精密塑膠齒輪

一、精密齒輪模概念及運(yùn)用

1）精密齒輪指在參數(shù)尺寸及性能要求上非常高，參數(shù)包括齒頂圓外徑、齒根圓外徑、模數(shù)、分度圓直徑（又稱公法線）、分度圓齒厚、壓力角、斜齒傾斜角度、齒圏跳動(dòng)公差等方面；性能上包括材料的選用和其它裝配尺寸上的精度要求。

2）在運(yùn)用方面，有代表性的產(chǎn)品如打印機(jī)及復(fù)印機(jī)內(nèi)部傳動(dòng)件，常見的有VCD光碟驅(qū)動(dòng)支架，如果齒輪達(dá)不到精密要求，就會(huì)出現(xiàn)支架進(jìn)出動(dòng)作不穩(wěn)定，伴有振動(dòng)或搖擺式幌動(dòng)，嗓音特大，通過這我們可以對(duì)精密的概念及其必要性有個(gè)感性上的認(rèn)識(shí)。

3）精密齒輪在精度上是分等級(jí)，國標(biāo)是級(jí)別越高越精密，日本標(biāo)準(zhǔn)是級(jí)別越小越精密。以JIS標(biāo)準(zhǔn)，大多數(shù)精密模具廠只能做到4級(jí)、5級(jí)齒輪，能做到3級(jí)塑膠齒輪已經(jīng)是水平相當(dāng)高。

二、精密塑膠齒輪種類：

1）從齒的軸向傾斜角度分：直齒輪、斜齒輪、組合直齒輪，組合斜齒輪和組合直斜齒輪。組合的概念就是直齒輪或斜齒輪在軸向上階梯分布，一次注射成形。

2）從傳動(dòng)的方面主要有兩種：嚙合傳動(dòng)齒輪和皮帶傳動(dòng)齒輪。

三、模胚的選用：

模胚的精度直接會(huì)影響模具的制造及注塑精度，也會(huì)影響模具的壽命。經(jīng)驗(yàn)表明，通用的模胚精度一般很難達(dá)到精密齒輪模的要求。

四、塑膠原料的選用：

主要有兩種：POM和PA（PA+GF%）。不排除其它原料，如：聚砜等。首選POM與PA原料的最根本的原因：POM、PA制品表面具有良好的自潤滑性。

其它共同原因：耐磨性好、耐沖擊好及抗疲勞；其次，POM制品剛性大，抗蠕變性優(yōu)良；PA制品韌性好，必要時(shí)可填加GF%以增強(qiáng)其剛性。一般情況POM齒輪可以相互嚙合傳動(dòng)使用，PA齒輪同POM齒輪嚙合傳動(dòng)使用。

五、模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)相關(guān)要點(diǎn)：

齒輪模具與傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)不同，齒輪的齒厚（一個(gè)輪齒兩側(cè)齒廓間的弧長）、模數(shù)（用以度量輪齒規(guī)模的參數(shù)）、壓力角（是指不計(jì)算摩擦力的情況下，受力方向和運(yùn)動(dòng)方向所夾的銳角）都需要結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)修形，不能按收縮率直接加工，已經(jīng)有一些專業(yè)的齒輪和齒輪減速箱制造公司根據(jù)塑膠齒輪模具這樣的特點(diǎn)，憑借長期的經(jīng)驗(yàn)積累和計(jì)算機(jī)軟件廠家合作，開發(fā)了齒輪模具的型腔參數(shù)計(jì)算軟件，可以直接生成齒輪參數(shù)及輪廓，用于齒輪修形、提高齒形精度。

1、塑膠齒輪模具的型腔設(shè)計(jì)

塑料齒輪模具的型腔設(shè)計(jì)一向被視為模具工業(yè)的一個(gè)技術(shù)難題。究其原因主要有兩點(diǎn)：

首先是塑料收縮率難以精確化：在塑料齒輪模塑法加工過程中，塑料由顆粒狀固體原料經(jīng)高溫轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴诘乃芰先垠w，再經(jīng)冷卻后成型固態(tài)塑料齒輪產(chǎn)品。這一過程中塑料的收縮率是一個(gè)范圍值，難以精確地確定塑料的收縮率數(shù)值；

