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小模数塑料内齿轮注塑模具设计分析

类型:注塑模具 加入时间:2019-7-1
    小模数塑料内齿轮的注射成型工艺特点,模拟结果的基础上确定了最佳的浇口位置,并对模具设计和制造过程中的关键问题进行讨论,设计了一套小模数塑料内齿轮注塑模具。注射成型试验表明,所设计的模具结构合理、运行顺畅,所注射成型的小模数塑料内齿轮质量良好、满足使用要求。
    塑料齿轮由于具有质轻、价廉、传动噪声小等特点,被广泛应用于汽车、仪表、家用电器、玩具和各种计时装置中,不仅在很多场合已取代了金属齿轮,而且能够用于金属齿轮不宜使用的许多领域。目前有关塑料齿轮的成型研究多是针对其外齿轮的成型拉,而对于内齿轮的研究则较少。小模数塑料内齿轮在组装尺寸小、传动结构复杂的产品时,有着比较明显的优势。笔者研究了模数为0.2mm的小模数塑料内齿轮注塑模具的设计,并通过注射成型试验对注塑模具的成型效果进行了验证。
一、小模数塑料内齿轮注射成型特点分析
注射成型的小模数塑料内齿轮尺寸示意图。其齿形参数为:模数0.2mm,齿数36,变位系数1.6,分度圆压力角20度;内形尺寸为:齿顶圆直径7.5mm,齿根圆直径8.2mm;外形尺寸为:外径10mm,高4mm。由于塑料内齿轮在注射成型后将因收缩而包紧在型芯上,而且所成型的塑料内齿轮的齿数较多,因此所需的脱模力比较大。此外,因小模数塑料内齿轮的齿根处壁厚仅为0.9mm,若采用推杆进行塑料件顶出,推杆的直径宜在0.5mm左右,这使得塑料件局部面积上承受的顶出压力过大,极有可能将塑料件顶穿,造成塑料件破坏及无法脱模,所以需要采用推管或推板进行顶出。若采用推管顶出,不仅型芯的轴向尺寸过大,而且推管的定位精度要求非常高。基于上述分析,笔者选择使用推板进行塑料件顶出。
    聚甲醛(POM)具有强度高、耐疲劳、耐蠕变和尺寸稳定性好等特点,是一种较理想的塑料齿轮材料,所以采用POM进行小模数塑料内齿轮的注射成型。
二、模具设计要点分析
    2.1 浇注系统设计
    Moldflow是一款具有强大分析功能的专业注射成型CAE软件,被广泛应用于注射成型领域的优化设计分析。在设计小模数塑料内齿轮的注塑模具时,笔者首先使用Moldflow软件进行最佳浇口位置分析。表面网格(Fusion)能够在保证分析精度的同时,减少计算机运算时间,因此网格类型选择Fusion。根据塑料件的局部最小尺寸,网格的平均边长设置为0.2mm。软件分析结果显示,宜将浇口设在塑料件中间高度处的里侧或外侧。笔者选择将潜伏式浇口设在塑料件中间高度处的外侧,如图2所示,这是因为浇口设在此处不会影响塑料内齿轮的正常使用。
 潜伏式浇口的尺寸不宜过大,否则流道和塑料件之间不易断开,继而影响到流道凝料及塑料件的正常脱模,本浇口尺寸取0.6mm。对于一模两腔的型腔安排,浇注系统的整体设计。
  2.2 成型组件设计
    小模数塑料内齿轮的齿形采用小模数的金属外齿轮型芯3成型。型芯的高度为4mm,齿顶厚为0.07mm,齿槽宽为0.16mm。由于齿形小,型芯无法采用齿轮刀具进行加工;又因型芯的高度超过1mm,也无法采用光刻树脂后电铸金属的方法进行加工;适宜的加工方法是采用电火花线切割加工。首先将模具合金钢坯料精磨为所需厚度的板件,然后在数控线切割机床上使用?0.1mm的钼丝从板件上切下小模数金属外齿轮,得到所需的型芯。利用2.5 mm的标准顶杆作为型芯固定杆,在其杆部加工出螺纹,与M2.5的螺母相配合,将型芯固定在动模嵌件5上端。
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