制造精密齿轮模具的要点分析

优胜编程龚老师

制造精密齿轮模具的要点分析

本文就精密塑胶齿轮模具的概念及制造过程的要点做了一些简要分析，希望这些分享对模具人员有所帮助。虽然只是简单介绍，但只要掌握了要点，对齿轮模具的跟进将是触类旁通，游刃有余。

一、精密齿轮模概念及运用
1）精密齿轮指在参数尺寸及性能要求上非常高，参数包括齿顶圆外径、齿根圆外径、模数、分度圆直径（又称公法线）、分度圆齿厚、压力角、斜齿倾斜角度、齿圏跳动公差等方面；性能上包括材料的选用和其它装配尺寸上的精度要求。
2）在运用方面，有代表性的产品如打印机及复印机内部传动件，常见的有VCD光碟驱动支架，如果齿轮达不到精密要求，就会出现支架进出动作不稳定，伴有振动或摇摆式幌动，嗓音特大，通过这我们可以对精密的概念及其必要性有个感性上的认识。
3）精密齿轮在精度上是分等级，国标是级别越高越精密，日本标准是级别越小越精密。以JIS标准，大多数精密模具厂只能做到4级、5级齿轮，能做到3级塑胶齿轮已经是水平相当高。

二、精密塑胶齿轮种类：  
1）从齿的轴向倾斜角度分：直齿轮、斜齿轮、组合直齿轮，组合斜齿轮和组合直斜齿轮。组合的概念就是直齿轮或斜齿轮在轴向上阶梯分布，一次注射成形。
2）从传动的方面主要有两种：啮合传动齿轮和皮带传动齿轮。

三、模胚的选用：  
模胚的精度直接会影响模具的制造及注塑精度，也会影响模具的寿命。经验表明，通用的模胚精度一般很难达到精密齿轮模的要求。

四、塑胶原料的选用：  
主要有两种：POM和PA（PA+GF%）。不排除其它原料，如：聚砜等。首选POM与PA原料的最根本的原因：POM、PA制品表面具有良好的自润滑性。
其它共同原因：耐磨性好、耐冲击好及抗疲劳；其次，POM制品刚性大，抗蠕变性优良；PA制品韧性好，必要时可填加GF%以增强其刚性。一般情况POM齿轮可以相互啮合传动使用，PA齿轮同POM齿轮啮合传动使用。

五、模具结构的设计相关要点：  
1）浇口：一般采用3点或6点式平衡进浇，对微型齿轮通常只有采用单点进浇。

2）模腔排位：常见有1~4腔。小型齿轮可以达到6或8腔；不同形状的齿轮可以组成 3腔。最有代表性的为4腔。

3）出模方式：常见有中心司筒及顶针顶出。对斜齿轮，须加轴承辅助顶出，轴承的位置有套在司筒针上和套在模CORE芯上两种，两种出模原理是一样的。因产品小，模胚也小，顶针板上一般不需要加中托司及EGP。以下以轴承套在CORE上为图例，可以认识更具体些。

4）分型面管位块：分型面管位块必须安装圆柱型分型面管位块。
  
5）前后模肉及镶件采用圆柱形，以便加工保证产品的同轴度。材料一般选用SKD61，加硬到HRC52~56。首选SKD61是因为：
该料加硬后，变形微小，热处理余量少，在半精加工中自然节约成本及时间；
加硬后，耐磨性高，针对齿轮无拔模角度脱模，耐磨自然重要；
热作模具钢，随温差变化，钢材性能稳定，适合长时精密注射成型；
SKD61含Cr量高，并且经过“电渣再熔”处理，磷（杂质）的含量由0.03%降至0.001%，因此在电加工后，镜面效果好
加硬后，耐磨蚀性好，尤其是对POM分解甲醛气体有耐蚀性。
不过要说明一点，如果对硬度要求更高，还会选用SKD51、SKD11等冷作模具钢料，中心镶件（针）可以采用8407。

6）在关键部位的司筒及司筒针或中心小镶针的精度上，通常设计精度要求同轴度 0.02mm，有的要求更高。另中心司筒针或镶针的上端部位要做圆柱直型管位设计，插入上模镶件定位，以达到前后模胶位更高的同轴度。见上图中标示F的部位。

六、模具制作要点：  
1）齿形加工：直齿采用慢走丝精密加工，至少选用1修3刀，达到齿形表面较光的粗糙度；斜齿圈采用齿轮电极螺旋加工，制作斜齿电极的精度非常之高，某公司向西南某军工企业订制，更是把斜齿电极的高精度制作及检测搞的比较“神秘”。
2）分型面圆型管位块的加工要求A、B板同时慢走丝加工，才能确保同轴精确定位。
3）圆柱形模肉及镶件需用内外圆磨床加工，A、B板的模腔一定要求用坐标磨床加工。否则在圆柱度，直圆度，垂直度上及粗糙度上达不到要求。产品无法保证“精密”。
4）一般齿圈镶件，在齿形加工后，工件厚度不充许再用磨床加工，否则会导致齿面上横向毛刺，工件也就报废了。实在需要的情况下，只有采取EDM加工降面。
5）省模：齿形面及边缘是绝对不充许省模或抛光，相关粗糙度只有通过电加工一次加工达到。同时模具一般是啤的时间趆长，钢料齿面会更光滑。

七、试模阶段：  
1）T1时，运水必须接上，齿轮模具与机壳模具不同，在设计结构上已决定了T1前就可以制作运水。如果不接运水，样办在尺寸上及局部热平衡上相差很远，直接影响塑胶材料的结晶度及后缩性，影响制品精度及尺寸稳定。
2）T1时，首先保证齿轮外径及厚度尺寸，因为这两尺寸一般是模具没得修或不修的。其次再是其他尺寸，只要保证前两者，并且在成型条件稳定情况下，其它尺寸可暂时接受，再通过修模，第二次完成。一般来说，齿外径保证的情况下，单个齿形的轮廓线就不会与理论上相差很大。
3）一旦制品有两端大小头或中部缩水，如果调机不能解决，请注意，这并不一定代表 样办就是NG。大多数情况下，只要齿轮嚙合情况是合格，客户一般都会接受。

八、齿轮样办检测：  
测量齿外径，一般可以选用数显卡尺，但对齿数为3倍数和5倍数齿轮，则要用3勾千分尺，和5勾千分尺。齿形可以进行菲林投影轮廓线。但精密检测必须有专业的齿轮电子检测设备，将样办齿轮装上标准齿相互嚙合，再输入所需求齿轮相关参数，电脑自动将检测数据显示，包括齿轮的径向跳动等参数。

九、模具注塑及保养要点：
1）正常啤作生产时，不许喷脱模剂，否则产品不可接受；理由是脱模剂的润滑影响齿的啮合及啮合测量；并且藏在齿面中不易擦去，也不干净；易粘上灰尘，影响齿轮的精度。
2）模温及炮筒温度是保证连续啤塑尺寸稳定的关键。  
3）只要是落模，或停机1小时以上不落模，模具一定要喷防锈剂；落模前要检查是否喷过防锈剂。齿圈镶件一但齿面严重生锈，基本上是没有修的余地，因为是精密模。
4）如果密封胶圈漏水在齿面上，正常情况，不能用布擦。较好的方法是用过滤的气吹净，再用火枪烘干，再喷防锈剂后落模。
5）由于POM与PA料制品刚性及韧性较好，因此产品包装上，同种微小齿轮可以用同 PE袋适量装在一起，形状稍大些的齿轮可以轴向排齐装入胶袋包好，不用但心产品受损，但每箱每层必须加隔纸板。