其次是模具型腔的非線性收縮計(jì)算：對(duì)于漸開線小模數(shù)塑料齒輪模具而言，模具型腔實(shí)際上是一個(gè)假想的齒輪。這個(gè)假想齒輪既不同于變位齒輪又不同于內(nèi)齒輪。這個(gè)假想齒輪在收縮后就變成了我們想要的塑料齒輪。該假想齒輪在其漸開線齒形上的收縮不同于一般塑料件的各向等比例收縮。在齒輪平面上，x與y方向的收縮量不等，即為非線性收縮，如圖所示。正是這種非線性收縮導(dǎo)致漸開線塑料齒輪模具型腔的設(shè)計(jì)難度大大增加。

塑料齒輪輪齒理論齒廓與模具型腔齒廓對(duì)比

面對(duì)這一技術(shù)難點(diǎn)，采用一般塑料件的各向等比例收縮方法設(shè)計(jì)模具型腔是難以收到良好的效果的。根據(jù)多年的實(shí)踐檢驗(yàn)，在精確估算塑料收縮率的基礎(chǔ)上，我們推薦采用變模數(shù)法進(jìn)行齒輪模具型腔的理論設(shè)計(jì)，然后通過齒形修正來保證模具型腔的精確合理。變模數(shù)法認(rèn)為：齒輪在各加工過程中，基圓直徑、分度圓直徑、齒頂圓直徑和齒根圓直徑都一樣，都是按照一定比例增大或減小的，與簡(jiǎn)單的套筒類零件的徑向尺寸變化規(guī)律一致。對(duì)齒輪分度圓而言，由公式d=mz 可知，它只與模數(shù)m和齒數(shù)z有關(guān)。

對(duì)于一個(gè)具體的齒輪，由于它的齒數(shù)是一定的，因此在加工過程中，分度圓直徑的變化可以認(rèn)為是模數(shù)在變化。這一規(guī)律說明：塑料齒輪模具型腔所包容的空間是一個(gè)齒數(shù)與壓力角不變的假想齒輪，它的溝槽為型腔的齒形。對(duì)這個(gè)假想齒輪的模數(shù)可以采用等比例方法的方法進(jìn)行計(jì)算，其公式為：m'=(1+ η%)m。式中，m' 為模具型腔齒形的模數(shù)；m為設(shè)計(jì)齒輪的理論模數(shù)；η%為塑料的收縮率。用模數(shù) m' 代入相應(yīng)的齒輪計(jì)算公式得到的齒輪便是模具型腔的假想齒輪。實(shí)踐證明，采用變模數(shù)法設(shè)計(jì)的齒輪模具型腔能夠較好地解決漸開線齒形的非線性收縮難題，如圖所示的模具型腔產(chǎn)品圖。

齒輪模具型腔

2.塑膠齒輪模具的澆口設(shè)計(jì)

在模塑法加工塑料齒輪時(shí)，澆口位置對(duì)齒輪的精度具有顯著的影響，特別是徑向跳動(dòng)；澆口的分布形式則對(duì)塑料齒輪的整體力學(xué)性能有重要影響。在塑料齒輪模具澆口設(shè)計(jì)時(shí)，若齒輪產(chǎn)品允許，推薦采用三點(diǎn)進(jìn)膠方式設(shè)計(jì)澆口，且三點(diǎn)最好處于同一圓弧線上并均勻分布，如圖所示。

三點(diǎn)進(jìn)膠示意圖

采用三點(diǎn)平衡進(jìn)膠時(shí)，塑料熔體從澆口呈輻射狀向四周流動(dòng)，在流動(dòng)前沿匯合處形成三條熔接線。在熔接線位置，纖維的取向傾向流動(dòng)前沿平行。在齒輪中，這會(huì)導(dǎo)致纖維在熔接線處呈徑向分布，而齒輪其余部位隨機(jī)分布。這會(huì)沿熔接線形成低收縮區(qū)域。熔接線與齒輪其余部位之間纖維取向的差異比單一澆口齒輪要小，從而齒輪精度也更高。圖所示是分別采用單點(diǎn)偏心澆口與三點(diǎn)均勻分布澆口時(shí)纖維定向和填充模式的示意圖。

圖 一點(diǎn)與三點(diǎn)進(jìn)膠纖維流向?qū)Ρ仁疽鈭D

3.塑膠齒輪模具的排氣設(shè)計(jì)

