双联塑料齿轮注射模的设计与制造

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伍先明　湖南科技大学，湖南湘潭　411201　陈贤勇　广东美的空调实业部，广东顺德　528300) 　　
摘要：分析了双联塑料齿轮的结构特点和成型工艺性，阐述了四个分型面的设计依据和模具的工作过程。以及为了保证塑件的精度、在齿轮型腔制造上所采取的工艺方法。
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关键词：双联塑料齿轮；四个分型面；模具工作过程；型腔制造
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4 g6 ?9 G9 ~9 v" \; h" \& \: ~* n1.引言

" C5 q$ n$ o% U* `8 m; {, }　　塑料齿轮由于噪音低、惯性小、耐腐蚀、成形工艺好、成本低、具有自滑润性能，所以广泛应用于仪器仪表和各种家用电器中的机械传动中。如图1所示为某电器设备中的一种双联塑料齿轮，其中小齿轮为斜齿，法面模数0.4，螺旋角18.4°。大齿轮为直齿，模数0.4，齿轮精度较高，生产批量较大，为提高生产效率，可采用一模多腔注射成型。
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　　2.零件工艺性分析

+ O; p: d7 h6 x: C; q　　1） 为了保证塑料齿轮传动平稳性精度，两齿轮应在同一型腔中注射成型。如果大轮作为分型面朝上，小齿轮向下，而在脱模时整个型腔需旋转，这时推出机构全部要旋转推出，推出机构的设计比较困难，模具结构设计上不允许。采用小齿轮朝上大齿轮朝下，分型面取在大小齿轮相接的面上，就可以使推出顺利，模具结构也可行，只是大、小齿轮的型腔分别设置在动、定模两个部分，为了确保两齿轮分度圆同轴度，在动定模合模时应采取一定的定位措施。

　　2） 该零件的材料为POM，其成形收缩率为1.5~3%。塑件在结构设计上为了保证斜齿轮轮齿精度，轮缘内孔上没有设置加强肋，在孔的轮毂上设置了6条加强肋。因聚甲醛成型收缩率大，热稳定性差，加工温度范围窄，所以注射速度要快，注射压力不宜过高，宜采用多点进料加快充型速度，以便获得轮廓清晰的齿形，同时还应加强型腔的排气。

: Q( X5 E. r) ]　　3） 成形后斜齿轮的脱模是利用开模力来驱动斜齿轮型腔“旋转”来实现的，斜齿轮的脱模阻力过大会造成塑件变形，将直接影响齿轮螺旋角精度，因此在型腔旋转塑件脱模之前，斜齿轮和轮毂中的环型芯应先行脱出，环型芯和型腔间隙要合适，两者之间不能摩擦而增加阻力。所以斜齿轮型腔的旋转精度与减小齿轮的脱模阻力是保证斜齿轮成形精度的关键。
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　　3.模具的结构设计

5 |5 ~+ B$ [/ ?　　4） 根据以上的分析和塑件的结构特点，模具结构定为一模两腔，塑料熔体进入型腔的分流道采用六等分的点浇口形式（如图1所示），点浇口的进料位置设置在六条加强肋的半圆中心，点浇口拉断后不需修整，有利于自动化生产，在分流道转折处的外侧设置六根拉料杆（减小塑料熔体的流动阻力）在此设置一个分型面A－A，便于流道凝料拉出，分型距离比较长，由定距螺钉的长度来保证。
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. {* v5 V! n, u3 a3 _　　5） 斜齿轮轮缘内有一个环型芯，在结构上把环型芯和分流道镶件做成一个整体，在斜齿轮型腔旋转脱模之前，环型芯应先行脱出，因此在此处应设置一个分型面B－B，分型距离以保证环型芯和旋转型腔不脱离，其距离由定距螺钉长度控制。

