对塑料齿轮的成型及缺陷的探讨

[摘 要]随着社会经济的飞速发展，塑料产品在各行各业应用逐步扩大，各种塑料制件的品种和需求量也日益增加，随着这些产品更新换代的周期愈来愈短，因此对塑料的品种、产量和质量都提出了越来越高的要求。本篇论文简述了塑料齿轮的常用材料、 模具结构a及成型工艺，重点分析了塑料齿轮的成型缺陷及防范措施。

[关键词]塑料齿轮 模具结构 齿轮缺陷 防范措施

中图分类号：F767.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）24-0066-01

一、前言

塑料齿轮在很多场合已经取代金属齿轮并被越来越广泛地被应用于运动及动力传动的场合。塑料齿轮可以采用注塑成型的方法制造而降低制造成本，并且具有重量轻、噪声低，抗化学腐蚀，可无传动等优点。但同时也具有弹性模量低，机械强度低，热传导性差，热膨胀系数大等缺点，这些限制了塑料齿轮在高载荷，高速度场合的使用。

二、齿轮的材料

用作齿轮的塑料有尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、聚砜等，从齿轮材料使用性能、工艺性能和经济性综合考虑，选用聚甲醛（又称POM）较好，该材料具有较高的机械强度及抗拉、抗压性能和突出的耐疲劳强度，自性能优良，很低的摩檫系数和很好的几何形状，且耐摩性好，吸水小，产品尺寸稳定，适用于制造各种齿轮、传动零件或减摩零件等。

三、注射工艺

1、温度

注射过程中的温度主要足指熔料温度和模具温度，因为两者都对整个注射过程有重要影响。要同时有最高的充填速度，又能保持塑件的特性，就需要有适当的熔料温度。模温越高，填模速度越快。模温控制塑料的充填速度、成品冷却时间和成品的结晶度。实际生产中聚甲醛塑料合理的射嘴温度和料筒温度见表1。

模具温度对齿轮成型周期及成品质量有决定性影响的参数，对POM材料而言，成型齿轮的模温控制在90℃～120℃为宜。

2、注射压力与模温的关系

注射压力与塑料温度、模具温度是相互制约的。利用注塑绘图法，找出能生产优良成品的最佳组合，通过注塑压力与模具温度关系图，就可以找出合理的注塑压力和模具温度组合，如图1所示。温度边界是引起低温短射和高温原料降解的量值。压力边界是引起低温过渡收缩、质量过轻或高压产生飞边的量值。由曲线图可知成型区域内的各点，代表能生产出优质的产品，超过范围便会造成成品飞边或尺寸过大或过小或充填不满，因它容许有最大的参数变化范围。

四、模具结构及制造

目前，为防止齿轮变形和收缩，齿轮厚度在3～4mm左右。模具结构如图2所示，成型齿轮注塑模采用均匀分布的3点浇口，此设计有利于射料均匀，有利于成型，如图3所示，这样一方面可以保证齿轮的精度，另一方面可以去除点浇口废料，齿轮采用多顶杆顶出，型芯采用镶件结构。

在设计齿轮模具型腔时，要正确掌握齿轮各参数的收缩状况，如果计算收缩率和实际收缩率有较大差距，则需重新制造型腔。型腔的加工精度是保证塑料齿轮精度的主要手段，该模具该加工采用精度较高的精密线切割加工齿轮的型腔。对单个零件的加工精度，要注意检测零件的尺寸和形位公差。对成型齿轮的组合件，要求其同轴度达到2um以下。

五、成型齿轮的主要缺陷及措施

实践表明，成型齿轮的常见缺陷主要取决模具的设计、制造精度和磨损程度等方面的影响。当然，如果使用的机器和模具各方面都比较理想，合格的制件质量也容易获得。生产过程的工艺调节是提高制件产量、质量的必要途径。调节工艺的措施、手段是各方面的，找出问题的症结所在，才能真正解决问题。成型齿轮的常见缺陷容易导致齿轮传动的噪声增大，磨损加剧甚至会出现传动系统的卡死现象。

1、制件有缺陷

①进料调节不当。装料室内被压实和稍熔化的塑料形成了“料塞”，使部分塑料从装料室中跳出，部分地堵住装料室的出料口。

②入料量不足。一是塑料温度低，流动性差；二是塑模的温度低，沿成型部分表面而流过的塑料很快冷却到失去流动性，以致不能完全填满模腔的各个角落；三是注射压力不妥；四是生产周期过短，料温没有来的及跟上，影响到了充模的成型。

③模具设计不合理。一是模具结构比较复杂，浇口数量不足或形式不当；二是模腔内的排气措施不力，这种原因导致制件不满的现象是常见的，应该开设有效的排气槽，选择合理的浇口位置使空气容易排出，必要时将型腔的固定区域的某个局部制成镶件，使空气从镶件缝隙溢出。

④模具浇注系统有缺陷。一是流道、浇口的位置比较粗糙且有伤痕，光洁度不足，影响融料流动，二是流道、浇口有杂质、异物塑料碳化物堵塞所致；三是流道太小、太簿或太长，增加了流体的阻力。

⑤供料不足，熔体的流程过大，充填模腔时，夹入空气，造成反压，在远离浇口的地方形成。

2、尺寸稳定性差

①成型条件的改进：提高注射压力，提高保压压力，延长冷却时间，提高锁模力，适当调整模具温度，合理设计机械平衡装置。

②模具结构的改进：改进浇口及浇口位置，加大模具硬度。

③制品设计的改进：适当降低制品的精度。

3、飞边

①模具设计和入料配置不合理。一是在不影响制件完整性的前提下，流道应设置在质量对称中心位置上，避免出现流动的偏向性；二是塑料在熔融状态下具有高的流动性和贯穿能力，容易进入活动的或固定的缝隙，对模具的设计制造精度要求较高；三是融料过热，致使原料产生化学变化。

②注射机的锁模力不足。注射成型时，由于机械上的缺陷，致使真正的锁模力不足或不恒定，也会产生飞边；另一方面由于模具本身平行度不好，也会导致锁模不紧密而产生飞边。

③注射工艺条件差。一是塑料充模状态过分剧烈；二是加料量调得不准确。也就是说从料斗进入料筒的料量应维持一致。

④模具的变形。长时间的使用致使模具变形，最终导致制件产生飞边。

⑤模具分型而精度不高。模具分型面上粘有异物、活动模板变形等

4、制品变形及收缩过大

①成型条件的改进：降低注射温度，增大总周期，升高注射压力及增大注射量。

②模具结构的改进：增大注射孔直径，扩展模具流道，扩大浇口。

③制品设计的改进：制品的厚度应有所增加。

六、结束语：

以上针对塑料齿轮的成型常见缺陷提出比较值得注意的影响因素，分别从其选用的材料和注射工艺等方面考虑，并给出了适当的解决措施，这些都是比较详细的分析和探讨并结合平时总结所提出来的一些解决办法和有效措施，对提高塑料模具成型、优化塑料模具制造过程、提高塑料模具寿命具有一定的借鉴作用。

参考文献

[1] 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计.北京：高等教育出版社，2005.

[2] 宋玉恒.塑料注射模具实用手册.北京：航空工业出版社，1996.

[3] 李海梅.注射成型及模具设计实用技术.第二版：化学工业出版社，2008.