排氣是塑料模具設(shè)計(jì)必須要考慮的一個(gè)問題。對(duì)塑料齒輪模具而言，齒面排氣設(shè)計(jì)是不能忽視的一點(diǎn)。由于齒輪模具大部分平面均為磨床加工，面與面之間貼合較好，進(jìn)膠時(shí)容易在最末填充處出現(xiàn)填充不足的現(xiàn)象，需要在齒面開排氣槽以消除困氣，一般齒面排氣槽開設(shè)如圖所示。

齒面排氣

4 塑膠齒輪模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

鑒于塑料齒輪注塑多采用點(diǎn)澆口形式，故而其模具結(jié)構(gòu)多采用三板式結(jié)構(gòu)，齒輪模具的工作原理如下：

當(dāng)注塑動(dòng)作完成后，動(dòng)模部分在注塑機(jī)的帶動(dòng)下，開始分型：

第Ⅰ次分型：由于彈簧1作用，剝料板與A板開始分型，在水口鉤針作用下，主流道被固定在剝料板上，進(jìn)膠點(diǎn)拉斷與產(chǎn)品分離；

第Ⅱ次分型：模具開模95mm后，在拉桿組的作用下，剝料板與面板開始分離，將主流道從澆口套脫離出來；

第Ⅲ次分型：模具繼續(xù)開模，在拉桿組的作用下，A板與B板開始分型，開模至90mm后，頂針板開始運(yùn)動(dòng)，頂出產(chǎn)品，在頂出過程中需通過頂針板導(dǎo)柱加強(qiáng)頂出平衡。在彈簧2的作用下頂針板復(fù)位。一整套模具開模頂出動(dòng)作完成。

塑料齒輪模具結(jié)構(gòu)

六、模具制作要點(diǎn)：

1）齒形加工：直齒采用慢走絲精密加工，至少選用1修3刀，達(dá)到齒形表面較光的粗糙度；斜齒圈采用齒輪電極螺旋加工，制作斜齒電極的精度非常之高，某公司向西南某軍工企業(yè)訂制，更是把斜齒電極的高精度制作及檢測(cè)搞的比較“神秘”。

2）分型面圓型管位塊的加工要求A、B板同時(shí)慢走絲加工，才能確保同軸精確定位。

3）圓柱形模肉及鑲件需用內(nèi)外圓磨床加工，A、B板的模腔一定要求用坐標(biāo)磨床加工。否則在圓柱度，直圓度，垂直度上及粗糙度上達(dá)不到要求。產(chǎn)品無法保證“精密”。

4）一般齒圈鑲件，在齒形加工后，工件厚度不充許再用磨床加工，否則會(huì)導(dǎo)致齒面上橫向毛刺，工件也就報(bào)廢了。實(shí)在需要的情況下，只有采取EDM加工降面。

5）省模：齒形面及邊緣是絕對(duì)不充許省模或拋光，相關(guān)粗糙度只有通過電加工一次加工達(dá)到。同時(shí)模具一般是啤的時(shí)間趆長，鋼料齒面會(huì)更光滑。

七、試模階段：

1）T1時(shí)，運(yùn)水必須接上，齒輪模具與機(jī)殼模具不同，在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)上已決定了T1前就可以制作運(yùn)水。如果不接運(yùn)水，樣辦在尺寸上及局部熱平衡上相差很遠(yuǎn)，直接影響塑膠材料的結(jié)晶度及后縮性，影響制品精度及尺寸穩(wěn)定。

2）T1時(shí)，首先保證齒輪外徑及厚度尺寸，因?yàn)檫@兩尺寸一般是模具沒得修或不修的。其次再是其他尺寸，只要保證前兩者，并且在成型條件穩(wěn)定情況下，其它尺寸可暫時(shí)接受，再通過修模，第二次完成。一般來說，齒外徑保證的情況下，單個(gè)齒形的輪廓線就不會(huì)與理論上相差很大。

3）一旦制品有兩端大小頭或中部縮水，如果調(diào)機(jī)不能解決，請(qǐng)注意，這并不一定代表 樣辦就是NG。大多數(shù)情況下，只要齒輪嚙合情況是合格，客戶一般都會(huì)接受。

