塑料斜齿轮注塑模具设计探讨

摘要：由于塑料工业的高速发展,凭借着独有的优势塑料的运用范围逐步扩大,“以塑代钢”是大势所趋。目前,齿轮的机械零件也在慢慢由塑料所取代。本文将针对聚酰胺6(PA6)斜齿轮塑件实施一模四腔的注塑模具结构展开规划和研究,并推动斜齿轮塑件成功实现脱模。

关键词：聚酰胺6;塑料斜齿轮;注塑模具;点浇口进料:旋转脱模

现阶段，塑料制备技术不断升级，表现出快速发展态势，有效提升了通用工程塑料的强度及其加工精度。在此大环境下,其得到了广泛的推广与普及,并在汽车、家电、建筑等各个行业获得了广泛应用。目前，塑料工业突飞猛进，主要得益于模具制造业的发展。塑料成型主要需依靠模具，这是大家都认可的事情，而制品的质量与产量主要由塑料成型过程中所使用的模具品质决定。其中，模具的流道结构、尺寸、熔体浇注方式、排气设置、分型面等都会在一定程度上对塑料制品的尺寸控制精度、外观、力学性能及其内部应力分布造成显著影响。在现代机械当中，齿轮的运用范围最广。相较于其他传动机构，齿轮具有紧凑结构，同时其运行过程具有良好可靠性、效率高，使用时间长，可有效确保恒定的传动比，适用速度范畴广阔。相较于直齿轮,斜齿轮中的齿轮和它的轴线存在一定偏差,两个轮的转向是相反的，传动平稳的冲击力不大，对高速传动更为适用。然而，轴向力较强。目前，塑料斜齿轮被大量用于钟表、设备仪器、玩具等多个应用领域。然而，因斜齿轮的形状比较独特，无法通过开模方式从模具中推出斜齿轮，所以应该进一步考虑采用旋转脱模结构。

1PA6性能分析

聚酰胺6(PA6)具有对疲劳、磨损、热度、油的耐受力好、坚韧、抗冲击强度高、良好的吸水性、抗霉菌等优势，为晶体结构材料，因此其熔点高，熔融温度范畴偏小，在处于熔融状态时其热稳定性小，当料温大于300℃时，滞留时间一旦达到了半小时，就特别容易发生分解作用；PA6比较容易吸湿，需要对其进行预热使其干燥后再进行后续成型过程，确保含水量不大于0.3%。PA6具有良好的流动性，溢边值0.02mm，为了有效避免出现流涎问题，应通过自锁型喷嘴注射螺杆式注射剂，同时为螺杆配置相应的止回环；PA6在成型阶段具有较高的成型收缩率，具有明显的取向性，容易出现凹痕、缩孔、变形等诸多问题，所以成型条件确保处于稳定状态。PA6融料冷却速度会给结晶、塑料性能及其结构产生十分显著的影响，因此在具体操作过程中务必要对模温实施合理管控，通常应将其控制在60~90℃的范围内，针对透明度好、伸长率高、柔软性能良好的薄壁塑件应当设置低模温，而针对耐磨性能优越、硬度高、且使用过程中不会出现明显变形的后壁塑件，应设置高模温；成型条件会严重影响到缩孔、塑料成型收缩、凹痕，在设置料筒温度的过程中务必要结合塑件形状、聚酰胺类型、注射机种别等进行设定，柱塞式注射机应当区高温，通常而言，料温应控制在300℃范围内，温度愈高表示收缩愈大，飞边的可能性也越大，非常适用于制备化工、耐磨零件、仪表、传动结构等。

2模具结构设计分析

2.1分型面设计

能否选出合适的分型面，会在一定程度上影响到模具制造、塑件质量及其使用性能,会对模具的结构种别产生决定性影响，同时这也是设计模具过程中的最关键一环。因此，在进行模具设计的过程中，务必要全面统筹制品的尺寸精度、推出方式、制造技术、结构方式等因素，基于此选出合适的分型面。图1为分型面位置及其结构的示意图,在这当中A-A表示的是分型面。如此，既能最大限度的将分型面给外观产生的影响降至最低，其所形成的溢料边易进行修整。同时，要把A-A面当成分型面，依靠齿轮内孔型芯带动，可以使塑件开模时保留动模，便于设计旋转型的脱模结构。此塑件是斜齿轮类型，所以脱模的流程值得相关人员重视。把A-A面当成分型面，在动模内留置大多数齿轮齿面，从而便于此问题得到一定处理。

