塑料齿轮成型工艺及模具设计

塑料齿轮成型工艺及模具设计内容摘要：

后获得中空塑件。 ⑹气压（真空或压缩空气）成型：借助真空泵或压缩空气使固定在模具上的并被加热软化的塑料板材、片材紧贴在模具型腔，冷却定型即得制件。 注塑成型是一种用之甚广的成型方法，与其他成型技术相比有许多明显的优点： ⑴由于成型物料的熔融塑化和流动造型是分别在料筒和模腔中进行，模具可始终处于使熔体很快冷凝或交联固化的状 态，从而有利于缩短成型周期。 ⑵成型时要先锁模紧模具后才熔料注入，加之具有良好流动性的熔料对模腔的磨损很小，因此一套模具可生产大批量注塑制品。 ⑶一个操作工常可管理两台或多台注塑机，特别是当成型件可以自动卸料时还可管理更多台机器，因此，所需要的劳动力相对较低。 ⑷成型过程的合模、加料、塑化、注射、开模和脱模等全部成型过程均由注塑的动作完成，从而使注塑工艺过程易于全自动化和实现程序控制。 ⑸由于成型时压力很高，因此可成型形状复杂，表面图案与标记清晰和尺寸精度高的塑件。 ⑹能过共注可成型多于一种以上的材较， 可有效地成型表面硬而心部发泡的材料，可以成型热塑性塑料和纤维增强塑料。 ⑺由于成型可采用精密的模具和精密的液压系统，加之使用微机控制，因此可以得到精度很高的制品。 ⑻生产效率高，一套模具可包含数十个甚至上百个型腔，因此一次成型即可成型数十个或数百个塑件。 成型塑件仅需要少量修整即可使用，在成型过程式中产生的废料可以重复利用，因此，注塑成型时对原料的浪费很少。 近年，开发的注射成型技术包括超高速注射技术、薄壁成型技术、气体辅助注射成型技术、多材料复合注射成型技术、嵌件注射成型技术、模内装饰技术等；注射成型机进展 包括电动式注射成型机、螺杆预柱塞式注射成型机、微型注射成型机、注射压缩成型机、各种专用注射成型机、无拉杆注射成型机等。 与注射成型技术相关的还有模具技术、辅助机械和周边机器技术、控制技术等也有相应的进展。 模具技术典型的有热流道模具技术，辅助机械技术典型的有机械手，控制技术典型的有闭环控制技塑料齿轮成型工艺及模具设计 第 8 页 共 61 页 术。 各种成型技术和机械互相渗透，互相促进。 结论：选择注射成型作为塑料齿轮的成型方法，图 411 为注射成型过程示意图。 图 411 注射成型过程示意图 共聚 POM 注射参数 表 413 POM 注射参数 适用注射剂类型 螺杆式 密度 ~计算收缩率 ~% 预热温度 80~100℃ 预热时间 3~5h 料筒温度 前段 180~190℃；中段 170~180℃；后段160~170℃ 第 9 页 共 61 页 喷嘴类型 形式直通式 喷嘴温度 170~180℃ 注射压力 80~130 MPa 注射时间 20~90s 高压时间 0~5s 冷却时间 20~60s 总周期 50~160s 螺杆转速 28r/min 模具温度 90~100℃ 后处理方法 红外线灯、鼓风烘箱 后处理温度 、时间 140~145℃， 4h 产品工艺性和技术分析 塑件的二维、三维图 图 421 塑件的二维图 塑料齿轮成型工艺及模具设计 第 10 页 共 61 页 图 422 塑件的三维图 图 423 三维剖视图 尺寸的精度 影响尺寸精度的因素很多。 首先是模具的制造精度和模具的磨损程度，其次是塑料收缩率的波动及成型时工艺条件的变化、塑件成型后时效变化和模具结构形状等。 第 11 页 共 61 页 因塑件的尺寸精度往往不高，应在保证使用要求的前提下尽可能选用低精度等级。 塑件公差数值根据 SJ1372— 78 塑料制件公差数值标准确定。 精度等级选用 根据SJ1372 一 78 选择，本零件材料为 POM，配合要求高，精度等级选择高精度，为 5级精度，无公差值者，按 8 级精度取值，如表 421 所示。 表 421 塑件尺寸公差（ mm） 塑件基本尺寸 /mm 精度等级 5 精度等级 8 公差数值 /mm ~3 3~6 6~10 10~14 14~18 18~24 24~30 30~40 则齿轮轴总长 公差数值定为。 表面质量 塑件的表面质量包括表面粗糙度和表观质量等。 塑件的表面粗糙度主要与模具型腔表面的粗糙度有关。 