蔣昌華 宋 浩 是麗云

(無(wú)錫機(jī)電高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，江蘇無(wú)錫214028)

1 產(chǎn)品分析

塑料齒輪如圖1所示，用于快速打孔機(jī)軸的傳動(dòng)，由于轉(zhuǎn)速高，齒輪易磨損，影響其傳動(dòng)精度，所以要求具有一定的硬度和耐磨性。

(1)材料分析

選用的材料為PVDF，是聚偏氟乙烯的縮寫(xiě)，為半透明或白色粉體或顆粒，分子鏈間排列緊密，在一定溫度和受壓下仍能保持良好的強(qiáng)度，拉伸強(qiáng)度高，沖擊強(qiáng)度好，韌性好;硬度高，耐磨性好。其相對(duì)密度為1.75～1.78，玻璃化溫度為－39℃，脆化溫度為－62℃以下，熔點(diǎn)144℃，熱分解溫度在320℃以上。長(zhǎng)期使用溫度為－40～+125℃，從熔點(diǎn)到分解溫度的加工溫度范圍寬，加工溫度低，熔融粘度小，容易加工。收縮率通常在2%～3%。

(2)結(jié)構(gòu)和尺寸分析

齒輪的形狀簡(jiǎn)單，但壁厚不均，有齒的部分壁較厚，易產(chǎn)生翹曲變形、收縮不均及凹坑現(xiàn)象，這樣會(huì)影響傳動(dòng)的精度及準(zhǔn)確性。齒輪的高度方向幾乎沒(méi)有斜度，難于脫模，要求在設(shè)計(jì)模具時(shí)縱向的收縮率較橫向收縮率大才能保證其準(zhǔn)確的尺寸，還要求模具具有良好的排氣以及高的成型面。查表可知，尺寸φ 10 mm的公差為MT2級(jí)精度，屬“高精度尺寸”，在模具設(shè)計(jì)和制造時(shí)要確保其精度要求，其余尺寸無(wú)特殊要求，按MT5級(jí)精度查取。

2 主分型面的選擇

分型面是指分開(kāi)模具取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的面。一副模具根據(jù)需要可能有一個(gè)或兩個(gè)以上的分型面。其選擇會(huì)影響塑件的質(zhì)量、模具的結(jié)構(gòu)，所以選擇合理的分型面非常重要。當(dāng)一副模具有多個(gè)分型面時(shí)，取出塑件的面為主分型面。分型面的設(shè)計(jì)一般要滿足以下幾個(gè)要求:①應(yīng)選在截面尺寸最大處，便于簡(jiǎn)化模具和塑件脫模;②不影響塑件的外觀質(zhì)量;③保證塑件的尺寸精度;④有利于排氣;⑤便于零件的加工。齒輪的主分型面可設(shè)在圖2所示的A、B兩個(gè)面。若選擇B為齒輪的主分型面，可能會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題:①由于型腔分布在定模和動(dòng)模兩側(cè)，塑件內(nèi)孔與外圓齒面的同軸度無(wú)法保證;②型腔的大部分在定模，塑件易于留定模，不方便推出。若將推出機(jī)構(gòu)設(shè)在定模，模具結(jié)構(gòu)會(huì)變得很復(fù)雜，澆口無(wú)法設(shè)計(jì)成點(diǎn)澆口的形式。選擇A為齒輪的主分型面時(shí)，上面的問(wèn)題都可以解決。所以，齒輪的主分型面選擇A平面。

3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴組成，其設(shè)計(jì)的好壞會(huì)影響塑件的性能、外觀和成型難易程度。合理的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則:①能順利地引導(dǎo)熔融塑料充滿型腔，不產(chǎn)生渦流，使型腔的氣體順利排氣;②選取短的流程，盡量減少?gòu)澱?，以降低壓力損失，縮短填充時(shí)間;③防止熔融塑料充模時(shí)正面沖擊直徑較小的型芯和嵌件，避免變形;④方便維修與更換;⑤防止塑件變形;⑥合理設(shè)計(jì)冷料穴;⑦澆注系統(tǒng)的斷面積和長(zhǎng)度應(yīng)盡量取最小值，節(jié)省塑料。

(1)澆口的種類及位置

常用的澆口類型通常是側(cè)澆口和點(diǎn)澆口。側(cè)澆口只能開(kāi)在主分型面上，形狀簡(jiǎn)單，方便加工，但留有澆口痕跡;點(diǎn)澆口位置靈活，但加工復(fù)雜。根據(jù)前面齒輪已將主分型面選在A平面，采用側(cè)澆口的進(jìn)澆方式，會(huì)在齒形側(cè)面留下澆口痕跡，由于進(jìn)澆處的壓力較大、流速不均、冷卻不均等原因，易出現(xiàn)流痕、水紋和收縮不均等現(xiàn)象。所以，選擇點(diǎn)澆口，具體的進(jìn)澆位置見(jiàn)圖3。這樣澆口所需的位置比較小，澆口附近的變形減小并且不會(huì)影響齒輪的傳動(dòng)精度。

(2)分流道的設(shè)計(jì)

分流道布置時(shí)排列盡量緊湊，縮小模板的尺寸，流程盡量短，對(duì)稱布置。這里可以設(shè)計(jì)成如圖4所示的兩種方案，都屬于平衡式，也滿足熔融塑料流到各個(gè)型腔的時(shí)間一致。選擇(a)方案較(b)方案的優(yōu)勢(shì)有:

①分流道的流程更短，能縮短充模時(shí)間，節(jié)省材料。流料前段更不容易凝固，可減輕熔接痕的程度和塑件的變形程度。

②在充模時(shí)，熔融塑料流動(dòng)方向改變的次數(shù)少，可減少注射壓力的損失，流速較快。

所以，分流道形式選擇“十字形”的分布。

4 成型零件的設(shè)計(jì)

考慮齒輪的使用量以及生產(chǎn)成本，設(shè)計(jì)成“一模四腔”的模具結(jié)構(gòu)比較合理。由于齒輪的尺寸不大，是圓形零件，為了方便制造和加工，單個(gè)的型芯和型腔都設(shè)計(jì)成圓柱組合式整體放入定模固定板和動(dòng)模固定板中，臺(tái)肩式固定，見(jiàn)圖5。

(1)定模部分成型零件的設(shè)計(jì)

定模部分的成型零件包括定模型芯和軸，見(jiàn)圖6。φ58 mm的圓為固定臺(tái)階，被切掉一部分用于防止定模型芯與定模固定板的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。軸與定模型芯采用間隙配合，配合表面的粗糙度為Ra0.8 μm，成型塑件內(nèi)孔的倒角部分。材料都為Cr12MoV，熱處理硬度為52～55 HRC。

(2)動(dòng)模部分成型零件的設(shè)計(jì)

動(dòng)模部分的成型零件包括齒形型腔和動(dòng)模型芯，見(jiàn)圖7。齒形型腔的齒形輪廓必須用線切割的方式加工，所以只能與動(dòng)模型芯分成兩部分，用4顆M4的內(nèi)六角螺釘固定在一起。成型表面的粗糙度為Ra0.4 μm，選用的材料為Cr12MoV，熱處理硬度為52～55 HRC。塑件的內(nèi)孔是推管的軸成型的，具體見(jiàn)推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

5 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

常用的推出機(jī)構(gòu)有推桿、推件板和推管。推件板適合薄壁容器、殼體及外表面不允許留痕跡的塑件。推管塑件常用的推出方適合推出環(huán)形、筒形或帶孔的塑件。根據(jù)塑件的特點(diǎn)，這里選用推管推出，見(jiàn)圖8。推管固定在推板和推桿固定板之間，在推出時(shí)隨著推出機(jī)構(gòu)一起運(yùn)動(dòng)，推桿型芯固定在動(dòng)模座板上，底下加了一塊墊板，在推出時(shí)不動(dòng)，對(duì)推管起導(dǎo)向作用。

6 點(diǎn)澆口自動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

要求自動(dòng)化生產(chǎn)，澆注系統(tǒng)凝料能自動(dòng)脫落。這里利用分流道推板將塑件與澆口拉斷塑。點(diǎn)澆口具體的脫模機(jī)構(gòu)見(jiàn)圖9。

開(kāi)模時(shí)，為了防止塑件被拉變形甚至留于定模(這樣會(huì)影響塑件內(nèi)外表面的同軸度)，設(shè)計(jì)了兩個(gè)分模彈簧10，使A分型面先于B分型面分開(kāi)，在拉料桿5的作用下將澆口與塑件拉斷;動(dòng)模右行，當(dāng)拉桿12的臺(tái)階左端面與定模固定板11的右端面接觸時(shí)，A分型完畢，B面(主分型面)分型，由于塑件的包緊力，塑件留在推管型芯上，由定距拉板2限制B分型面的距離(A、B面分開(kāi)的距離足夠澆注凝料和塑件掉下來(lái));動(dòng)模繼續(xù)右行，在零件2、12和7的作用下，克服澆口凝料的粘附力使C分型面打開(kāi)，澆口凝料9脫離主流道襯套，在彈釘彈簧4的作用下，彈釘3將澆口凝料9從分流道推板8中推出。然后推出機(jī)構(gòu)帶動(dòng)推管1將塑件13從動(dòng)模型腔推出。定模中的導(dǎo)柱要足夠長(zhǎng)，在開(kāi)模過(guò)程中始終不能完全離開(kāi)動(dòng)模的導(dǎo)套。

7 結(jié)語(yǔ)

模具采用的點(diǎn)澆口形式進(jìn)澆，一模四腔，共有三個(gè)分型面，排氣方式設(shè)在分型面上，排氣良好。在設(shè)計(jì)脫模機(jī)構(gòu)時(shí)，A分型面先于B分型面分開(kāi)，可以減小塑件的變形量;用拉料桿將澆注系統(tǒng)凝料留于定模一側(cè);C分型面分開(kāi)將澆注系統(tǒng)凝料從主流道襯套中分離出來(lái);用彈釘把澆口凝料從拉料桿上彈出以及開(kāi)模限位機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)都有值得借鑒之處?，F(xiàn)該模具已投入使用，實(shí)踐表明脫模機(jī)構(gòu)工作可靠，操作方便，生產(chǎn)效率高。生產(chǎn)出的塑件表面光潔，變形小，尺寸滿足公差要求，其強(qiáng)度和耐磨性也滿足使用要求，見(jiàn)圖10。

［1］林麗珊.線殼蓋塑料模具設(shè)計(jì)［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2010(1):79－81.

［2］楊迎新.基于Pro/ENGINEER的一模多穴的模具設(shè)計(jì)［J］.現(xiàn)代機(jī)械，2010(1).

［3］蔣昌華.塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)［M］.北京:北京理工大學(xué)出版社，2010.

［4］王萍，徐德紅.注塑齒輪及其模具設(shè)計(jì)［J］.鑄造技術(shù)，2011，32(6):879－882.