2.2腔型布置

通常情况下，多型腔模的排列方式包括H形、直线、圆形、复合排列类型等多种形式，在设计过程中要尽可能的采取平衡式排列的方式，从而有助于建立起平衡式浇注系统,为塑件质量的稳定、统一作保障。同时，要尽可能的提高型腔排列的紧凑性，将模具尺寸控制在最小范围内。本设计结构为圆形的一模四腔结构，下图2为其排列方式。

2.3旋转脱模机构设计

旋转脱模机构为此次设计的关键所在，此脱模方式指的是塑件与型腔间分离时，塑件与型腔之间存在相对旋转运动。目前我们生活中应用的许多产品都是通过旋转脱模方式得到的，比方说螺钉的螺纹等。在设计旋转脱模装置的过程中,可通过以下两类策略实现，第一种是型腔保持静止状态而塑件进行旋转；第二种是塑件保持静止状态而型腔发生旋转。本设计采用的是第二类方案，实际脱模结构如图3所示。先打开分型面，因为受到包紧力作用，此时动模的小型芯将被塑件紧密包裹，此时塑件与动模一起脱模，动模的主型芯、小型芯以及塑件都不会旋转，值进行方向朝下的开模运动。在开模阶段，型腔会受到来自于斜齿轮塑件的圆周方向分力作用，使型腔出现旋转。为了能够使型腔发生旋转，需设置深沟球轴承结构，从而便于其发生转动。一旦模具开模，塑件将逐步由型腔内脱离，此时即可以推杆把塑件由动模小型芯上推出。相较于齿轮旋转脱模机构，此类轴承旋转脱模优势主要有:（1）防止出现相互干扰，让推出机构更为简洁;（2）模具结构更为简化，在确保功能不发生变更的基础上把齿轮机构改用一个轴承代替,不仅大大简化了模具结构，还节约了成本。然而此方案也有不足，因为动模小型芯一般只有很小的表面积，不能有效提供脱模所需的包紧力，此时塑件是否能够正常脱模将由动模小型芯包紧力所决定。为此，可考虑使用脱模剂，对型腔表层实施抛光处理，让其粗糙度达到Ral.4。

2.4浇注系统设计

浇注系统是指注塑模具中从主流道起始位置到型腔部位为止的塑料熔体进料通道，通常而言，可将其分为常规流道浇注系统以及无流道浇注系统两类。要想生产出品质优良的塑料制品，就必须设计出合理的、完善的浇注系统，从而让那些源于注射喷嘴的塑料溶体能够成功而又平稳的压实、冲模、保压。采取点浇口的浇口形式，如此能有利于确定浇注位置，浇口周围的变形问题不显著,多型腔易使浇注系统处于平衡状态。此外，选定浇口位置也是相当重要的一环，这将对塑件成型质量产生巨大的影响。在此过程中往往会采取Moldflow软件选定模具的浇口位置，实施浇口位置剖析，待网格划分完毕后实施全盘研究，如下图4所示。图4浇口位置模拟分析为充分符合自动化生产的需求，浇注系统应在塑件完成脱模后能够自动脱落并凝料。本设计中，应依托点浇口将塑件与浇注系统连接起来，使塑件在脱模阶段能够自动脱离模具[2]。如图5所示，是自动凝料脱出的机构示意图。在开模阶段，应该首先将A-A分型面打开，塑件开始脱离，由拉料杆拉住浇注系统的凝料，防止其脱离浇口套。之后将B-B分型面打开，使主流道中的凝料从浇口套中发生脱离，最终浇注系统的凝料彻底脱离模具并从A-A分型面敞开部位分离出去[3]，从而实现浇注系统凝料脱离过程的自动化控制目标。

3结语

塑料斜齿轮是一种重要的机械传动零件，其有着无噪音、传动平稳、耐磨损等诸多优势，因此被广泛的运用到现代工业产品上。然而，在设计注塑模具结构的过程中，必须克服塑料斜齿轮成型之后的脱模这一难题。本文针对PA6塑料斜齿轮塑件实施一模四腔的注塑模具结构设计和研究，确保斜齿轮塑件能够成功的脱模。

参考文献:

[1]杨扬，董斌斌，刘春太.纤维增强PA66注塑熔接痕性能的工艺优化[J].工程塑料应用，2004,32(3):32~34.

[2]杨风霞,姜小莹,汤波.工艺参数对注塑件熔接痕性能的影响[J].塑料工业，2006,34(9):33~35.

[3]曹宏深，赵仲治.塑料成型工艺与模具设计[M].北京:机械工业出版社，1992:39~129.

[4]钱宇强，肖小亭，孙友松，等.注塑成型工艺参数对含熔接痕的PP改性塑件冲击性能的影响[J].高分子材料科学与工程，2008,24(7):117~120.

作者：周向群 单位：深圳建溢宝电子有限公司