目前，注射成型塑件的表面粗糙度 Ra 通常为 ~ m，一般模具表面粗糙度应比塑件低 1~2 级，即模腔表壁的表面粗糙度数值应为塑件的1/2~1/4。 脱模斜度 塑件冷却时收缩会使它紧紧包紧型芯或型腔中的凸起部分，因此，为了便于从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件，防止脱模时拉伤塑件，在设计时必须塑件内外表面沿脱模方向留有 足够的斜度。 脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率。 在不影响塑件的使用前提下，脱模斜度可以取大一些。 在开模后塑件留在型腔内，查表可知 POM 的脱模斜度为 :型腔 :35′ ~1176。 30′，型芯： 30′ ~40′。 如果开模后塑件留在型腔内时，塑件内表面的脱模斜度应大于塑件外表面的脱模斜度，即以上值反之。 塑料齿轮成型工艺及模具设计 第 12 页 共 61 页 在本次设计的塑件中，设 POM 的脱模斜度为 :型腔 :1176。 一般情况下，脱模斜度不包括在塑件的公差范围内。 塑件的体积和质量 该塑件的材料取的是 POM。 查手册和产品说明得知其密度为 ～ ，收缩率为 %— %。 取其密度为 ,平均收缩率为 %。 使用 Solidworks软件画出塑件三维图如图 422所示，则自动计算出塑件的体积， V =。 由公式， M=ρ179。 V 知： 塑件质量： M=179。 = 式中： M —— 塑件质量（ g）； ρ —— 塑件平均密度（ g/cm3）； V —— 塑件体积（ cm3）。 5 注塑机的选用 注射模是安装在注射机上的，因此在设计注射模的时候应该对注射机有关技术规范进行必要的了解，以便于设计出 符合要求的模具，同时选定合格的注射机型号。 从模具设计制造角度考虑，需要了解注射机的主要技术规范。 在设计时，最好查阅注射机生产厂家提供的有关注射机使用说明书上标明的技术规范。 因为即使统一规格的注射机，生产厂家不同，其技术规格也略有差异。 选用注射机时，通常以某塑件或模具实际需要注射量初选某一公称注射量的注射机型号，然后依次对该机的公称注射压力、公称锁模力、模板行程以及模具安装部分的尺寸进行一一校核。 以实际注射量初选某一公称注射量的注射机型号，为了保证正常的注射成型，模具每次需要的实际注射量应该小于某注射 剂的公称注射量。 即： V 实＜ V 公 式子中 ， V 实 — 实际塑件（包括浇注系统凝料）的总体积（ cm3）。 第 13 页 共 61 页 由上文所述可知，由 Solidworks 计算得出塑件的体积是 ， POM 的密度一般在 — g/cm3。 浇注系统的体积： 322mm4 278216218V  浇 ， 总体积： V 总 =。 聚甲醛密度： ρ = g/cm3 一次成型塑件质量： m=ρ V= 注塑机最大注射量 =m/80%～ m/50%=~。 按注射装置分类注射机可以分为 3 种类型： ⑴柱塞式 以加热筒、分流梭和柱塞等来实现成型物料的塑化及注射。 这种设备结构简单，适合于小型零件的成型，但物料驻留严重、塑化均匀性较差，压力损失大，注射压力均为螺杆式的 2~3 倍。 ⑵螺杆式 以加热筒和螺杆等来实现成性物料的塑化及注射。 螺杆具有塑化及注射两种功能。 螺杆旋转产生强烈的搅拌混合与剪切作用，塑化均匀，物料驻留少，压力损失较小，成型的塑件残余应力较小，设备结构简单，是目前应用较广的机种。 ⑶螺杆预塑式 以一套料筒和螺杆进行塑化，另一套 料筒和柱塞进行注射。 这类注射机塑化均匀，计量准确，压力损失小，适合精密成型，但物料滞留大，结构复杂。 初选 螺杆式 注射机 为 SYS10， 螺杆式注射机结构如图 51 所示。 其最大的理论注射量为 10g， 注射压力 150Mpa，锁模力为 150KN， 最大开模行程 120mm， 喷嘴圆弧半径为 12mm。 