小模數(shù)塑料內(nèi)齒輪注塑模具設(shè)計

時間：2015-01-13作者：東莞市順捷齒輪有限公司瀏覽：302

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塑料齒輪由于具有質(zhì)輕、**、傳動噪聲小等特點，被廣泛應用于汽車、儀表、家用電器、玩具和各種計時裝置中，不僅在很多場合已取代了金屬齒輪，而且能夠用于金屬齒輪不宜使用的許多領(lǐng)域。目前有關(guān)塑料齒輪的成型研究多是針對其外齒輪的成型拉，而對于內(nèi)齒輪的研究則較少。小模數(shù)塑料內(nèi)齒輪在組裝尺寸小、傳動結(jié)構(gòu)復雜的產(chǎn)品時，有著比較明顯的優(yōu)勢。筆者研究了模數(shù)為0.2mm的小模數(shù)塑料內(nèi)齒輪注塑模具的設(shè)計，并通過注射成型試驗對注塑模具的成型效果進行了驗證。

一、小模數(shù)塑料內(nèi)齒輪注射成型特點分析

    圖1為所要注射成型的小模數(shù)塑料內(nèi)齒輪尺寸示意圖。其齒形參數(shù)為：模數(shù)0.2mm，齒數(shù)36，變位系數(shù)1.6，分度圓壓力角20度；內(nèi)形尺寸為：齒**圓直徑7.5mm，齒根圓直徑8.2mm；外形尺寸為：外徑10mm，高4mm。


圖1：塑料內(nèi)齒輪尺寸示意圖

    由于塑料內(nèi)齒輪在注射成型后將因收縮而包緊在型芯上，而且所成型的塑料內(nèi)齒輪的齒數(shù)較多，因此所需的脫模力比較大。此外，因小模數(shù)塑料內(nèi)齒輪的齒根處壁厚僅為0.9mm，若采用推桿進行塑料件**出，推桿的直徑宜在0.5mm左右，這使得塑料件局部面積上承受的**出壓力過大，較有可能將塑料件**穿，造成塑料件破壞及無法脫模，所以需要采用推管或推板進行**出。若采用推管**出，不僅型芯的軸向尺寸過大，而且推管的定位精度要求非常高?；谏鲜龇治觯P者選擇使用推板進行塑料件**出。

    聚甲醛(POM)具有強度高、耐疲勞、耐蠕變和尺寸穩(wěn)定性好等特點，是一種較理想的塑料齒輪材料，所以采用POM進行小模數(shù)塑料內(nèi)齒輪的注射成型。

二、模具設(shè)計要點分析

    2.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計

    Moldflow是一款具有強大分析功能的**注射成型CAE軟件，被廣泛應用于注射成型領(lǐng)域的優(yōu)化設(shè)計分析。在設(shè)計小模數(shù)塑料內(nèi)齒輪的注塑模具時，筆者**使用Moldflow軟件進行較佳澆口位置分析。表面網(wǎng)格(Fusion)能夠在**分析精度的同時，減少計算機運算時間，因此網(wǎng)格類型選擇Fusion。根據(jù)塑料件的局部較小尺寸，網(wǎng)格的平均邊長設(shè)置為0.2mm。軟件分析結(jié)果顯示，宜將澆口設(shè)在塑料件中間高度處的里側(cè)或外側(cè)。筆者選擇將潛伏式澆口設(shè)在塑料件中間高度處的外側(cè)，如圖2所示，這是因為澆口設(shè)在此處不會影響塑料內(nèi)齒輪的正常使用。


圖2：較佳澆口位置分析結(jié)果

    潛伏式澆口的尺寸不宜過大，否則流道和塑料件之間不易斷開，繼而影響到流道凝料及塑料件的正常脫模，本澆口尺寸取?0.6mm。對于一模兩腔的型腔安排，澆注系統(tǒng)的整體設(shè)計如圖3所示。


圖3：澆注系統(tǒng)示意圖

    2.2 成型組件設(shè)計

    成型組件如圖4所示。小模數(shù)塑料內(nèi)齒輪的齒形采用小模數(shù)的金屬外齒輪型芯3成型。型芯的高度為4mm，齒**厚為0.07mm，齒槽寬為0.16mm。由于齒形小，型芯無法采用齒輪刀具進行加工；又因型芯的高度**過1mm，也無法采用光刻樹脂后電鑄金屬的方法進行加工；適宜的加工方法是采用電火花線切割加工。首先將模具合金鋼坯料精磨為所需厚度的板件，然后在數(shù)控線切割機床上使用?0.1mm的鉬絲從板件上切下小模數(shù)金屬外齒輪，得到所需的型芯。利用?2.5 mm的標準**桿作為型芯固定桿，在其桿部加工出螺紋，與M2.5的螺母相配合，將型芯固定在動模嵌件5上端。