八、齒輪樣辦檢測(cè)：

測(cè)量齒外徑，一般可以選用數(shù)顯卡尺，但對(duì)齒數(shù)為3倍數(shù)和5倍數(shù)齒輪，則要用3勾千分尺，和5勾千分尺。齒形可以進(jìn)行菲林投影輪廓線。但精密檢測(cè)必須有專業(yè)的齒輪電子檢測(cè)設(shè)備，將樣辦齒輪裝上標(biāo)準(zhǔn)齒相互嚙合，再輸入所需求齒輪相關(guān)參數(shù)，電腦自動(dòng)將檢測(cè)數(shù)據(jù)顯示，包括齒輪的徑向跳動(dòng)等參數(shù)。

九、模具注塑及保養(yǎng)要點(diǎn)：

1）正常啤作生產(chǎn)時(shí)，不許噴脫模劑，否則產(chǎn)品不可接受；理由是脫模劑的潤滑影響齒的嚙合及嚙合測(cè)量；并且藏在齒面中不易擦去，也不干凈；易粘上灰塵，影響齒輪的精度。

2）模溫及炮筒溫度是保證連續(xù)啤塑尺寸穩(wěn)定的關(guān)鍵。

3）只要是落模，或停機(jī)1小時(shí)以上不落模，模具一定要噴防銹劑；落模前要檢查是否噴過防銹劑。齒圈鑲件一但齒面嚴(yán)重生銹，基本上是沒有修的余地，因?yàn)槭蔷苣！?/span>

4）如果密封膠圈漏水在齒面上，正常情況，不能用布擦。較好的方法是用過濾的氣吹凈，再用火槍烘干，再噴防銹劑后落模。

5）由于POM與PA料制品剛性及韌性較好，因此產(chǎn)品包裝上，同種微小齒輪可以用同 PE袋適量裝在一起，形狀稍大些的齒輪可以軸向排齊裝入膠袋包好，不用但心產(chǎn)品受損，但每箱每層必須加隔紙板。

十，塑料齒輪注塑生產(chǎn)，應(yīng)該注意哪些缺陷

塑料齒輪的材料，一般都選擇的是性能比較均衡的材料，如POM，PA66，PEEK等，一般塑料齒輪的選材要如下性能優(yōu)異的材料：

（1）強(qiáng)度比較高的材料 （除消音齒輪外）

（2）耐磨性較好的材料

（3）耐沖擊強(qiáng)度比較好的材料

（4）耐疲勞性比較好的材料

（5）尺寸穩(wěn)定性較優(yōu)良

而在注塑的過程中，材料會(huì)因?yàn)樽⑺苓^程而造成材料性能略有降低，尤其是發(fā)生了如下情況：

（1） 玻纖/碳纖增強(qiáng)材料做成的齒輪，有明顯的熔接線時(shí)；

（2） 材料發(fā)生嚴(yán)重降解時(shí)；

（3） 模具溫度低于Tg點(diǎn)時(shí)；

（4） 齒輪未填充完全，有縮孔時(shí)；

（5） 玻纖/碳纖增強(qiáng)材料做成的齒輪，加入過多回料時(shí)；

（6） 混入與當(dāng)前材料特性不同的材料時(shí)（清洗螺桿后殘留）

（7） 產(chǎn)品有冷料時(shí)；

（8） 原材料水分含量過高時(shí)；

這些都可能會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)度發(fā)生50%以上的性能變化。

如何看一個(gè)齒輪是否為合格的齒輪：

（1) 看外觀

一般比較好的產(chǎn)品，外觀都比較光滑，沒有明顯的熔接痕，沒有明顯的縮水的情況。

（2）看工藝參數(shù)表

2.1 模具實(shí)際溫度（非設(shè)定溫度）是否滿足工藝指導(dǎo)書要求？

2.2 熔融溫度是否為較佳狀態(tài)？

2.3 殘留料量是否合理？

2.4 注射時(shí)間/保壓時(shí)間是否合理？

2.5 停留時(shí)間是否在工藝指導(dǎo)書范圍內(nèi)？

（3） 看尺寸報(bào)告

尺寸報(bào)告，特別是齒頂圓，齒根圓，公法線等，是否滿足圖紙要求？

（4）看精度測(cè)試報(bào)告

看是否滿足精度要求。

（5）齒輪切開看缺陷（氣孔），看玻纖排布（如有）

（6）齒輪靜態(tài)扭矩測(cè)試。

在1，2 不滿足的情況下，不可以安排性能測(cè)試，因?yàn)檫@嚴(yán)重影響了強(qiáng)度，測(cè)試意義不大。3，4只要超差不明顯且5，6合格的情況下，是可以先接收然后實(shí)測(cè)噪音要求的。