以下为选用注射机型的主要技术参数，如表 51 所示： 塑料齿轮成型工艺及模具设计 第 14 页 共 61 页 表 51 注塑机的主要技术参数 [1] 项目 数据 单位 结构形式 立式 理论注射容量 10 g 螺 杆 直径 22 mm 注射压力 150 MPa 注射方式 螺杆式 塑化能力 13 Kg/h 锁 模力 150 kN 拉杆行程（ H*V） 242*187 mm*mm 模板行程 210 mm 最小模具厚度 100 mm 最大模具厚度 180 mm 定位圈直径 55 mm 喷嘴孔半径 mm 喷嘴伸出量 20 mm 喷嘴球直径 12 mm 顶出行程 55 mm 顶出力 kN 6 模具结构设计 型腔数目的确定 注射模具每一次注射循环所能成型的塑件个数是由模具型腔的数目所决定的。 型腔数目及布置方案和分型面的选择 确 定了塑件在模具中的位置。 为了使模具与注射机的生产能力的匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件体精度，模具设计时应确定型腔数目，常用的方法有四种： ⑴ 根据经济性能确定型腔数目； 第 15 页 共 61 页 ⑵ 根据注射机的额定锁模力确定型腔数目； ⑶ 根据注射机的最大注射量确定型腔数目； ⑷ 根据制品精度确定型腔数目。 注射模具每一次注射循环所能成型的塑件个数是由模具型腔的数目所决定的。 型腔数目及布置方案和分型面的选择 确 定了塑件在模具中的位置。 本塑件形状 不太复杂 ，重量较轻，按注射机的最大注射容量确定型腔数目有： n≤ ()/m1 其中： G注射机的最大容量（ g） m1单个塑件的质量（ g） m2 浇注系统的重量（ g） 带入数据计算 n≤ （ *） /，即 n≤ ，取 n=1，即 采用一模 一 腔。 分型面的选 择 分型面的选择应满足以下要求： ⑴ 符合塑件脱模：为使塑件能从模具内取出，分型面的位置应设在塑件断面最大尺寸的部位。 ⑵ 分型面的数目和形状：通常只采用一个与开模运动方向相垂直的分型面。 确定分形面应以模具制造及脱模方便为原则。 ⑶有利于 型腔的选择：尽量防止形成侧孔和侧凹，以避免采用较复杂的模具结构。 ⑷ 确保表面质量：分型面尽量不要选择塑件光滑的外表面，避免影响塑件的外观质量。 将塑件要求同轴度的部分放在分型面的同一侧。 以确保塑件的同轴度。 要考虑减小造成塑件大、小端的尺寸差异要求等。 ⑸ 有利于塑件脱模：由于模具的脱模机构通常设置在动模一侧，故尽可能使开模后塑件留在动模一侧。 ⑹ 有利于排气 ： 当分型面作为主要排气渠道时，应将分型面设计在塑料的流动末端，以利于排气。 ⑺ 模具零件易于加工。 由于 齿轮 的形状比较简单，模具制造比较简单， 同时考虑排气的问题， 故采用 双分型面模具。 塑料齿轮成型工艺及模具设计 第 16 页 共 61 页 排气系统的设计 模具合模后，在模内 的所有空间如流道内、型腔内以及各零件组合的空隙内都残存有空气。 另外，塑料熔融体射入型腔后也会产生一些分解出来的气体。 这些空气和气体如不能在塑料熔体进入浇注系统的同时顺利排出模外，将会产生下述危害： ⑴对射入流道的熔融塑料产生阻力，降低了流动速度，使成型困难，甚至难以充满型腔，造成凹陷或缺料，产生废品。 ⑵在制品上形成空洞接痕，云纹等缺陷，降低制品质量。 ⑶降低连续注射的速率，影响生产效率。 排气系统的选择： 注射模排气方式有多种，常见的排气方式有： ⑴利用分型面排气 此种方法最简单，在注射成型小型制品，其 排气量不大时，可利用分型面间的微小间隙排气，而不必再开设专门的排气槽。 ⑵利用配合间隙排气 对于中小型模具的简单型腔，可利用活动型芯、固定型芯端部与模板的配合间隙进行排气，也可利用顶杆与孔的间隙进行排气，还可以利用侧型芯的配合间隙进行排气。 其间隙为 ~。 ⑶开设排气槽 当以上措施不能满足快速、安全的排气要求时，应在适当的位置（塑料熔体最后充满的地方）开设排气槽或者排气孔。 排气槽一般开设在分型面上。 ⑷利用排气销（塞）排气 如果型腔最后充型的部位不在分型面上，其附近又无可供排气的推杆或活动型 芯时，可在相应的部位镶排气销。 ⑸强制性排气 在气体滞留区设置排气杆或者利用真空泵排气，这种方法很有效，只是会在塑件上留有杆件等痕迹，因此排气杆应设置在塑件内侧。 图 631 为不同的排气方式。 第 17 页 共 61 页 图 631 排气方式 因为此次设计塑件为小型制品，其排气量不大，故可利用分型面间的微小间隙排气，如图 631 中 a）所示方。