! @  [4 y) n+ S) d　　6） 点浇口拉断后分流道凝料紧紧地箍在拉料杆上，主流道凝料也卡在主流套内，为使浇注系统凝料从定模中拉出，在此处还应设置一个分型面D－D，并加一块推凝料板。
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. y: b1 X: L: `5 u9 M  D, Z6 Z$ W% k　　7） 斜齿轮齿宽并不大，为了减小模具高度尺寸及流道长度，斜齿轮型腔高度尺寸应小一点，为使型腔旋转灵活而具有一定的径向精度，径向定位采用一个向心推力球轴承即可，轴向定位采用一块环形压板即可，如图2中所示。
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2 M, K5 j8 @0 ^5 X+ T" q　　8） 为了便于模具的制造和零部件的加工、更换、维修，动定模各部分都设计成镶拼的结构形式。

( ~' D2 k# h# g4 T, l1 r　　9） 塑件中心孔是这个齿轮的轴孔，要求孔的尺寸和形位精度较高，因此φ5型芯不放脱模斜度，注射成型后由于塑件把轴包得很紧，因此推出时为使塑件受力均匀而不产生过大应力，在齿轮辐板上考虑设置两圈推杆，中心采用推管的综合推出机构。
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　　10） 为保证动定模的合模精度，在C－C分型面合模时，除采用两根导柱（图中未示）作初定位外，还应采用两根锥形导柱作精定位。同时为了保证双联齿轮的同轴度，轴孔的成形型芯必须与定模的对应部位型孔对插。
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　　4.模具工作过程
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　　注射机开模，在一组弹簧11的作用下，A－A分型面首先分型，这时塑件上六个点浇口在开模力的作用下同时拉断，各分流道凝料从分流道镶件15中拉出；继续开模在定距螺钉18的作用下，B－B分型面分型（这时还不可能使C－C分型面分型，因为齿轮对动模型芯2和凸模6的包紧力和型腔对直齿轮的粘附力远大于斜齿轮的脱模力，而斜齿轮在环型芯的制约下不可能旋转，D－D分型面也不可能分开，六根带锥的拉料力远大于环型芯的脱模力）；开模一定距离，环型芯脱离了轮毂，中间板在定距螺钉19的作用下停止移动；继续开模C－C分型面分型，斜齿轮型腔旋转，斜齿轮脱出；继续开模，在动模链条牵引下，D－D分型面分型，浇注系统凝料从主流道中拉出，从拉料杆上打下，凝料自动坠落；定模部分三块可移动的板由限位导柱12限位，并防止模板滑落。最后注塑机推出系统动作，推管、、推杆（两圈共18根）同时作用把塑件推出，推出零件对塑件作用面积大，应力小，这样在模具结构设计上是能够保证塑件的精度。

　　5.齿轮型腔的制造

　　一副齿轮注射模能否高效优质的生产塑件，除了在模具结构设计上考虑得周密、细致和合理外，还有更重要的一点就是型腔的制造精度，由于塑料注射成型的收缩特性，在加工型腔内齿轮时，应加上一定的收缩量，所以型腔是一个非标准的内齿圈，因此齿轮型腔的制造是模具制造的关键。目前齿轮加工的方法有电铸、挤压、电火花、慢走丝线切割、磨料流挤压抛光、电抛光等等。
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　　考虑到模具的耐用度、抛光性和生产成本，本模具的型腔加工先后采用两种加工工艺方法，直齿轮型腔采用慢走丝线切割后，再经磨料流挤压抛光；斜齿轮型腔粗、精加工都是采用电火花成形，也是经磨料流挤压抛光。就目前来看磨料流挤压抛光是复杂型腔抛光的新工艺，应该是一种最有效的方法。
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6 X: U  \) O! {4 _1 t$ `- o　　总之，塑料齿轮注射模的设计与制造综合了齿轮加工，精密模具制造与塑料注射成型工艺等多方面的技术，因此要获得质量合乎要求的塑料制品，模具需要经过反复试模、修模和再试模这一过程。通过稳定成形工艺，逐步积累制造经验，在以后的齿轮模具类加工中，就会大大加快设计和制模的速度。
　　参考文献

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8 E; z4 u# r& ]5 _6 x  f1 [　　[3]　《塑料模具设计手册》编写组. 塑料模具设计手册[M]. 机械工业出版社，1999.