帶金屬螺桿塑料斜齒輪

近年來在汽車行業(yè)高速發(fā)展的帶動(dòng)下，采用鋼蝸桿與塑料斜齒輪（或塑料蝸輪）嚙合的交錯(cuò)軸傳動(dòng)輪系已經(jīng)在汽車搖窗、雨刮電機(jī)和電動(dòng)座椅調(diào)整系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。這類輕載交錯(cuò)軸傳動(dòng)輪系與傳統(tǒng)的鋼蝸桿-鋼蝸輪組合比較，具有質(zhì)量輕、噪音小、制造成本低和減震特性好等優(yōu)點(diǎn)。此外鋼蝸桿與塑料斜齒輪組合對(duì)潤滑條件要求不高且電絕緣性能良好。圖1所示的斜齒輪螺桿組件在車用驅(qū)動(dòng)器上得到應(yīng)用。

圖1 帶金屬螺桿嵌件塑料斜齒輪

1帶金屬螺桿嵌件塑料斜齒輪工藝分析

圖1所示塑料斜齒輪為調(diào)整汽車座椅用的傳動(dòng)零件，其中螺桿為金屬嵌件。齒型部分為外螺旋圓柱斜齒輪，法向模數(shù)m=1.04 mm，齒數(shù)z=25，螺旋角β=6.51°，法向壓力角α=12°，材料為Delrin 100P。斜齒輪用來傳遞運(yùn)動(dòng)，既可以獲得較好的傳動(dòng)能力，又能改善潤滑條件，減少傳動(dòng)噪音。齒輪采用金屬螺桿作為芯軸，頭部斜齒輪由注射工藝包覆POM塑料成型，軸向基本對(duì)稱。

由于斜齒輪組件金屬螺桿嵌件較長，齒型尺寸精度要求高，成型難度較大，主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面。

（1）兩處軸頸分別成型在定模側(cè)和動(dòng)模側(cè)，

φ0.03 mm的同軸度較難保證。

（2）金屬螺桿嵌件較長（個(gè)別型號(hào)在400 mm以上），注射成型時(shí)定位困難，且金屬螺桿容易彎曲變形，導(dǎo)致金屬螺桿相對(duì)于A、B基準(zhǔn)的軸向跳動(dòng)0.2 mm超差。

（3）金屬螺桿在大批量制造過程中，長度尺寸難以保持一致，0.3 mm的公差帶對(duì)于鋼球與斜齒輪端面距離尺寸（20±0.03）mm的影響較大，一般的模具結(jié)構(gòu)難以保證其精度要求，模具結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。

（4）由于金屬螺桿嵌件的存在，導(dǎo)致塑料斜齒輪的收縮復(fù)雜，這種斜齒輪的收縮特性與普通圓柱斜齒輪不同，在成型斜齒輪型腔設(shè)計(jì)時(shí)需要進(jìn)行特殊處理。

2模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

斜齒輪塑件因齒形具有螺旋角，脫模有一定難度，常用的脫模方式是讓齒形型腔板旋轉(zhuǎn)或讓齒輪塑件旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行脫模。探討的塑料斜齒輪由于帶有金屬螺桿嵌件，模具結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，針對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用了使齒形型腔板鑲件旋轉(zhuǎn)的方式進(jìn)行脫模，模具結(jié)構(gòu)如圖2所示。模具采用1模2腔、3點(diǎn)平衡式澆口進(jìn)澆的三板式結(jié)構(gòu)，在定模上設(shè)計(jì)成型斜齒輪的型腔板鑲件，開模時(shí)利用斜齒輪對(duì)型腔板鑲件施加的側(cè)向推力使型腔板鑲件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)脫模。通過在金屬螺桿嵌件下方設(shè)置彈頂桿和滑塊延時(shí)鎖緊機(jī)構(gòu)，保證成型斜齒輪塑件高度尺寸的精度要求。實(shí)踐證明，這種脫模方式能滿足斜齒輪塑件的尺寸精度要求，生產(chǎn)的斜齒輪組件齒形精度可達(dá)到國標(biāo)GB/T 10095—2001 8級(jí)精度，齒距精度達(dá)到9級(jí)，螺旋線精度達(dá)到10級(jí)，3項(xiàng)指標(biāo)均符合圖紙的精度要求。