圖4：成型組件示意圖

    為了方便調(diào)整與更換，推板上與動模嵌件相接觸的部分設(shè)置了推板嵌套。推板嵌套與動模嵌件之間采用錐面配合，這樣在合模時不會發(fā)生刮碰，從而減少磨損、提高模具使用壽命。推板嵌套是以過盈配合的方式固定在推板中，為了在修配模具時便于將推板嵌套取出，推板嵌套內(nèi)部錐孔的大端半徑比推板上的動模嵌件安裝過孔半徑大1.5mm。

    用于成型小模數(shù)塑料內(nèi)齒輪外形的型腔嵌套則設(shè)在定模一側(cè)。當動、定模分開時，因收縮而包緊在型芯上的塑料內(nèi)齒輪**從定模型腔中脫出，塑料件留在動模一側(cè)，然后推板將塑料件從型芯上**出。

    潛伏式澆口設(shè)置在型腔嵌套上。為**型腔嵌套上的流道部分與定模板上的流道部分準確接合，型腔嵌套需要設(shè)計防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。將該結(jié)構(gòu)設(shè)在型腔嵌套的頭部而未設(shè)在桿部(如圖4b所示)，這樣既有利于型腔嵌套防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的加工，也有利于定模板上用于安裝型腔嵌套桿部的配合孔的加工，提高了加工的工藝性。

    2.3 模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

    模具整體結(jié)構(gòu)如圖5所示。推板通過螺釘與復位桿連接。當注塑機的**桿推動模具的推桿固定板向前運動時，由復位桿帶動推板實現(xiàn)塑料件**出運動。由于冷料穴設(shè)在推板上，如果拉料桿仍像常規(guī)設(shè)計那樣固定在推桿安裝板上，則拉料桿與推板之間將無相對運動，也就無法使流道凝料脫離拉料桿。為此將拉料桿固定在動模板上，推板在**出塑料件的同時，會將流道凝料從拉料桿上強制推出。為了便于取下粘附在推板上的流道凝料，推板上的冷料穴設(shè)計成一個淺的球狀凹坑。


圖5：模具總體結(jié)構(gòu)圖

    圖6示出模具的開模動作。當注塑機執(zhí)行開模動作時，復位桿上的彈簧使得推板緊靠在動模板上，因此模具在定模板與推板之間分開，包括推板在內(nèi)的動模部分隨注塑機的動模安裝板向后移動。注射成型的小模數(shù)塑料內(nèi)齒輪因包緊在動模型芯上而從定模型腔中脫出，潛伏式澆口被拉斷，塑料件留在動模一側(cè)；在拉料桿的作用下，潛伏式澆口與主流道也從定模部分脫出，留在動模一側(cè)。當注塑機執(zhí)行**出動作時，注塑機頂桿通過復位桿而帶動推板向前運動，將塑料件和流道凝料分別從型芯與拉料桿上脫下來。注塑機頂桿撤出后，在彈簧的作用下，復位桿帶動推板先復位，然后合模進入下一個工作循環(huán)。


圖6：開模動作示意圖

三、注射成型試驗

    注射成型材料選擇日本寶理公司的牌號為M9044的POM。注射成型設(shè)備為德國BOY公司的12A型微注塑機。由于POM的成型溫度范圍窄，因此注射速度要快，同時需要提高模具溫度。筆者所采用的注射成型工藝參數(shù)如圖7所示。


圖7：注塑成型工藝參數(shù)

    注射成型過程中，模具運行順暢，塑料件與流道凝料順利脫模。所注射成型的小模數(shù)塑料內(nèi)齒輪塑料件如圖8所示。經(jīng)檢驗，塑料件的外觀與內(nèi)部齒形均成型質(zhì)量良好，符合設(shè)計要求。


圖8：注射成型的小模數(shù)塑料內(nèi)齒輪塑料件

四、結(jié)語

    通過分析小模數(shù)塑料內(nèi)齒輪的結(jié)構(gòu)和注射成型特點，在參考Moldflow軟件分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，設(shè)計了潛伏式澆口、推板**出的注射成型方案。型腔組件結(jié)構(gòu)緊湊，配合**。所成型的小模數(shù)塑料內(nèi)齒輪具有良好的外觀與內(nèi)部齒形，滿足使用要求，可為同類塑料齒輪產(chǎn)品的模具設(shè)計提供參考。




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