿轮要求精度高, 受模具加工精度和塑料成型技术水平的限制, 目前国内仍较多地采用成型收缩率小、尺寸稳定的聚碳醋醋(PC ),增强聚碳酸醋( F R 一PC ) , 聚讽等塑料。由于这些材料自身固有的缺点, 限制了它们的广泛应用。国外的小模数齿轮大量采用的是聚甲醛( PO M )、尼龙等塑料。但聚甲醛、尼龙等塑料收缩率大, 加工温度区域狭窄, 因而加工成型小模数齿轮时, 控制它们的收缩率是保证齿轮精度的关键。为了把PO M用于我厂产品中的小模数齿轮, 我们利用现有条件对PO M 在小模数齿轮上应用的可行性, 加工成型工艺条件等方面进行了探讨, 业使该材料大量应用于生产。

POM在小模数齿轮上应用的可行性：

我厂产品中的小齿轮, 模数为D 、6 , 原选用聚碳酸醋制作, 虽然PC 成型收缩率小, 且可在较宽的变化范围内保持尺寸的稳定性, 成型出的零件可达到很精密的公差。但该材料本身具有苯环结构, 内应力大, 在成型加工阶段受剪切应力和冷却收缩的影响, 成型品内部会出现残余应力, 易于发生裂缝或变形, 降低了使用寿命。同时PC 树脂对缺口特别敏感, 从表1 可看出, 其缺口冲击强度随缺口增大而明显下降。而小模数齿轮, 如图1 所示其齿与齿之间( 即齿谷处) 的形式与美国A S T M ( D 一25 6 ) 测试缺口冲击强度的样条缺口形式基本相仿。因此, 用P C树脂制得的齿轮, 其能承受的冲击强度仅类似于材料的缺口冲击强度, 这样将大大地降低PC 树脂材料本身的强度。可见, PC树脂不是一种很理想的齿轮材料。而聚甲醛树脂则具有强度高、刚度大,耐疲劳和耐蠕变性能好, 摩擦磨损性能优越, 金属摩擦系数低等性能, 是一种较理想的齿轮材料。我们把P C和PO M 齿轮分别装于产品中进行寿命对比试验, 结果表明, PO M 齿轮的使用寿命约是PC 齿轮的5 倍以上。达到业超过国标1 0 0万次的要求。通过以PO M 代替PC 制作齿轮, 解决了过去一直难于解决的产品寿命问题。

不同牌号P O M 成型收缩率的比较：

同种材料在性能上不尽相同。由于高聚物受聚合工艺的影响必然会导致材料性能上的差别, 本工作要求材料本身在特定的工艺条件下具有稳定的收缩率。因此, 我们考察了两种牌号PO M 制得零件的尺寸波动和质量波动( 表2 、表3 ) 以及工艺条件与成型收缩率之间的关系。

试验结果表明, 日本生产的M90比国产M250的尺寸稳定性好, 成型收缩率小。为便于成型工艺的柠制, 保证齿轮的精度及尺寸稳定性, 选用了M90 作为成型小模数齿轮的材料。

模具温度对成型收缩率的影响：

模具温度对PO M 塑料成型收缩率的影响见图3 。模具温度对聚甲醛成型收缩影响很大,随着模具温度的提高, 成型收缩率明显增加。可见, 提高模具温度对于降低成型收缩率是不利的。但由于PO M 树脂是一种高结晶聚合物, 结晶度的高低直接影响到塑料件的内在性能。对于力学性能来说, 通常晶态的优于非晶态的, 结晶度高的又优于结晶度低的。而模具温度又直接影响着塑料制件的结晶度和结晶构型。模具温度高时, 冷却速率小, 结晶速率就大, 结晶度高。模具温度低时, 冷却速率大, 不利于晶体或球晶的生长, 致使塑料制件结晶程度较低。因此,要制得内在性能优越的制件, 必须综合考虑, 选择较为适宜的模具温度。

最佳成型工艺条件的确定：

1 .聚甲醛( PO M ) 是一种较好的齿轮材料, 其摩擦系数仅为0.21 , 比聚碳酸醋的摩擦系数( 0 . 38 ) 小得多, 用作齿轮, 使用寿命长。

2.当注射压力从70M Pa 增加到168MPa时, 制件成型收缩率从1.88 % 下降到1.46 %而模具温度从40 ℃上升到80 ℃ 时, 成型收缩率从1 .81 % 上升到2 .34 % 。可见模具温度对成型收缩率的影响比注射压力的影响更明显。因此, 用改变模具温度来调整成型收缩率较为有利。

3. 实验表明, 最佳工艺参数应选模具温度为60 ℃ , 注射压力为98MPa, 此条件下制件成型收缩率为2.07 %。

4 .POM是一种高结晶聚合物, 为消除模温太低而留存的残余应力和提高尺寸稳定性, 可采用退火处理的方法, 以利于再结晶化。

5 . 以上试验是在普通注射机上进行的, 若采甩精密注射成型机则更能保证工艺参数的一致性, 有利于制件精度的提高。

6 .解决小模数齿轮不圆度问题, 选用三点等腰点浇口最为有利。

7.通过采用POM 和最佳工艺参数制得的小模数齿轮使用寿命达到国标( 100万次) 的要求,过去采用PC 一直难于解决的产品寿命达不到部标( 50 万次)的问题。