圖2 模具結(jié)構(gòu)

1.動(dòng)模座板 2.推板 3.推桿固定板 4.動(dòng)模板 5.型芯 6.滑塊 7.滑塊鑲件 8.彈簧 9.鎖緊塊 10.固定板 11.澆口鑲件 12.彎銷 13.磁力鎖模組件 14.推板導(dǎo)柱 15.彈簧 16.復(fù)位桿 17.型腔板鑲件 18.簡(jiǎn)易滾珠軸承 19.澆口鑲件 20.定距拉桿 21.硬質(zhì)合金鑲件 22.拉料桿 23.定模座板 24.推料板 25.導(dǎo)柱 26.彈簧 27.定距拉桿 28.定模板 29.金屬環(huán)嵌件 30.金屬螺桿嵌件 31.彈頂套 32.彈頂桿 33.彈簧 34.蓋板 35.頂出加長塊 36.定位圈護(hù)套

斜齒輪模具工作原理如下。

（1）利用機(jī)械手將金屬螺桿嵌件30放入動(dòng)模，使螺桿尾部與彈頂桿32接觸，當(dāng)金屬螺桿嵌件放置完成后，動(dòng)模部分在注塑機(jī)座板帶動(dòng)下，開始合模。導(dǎo)柱25首先進(jìn)入安裝在動(dòng)模板4上的導(dǎo)套孔內(nèi)，對(duì)動(dòng)模和定模的合模進(jìn)行導(dǎo)向。在彎銷12的作用下滑塊合模將金屬螺桿嵌件30進(jìn)行初步夾緊定位，此時(shí)金屬螺桿還未完全固定，還能上下竄動(dòng)。繼續(xù)合模，由于在彈簧26和磁力鎖模組件13的作用下，動(dòng)模板4和定模板28合模，滑塊鑲件7在鎖緊塊的作用下合攏將螺桿嵌件進(jìn)行中心定位，使螺桿嵌件插入澆口鑲件19的孔位中。硬質(zhì)合金鑲件21接觸螺桿嵌件頭部的鋼球后將螺桿嵌件向下推動(dòng)使彈簧33受到壓縮，在彈簧33的作用下確保硬質(zhì)合金鑲件21與金屬螺桿嵌件頭部的鋼球保持接觸。繼續(xù)合模，當(dāng)推料板24與滑塊鎖緊塊9接觸后將彈簧8壓縮，使2個(gè)滑塊完全鎖緊，將金屬螺桿嵌件30固定，防止注射過程中金屬螺桿嵌件30向下竄動(dòng)。

（2）動(dòng)、定模合模完成后，進(jìn)行注射、保壓、冷卻等，當(dāng)注射完成后，動(dòng)模部分在注塑機(jī)座板帶動(dòng)下，開始分型。第Ⅰ次分型：在彈簧26的作用下，推料板24與定模板28分型，在拉料桿22的作用下，主流道凝料被固定在推料板24上，點(diǎn)澆口被拉斷且與成型塑件分離。第Ⅱ次分型：模具開模一定距離后，在定距拉桿20的作用下，推料板24與定模座板23開始分離，將主流道凝料從澆口套和拉料桿22上脫離，完成流道凝料的脫模。第Ⅲ次分型：模具繼續(xù)開模，在磁力鎖模組件13和定距拉桿27的作用下，定模板28與動(dòng)模板4分型，此時(shí)滑塊鎖緊塊9與滑塊6分離，在彎銷12的作用下，滑塊鑲件7繼續(xù)對(duì)金屬螺桿嵌件30保持夾緊狀態(tài)，成型的塑料斜齒輪在滑塊鑲件7上設(shè)置的環(huán)形槽拉力作用下留在動(dòng)模，開模過程中，塑料斜齒輪對(duì)斜齒輪型腔板鑲件17施加一個(gè)側(cè)向推力，使型腔板鑲件17在簡(jiǎn)易滾珠軸承18的輔助下進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)，斜齒輪塑件從型腔板鑲件17中脫出。繼續(xù)開模，滑塊6在彎銷12的作用下向兩邊分開，滑塊鑲件7與成型塑件分離，此時(shí)動(dòng)模和定模完全分開。

