基于UGNX塑料齒輪注射模設(shè)計

曾天文，陳艷芳

（河源職業(yè)技術(shù)學院，廣東河源517000）

1 引言

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，人們生活辦公中對照相機、打印機以及復印機等器材的需求量大。塑料齒輪逐步替代了金屬材料的齒輪。這些器材用品對齒輪嚙合精度要求比較高，在齒輪塑件分型面設(shè)計上，定模型腔與動模型芯設(shè)計形狀相同的齒型鑲件，采用1模1腔的布局。為了避免產(chǎn)生注射成型不滿及變形等不良現(xiàn)象，模具采用三板模點澆口3點式平衡注射的方式。為了使齒輪塑件順利脫模且不留痕，采用圓托針平衡推出。通過對這3個系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，保證了齒輪的精度和性能。

2 塑件工藝分析

塑料齒輪如圖1所示，選用材料為聚甲醛（POM）、具有良好的機械性能，成型收縮率為2%~3%，其在料溫高的情況下，會產(chǎn)生變色，設(shè)計冷卻系統(tǒng)應循環(huán)均勻良好，保證注射模模溫在80℃~100℃。如圖2所示，塑料齒輪最大外徑為皮帶輪，以中間?4mm軸孔為基準，同軸度要求為?0.05mm，同時皮帶輪與中間孔?4mm還有全跳動形位公差要求為0.05mm。主分型面的選擇以頂面?11mm最大輪廓處，淺色區(qū)域設(shè)置在定模部分，深色區(qū)域及中間軸成型型芯設(shè)置在動模部分，能保證塑料齒輪的精度。有形位公差及尺寸公差要求的特征按照MT5等級確定，對自由尺寸可按MT7查表取公差值。

圖1 塑料齒輪三維圖

圖2 塑料齒輪二維圖

3 澆注系統(tǒng)設(shè)計

（1）主流道的小端直徑在注塑機噴嘴直徑基礎(chǔ)上取?0.5~?1mm、主流道錐角為2°~6°、長度≦60mm，塑料齒輪主流道小端直徑取值為?2.5mm、錐角取值2°、實際長度為37mm。

（2）分流道采用常用的U形截面，H=1.25R、R=0.5B，塑料齒輪分流道H取值3.0mm、B取值3.9mm、R取值為1.7mm，使熔融狀態(tài)的塑料快速地流進分流道并均勻充滿，保證了良好的壓力和均勻的填充。

（3）澆口的類型通常有側(cè)澆口和點澆口，側(cè)澆口只能設(shè)計在主分型面上，設(shè)計加工都方便，但是留有澆口痕，為了獲得高精度高光潔度的塑件，故選擇三個澆口的進澆方式，點澆口的優(yōu)點是不需要修毛刺，澆口自動脫落，實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。熔融狀態(tài)的塑料從澆口呈輻射狀向四周流動，在流動匯合處會形成3條熔接線，在熔接線位置，傾向流動前沿平行，沿熔接線形成低收縮區(qū)域，不容易變形，從而獲得高精度的齒輪。

綜上分析，結(jié)合結(jié)合MoldFlow模流分析軟件確定進澆點，塑料齒輪的澆注系統(tǒng)設(shè)計，如圖3所示。

圖3 塑料齒輪澆注系統(tǒng)設(shè)計

4 冷卻系統(tǒng)設(shè)計

模具在注塑機上注射成型時，塑件材料為POM，屬于熱敏性材料，在料溫高的時候容易變色。因此，在注射成型時因控制好料溫和成型時間，合理設(shè)置冷卻系統(tǒng)，保證注射時模溫保持在80℃~100℃。脫料板設(shè)置循環(huán)式水路，定、動模板各設(shè)置2條對稱直通的水路，水路截面直徑為?8mm，模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計如圖4所示，在定模板上和齒面上開設(shè)排氣槽以消除困氣，槽深小于塑料溢邊值，此槽深為0.2mm。

圖4 冷卻系統(tǒng)及排氣槽設(shè)計

5 成型零件設(shè)計

為了保證齒輪的高精度、高光潔度，設(shè)計成一模一腔的模具結(jié)構(gòu)，為了節(jié)省成本和方便制造加工，型芯和型腔都設(shè)計成組合鑲件放入定模板和動模板中，臺肩式固定。定模板和動模板鑲件，鑲件的選用優(yōu)質(zhì)模具鋼718H，如圖5所示。

圖5 齒輪定、動模的成型零件

6 推出機構(gòu)設(shè)計

常用的推出機構(gòu)有頂桿、司筒和推件板。推件板適合殼體及外表面不允許留下痕跡的塑件。司筒常用推出筒形、環(huán)形及帶孔的塑件，這種脫模力均勻，塑件變形小，但其精度較低，可用于4級以下的齒輪，司筒中間有一層間隙，增加了推出誤差。頂桿能均勻頂出塑件，這種脫?？捎帽ＷC塑件的跳動公差，精度可達到3級以上。根據(jù)塑件的特點，選用頂桿推出，如圖6所示。

圖6 頂桿

7 模具總裝結(jié)構(gòu)及其工作過程

模具總裝結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 齒輪塑件裝配圖

模具開模時，為了避免齒輪塑件被拉傷或留在定模一側(cè)，在小拉桿上設(shè)計了彈簧16，使Ⅰ-Ⅰ分型面優(yōu)先與Ⅱ-Ⅱ分型面分離，在拉料桿19的作用力下將澆口與齒輪塑件分開；動模往注塑機頂棍側(cè)移動，當小拉桿11的臺階左側(cè)與定模板4的右側(cè)接觸時，Ⅰ-Ⅰ分型面移動結(jié)束；Ⅱ-Ⅱ分型面作為主分型面分開，因齒輪塑件的包緊力，塑件留在動模型芯上，由模具上側(cè)面的定位拉板限制Ⅱ-Ⅱ分型面的距離（Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ分開的距離能夠讓料頭和齒輪塑件自動落料）；隨后，Ⅲ-Ⅲ分型面分開，澆口料脫落；動模繼續(xù)往右移動，注塑機頂桿推動頂桿底板運動，頂桿將齒輪塑件從動模型芯上頂出，塑件自動脫模。

模具合模時，復位桿12上的彈簧13優(yōu)先對頂桿推板進行預復位，并帶動頂桿10復位到初始狀態(tài)，在模具導柱導套和定位器的作用下，定模側(cè)和動模側(cè)合模，最后完成模具的合模。

8 結(jié)束語

模具采用三板模點澆口方式進澆，1模1腔，設(shè)計了3個分型面，在脫料板、定模板及動模上設(shè)計了水路，排氣槽設(shè)計在分型面上，排氣良好，解決了齒輪塑件收縮和變形的問題。在設(shè)計推出機構(gòu)時，Ⅰ-Ⅰ分型面優(yōu)先Ⅱ-Ⅱ分型面分型，設(shè)計了拉料桿和定位板限制了開模的距離，采用頂桿推出，保證了塑件的跳動公差和精度。模具在實際生產(chǎn)時，模具機構(gòu)工作穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量及精度符合使用要求。