（3）開模一定距離后，注塑機(jī)座板停止運(yùn)動(dòng)，注塑機(jī)頂出液壓缸開始動(dòng)作，推動(dòng)頂出加長塊35將推板2向前推動(dòng)，此時(shí)固定在推板2上的彈頂套31帶動(dòng)金屬螺桿嵌件30將塑料斜齒輪從模具中推出，注塑機(jī)頂出液壓缸回退復(fù)位，推板2在復(fù)位彈簧15的作用下完成復(fù)位。機(jī)械手取出斜齒輪組件，整個(gè)開模動(dòng)作完成。

3澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

塑料齒輪注射模設(shè)計(jì)時(shí)，澆注系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)對(duì)注射成型至關(guān)重要，其不但影響成型塑件的外觀質(zhì)量、尺寸精度，還對(duì)塑件力學(xué)性能有較大影響。模具選擇3點(diǎn)平衡進(jìn)澆方式，且3個(gè)點(diǎn)澆口在同一圓周均勻分布，如圖3 所示。采用3點(diǎn)平衡進(jìn)澆時(shí)，塑料熔體從澆口呈輻射狀向四周流動(dòng)，纖維的取向差異比采用單點(diǎn)偏心澆口小，成型的齒輪精度相對(duì)更高。對(duì)精密塑料齒輪成型模采用平衡進(jìn)澆和保壓暢通是流道系統(tǒng)設(shè)計(jì)的2個(gè)關(guān)鍵因素，一方面只有采用平衡式進(jìn)澆，才能保證成型的塑料齒輪的尺寸精度，多型腔齒輪模具更是如此；另一方面保壓暢通是保證成型塑料齒輪具有優(yōu)良力學(xué)性能的必要條件。一般塑料齒輪注射模生產(chǎn)時(shí)都需要采用較高的注射壓力和保壓壓力，這樣才能使成型塑件具有較高的密度和尺寸穩(wěn)定性。

圖3 點(diǎn)澆口進(jìn)澆方式

4型腔設(shè)計(jì)

模具型腔設(shè)計(jì)為組合式結(jié)構(gòu)，主要由斜齒輪型腔板鑲件、澆口鑲件、硬質(zhì)合金鑲件、滾珠和保持架組成的簡(jiǎn)易軸承、固定板等組成，如圖4所示。斜齒輪型腔板鑲件和固定板之間為間隙配合（間隙為0.02~0.03 mm），便于斜齒輪型腔板鑲件在脫模時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)。斜齒輪型腔板鑲件通過外圈的錐面和型芯及內(nèi)圈的錐面和澆口鑲件進(jìn)行定位。通過兩處錐面的精密定位保證成型塑件軸頸處的φ0.03 mm同軸度要求。在型腔板鑲件軸肩和固定板之間設(shè)計(jì)了簡(jiǎn)易軸承以減小型腔板鑲件旋轉(zhuǎn)時(shí)的摩擦力。簡(jiǎn)易軸承和斜齒輪型腔板鑲件以及固定板之間留有0.5 mm的間隙。開模時(shí)，型腔板鑲件可以向外拉出0.5 mm，使型腔板鑲件與澆口鑲件分開，避免型腔板鑲件與澆口鑲件之間產(chǎn)生的摩擦力阻礙型腔板鑲件旋轉(zhuǎn)。在澆口鑲件上設(shè)計(jì)一個(gè)硬質(zhì)合金鑲件，防止在批量生產(chǎn)中螺桿嵌件頭部的鋼球磨損，以確保成型塑件（20±0.03）mm尺寸的穩(wěn)定性。

圖4 組合式型腔結(jié)構(gòu)

5滑塊和脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

滑塊采用鑲件式結(jié)構(gòu)，由彎銷對(duì)滑塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，為了確保成型塑件（20±0.03）mm尺寸的穩(wěn)定性，消除金屬螺桿嵌件的長度尺寸誤差，對(duì)滑塊的鎖緊方式進(jìn)行了特殊設(shè)計(jì)，采用了延時(shí)鎖緊結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

圖5 滑塊結(jié)構(gòu)形式

斜齒輪塑件為了配合脫模在軸頸下面設(shè)計(jì)1個(gè)環(huán)形槽，如圖6所示。環(huán)形槽的存在可以確保在開模時(shí)能將成型塑件留在動(dòng)模，使齒形部分順利脫模。

圖6 塑件上的環(huán)形槽

模具合模時(shí)，為了使螺桿嵌件插入澆口鑲件19的孔位中，必須使滑塊先復(fù)位將螺桿嵌件固定，才能確保螺桿嵌件中心位置不出現(xiàn)偏移，合模時(shí)不會(huì)損壞型腔壁，因此模具采用彎銷對(duì)滑塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。采用彎銷驅(qū)動(dòng)滑塊可使滑塊延時(shí)滑開，在開模過程中，塑料斜齒輪驅(qū)動(dòng)型腔板鑲件旋轉(zhuǎn)脫模時(shí)，滑塊鑲件7不會(huì)從成型塑件的環(huán)形槽中脫出。

滑塊采用延時(shí)鎖緊方式的主要原因是螺桿嵌件上焊接了一個(gè)金屬環(huán)（見圖7），而點(diǎn)澆口位置位于金屬環(huán)的上方，熔體注射時(shí)，熔體會(huì)對(duì)金屬環(huán)產(chǎn)生較大的沖擊力，使金屬螺桿嵌件向下竄動(dòng)，導(dǎo)致金屬螺桿出現(xiàn)位移和彎曲變形，影響成型塑件（20±0.03）mm尺寸的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，解決該問題有如下2種方法。

圖7 螺桿上焊接的金屬環(huán)

（1）將金屬螺桿的長度尺寸公差控制在±0.03 mm，以滿足斜齒輪組件的尺寸要求。

（2）在模具結(jié)構(gòu)上使斜齒輪組件在熔體注射時(shí)確保金屬螺桿嵌件頭部的鋼球與硬質(zhì)合金鑲件21始終保持接觸，金屬螺桿嵌件不向下竄動(dòng)。

金屬螺桿在大批量生產(chǎn)過程中，要將長度尺寸公差控制在±0.03 mm較困難，也不經(jīng)濟(jì)，±0.15 mm的加工誤差可以接受，因此只能從模具結(jié)構(gòu)上進(jìn)行考慮。要使斜齒輪組件在熔體注射時(shí)金屬螺桿嵌件不向下竄動(dòng)，一般是在金屬螺桿嵌件的下方增加強(qiáng)力彈簧，用彈簧的彈力消除螺桿嵌件的長度誤差，同時(shí)克服在注射熔體時(shí)對(duì)金屬環(huán)產(chǎn)生的沖擊力，如圖8所示。

圖8 螺桿下方增加彈簧機(jī)構(gòu)

在金屬螺桿嵌件的下方增加強(qiáng)力彈簧后，開模時(shí)彈簧對(duì)金屬螺桿嵌件施加較大的推力，該推力可能使斜齒輪組件上用來輔助脫模的環(huán)形槽拉裂，還可能使螺桿嵌件彎曲變形，影響螺桿的跳動(dòng)精度。為了解決這些問題，模具采用輕載荷彈簧以減小螺桿嵌件的長度誤差，避免彈簧彈力過大導(dǎo)致金屬螺桿嵌件彎曲變形，同時(shí)利用滑塊對(duì)螺桿嵌件的強(qiáng)力鎖緊克服在注射階段熔體對(duì)金屬環(huán)產(chǎn)生的沖擊力，避免螺桿嵌件向下竄動(dòng)。

鎖緊塊9固定在定模板28和推料板24之間，在動(dòng)模板4和定模板28合模階段并未將滑塊鑲件7鎖緊，這樣在動(dòng)模板4和定模板28完全合模前，螺桿嵌件在滑塊的環(huán)抱中可以向下自由移動(dòng)。只有當(dāng)推料板24與滑塊鎖緊塊9接觸后才能使2個(gè)滑塊完全鎖緊，將金屬螺桿嵌件固定，防止在注射過程中金屬螺桿嵌件向下竄動(dòng)。

在模具中未采用常用的尼龍鎖模器和其他機(jī)械式鎖模裝置，而是采用了沒有合模阻力的磁力鎖模組件，目的是確保動(dòng)模板4和定模板28先于動(dòng)模板與推料板24合模之前完全合模，避免滑塊將螺桿嵌件固定后動(dòng)模板和定模板還沒有完全合模導(dǎo)致螺桿嵌件頭部出現(xiàn)壓彎、螺桿嵌件頸部出現(xiàn)擦傷等缺陷。