基于UGNX塑料齿轮注射模设计

曾天文，陈艳芳

（河源职业技术学院，广东河源517000）

1 引言

随着工业的快速发展，人们生活办公中对照相机、打印机以及复印机等器材的需求量大。塑料齿轮逐步替代了金属材料的齿轮。这些器材用品对齿轮啮合精度要求比较高，在齿轮塑件分型面设计上，定模型腔与动模型芯设计形状相同的齿型镶件，采用1模1腔的布局。为了避免产生注射成型不满及变形等不良现象，模具采用三板模点浇口3点式平衡注射的方式。为了使齿轮塑件顺利脱模且不留痕，采用圆托针平衡推出。通过对这3个系统的优化设计，保证了齿轮的精度和性能。

2 塑件工艺分析

塑料齿轮如图1所示，选用材料为聚甲醛（POM）、具有良好的机械性能，成型收缩率为2%~3%，其在料温高的情况下，会产生变色，设计冷却系统应循环均匀良好，保证注射模模温在80℃~100℃。如图2所示，塑料齿轮最大外径为皮带轮，以中间ϕ4mm轴孔为基准，同轴度要求为ϕ0.05mm，同时皮带轮与中间孔ϕ4mm还有全跳动形位公差要求为0.05mm。主分型面的选择以顶面ϕ11mm最大轮廓处，浅色区域设置在定模部分，深色区域及中间轴成型型芯设置在动模部分，能保证塑料齿轮的精度。有形位公差及尺寸公差要求的特征按照MT5等级确定，对自由尺寸可按MT7查表取公差值。

图1 塑料齿轮三维图

图2 塑料齿轮二维图

3 浇注系统设计

（1）主流道的小端直径在注塑机喷嘴直径基础上取ϕ0.5~ϕ1mm、主流道锥角为2°~6°、长度≦60mm，塑料齿轮主流道小端直径取值为ϕ2.5mm、锥角取值2°、实际长度为37mm。

（2）分流道采用常用的U形截面，H=1.25R、R=0.5B，塑料齿轮分流道H取值3.0mm、B取值3.9mm、R取值为1.7mm，使熔融状态的塑料快速地流进分流道并均匀充满，保证了良好的压力和均匀的填充。

（3）浇口的类型通常有侧浇口和点浇口，侧浇口只能设计在主分型面上，设计加工都方便，但是留有浇口痕，为了获得高精度高光洁度的塑件，故选择三个浇口的进浇方式，点浇口的优点是不需要修毛刺，浇口自动脱落，实现自动化生产。熔融状态的塑料从浇口呈辐射状向四周流动，在流动汇合处会形成3条熔接线，在熔接线位置，倾向流动前沿平行，沿熔接线形成低收缩区域，不容易变形，从而获得高精度的齿轮。

综上分析，结合结合MoldFlow模流分析软件确定进浇点，塑料齿轮的浇注系统设计，如图3所示。

图3 塑料齿轮浇注系统设计

4 冷却系统设计

模具在注塑机上注射成型时，塑件材料为POM，属于热敏性材料，在料温高的时候容易变色。因此，在注射成型时因控制好料温和成型时间，合理设置冷却系统，保证注射时模温保持在80℃~100℃。脱料板设置循环式水路，定、动模板各设置2条对称直通的水路，水路截面直径为ϕ8mm，模具冷却系统设计如图4所示，在定模板上和齿面上开设排气槽以消除困气，槽深小于塑料溢边值，此槽深为0.2mm。

图4 冷却系统及排气槽设计

5 成型零件设计

为了保证齿轮的高精度、高光洁度，设计成一模一腔的模具结构，为了节省成本和方便制造加工，型芯和型腔都设计成组合镶件放入定模板和动模板中，台肩式固定。定模板和动模板镶件，镶件的选用优质模具钢718H，如图5所示。

图5 齿轮定、动模的成型零件

6 推出机构设计

常用的推出机构有顶杆、司筒和推件板。推件板适合壳体及外表面不允许留下痕迹的塑件。司筒常用推出筒形、环形及带孔的塑件，这种脱模力均匀，塑件变形小，但其精度较低，可用于4级以下的齿轮，司筒中间有一层间隙，增加了推出误差。顶杆能均匀顶出塑件，这种脱模可用保证塑件的跳动公差，精度可达到3级以上。根据塑件的特点，选用顶杆推出，如图6所示。

图6 顶杆

7 模具总装结构及其工作过程

模具总装结构如图7所示。

图7 齿轮塑件装配图

模具开模时，为了避免齿轮塑件被拉伤或留在定模一侧，在小拉杆上设计了弹簧16，使Ⅰ-Ⅰ分型面优先与Ⅱ-Ⅱ分型面分离，在拉料杆19的作用力下将浇口与齿轮塑件分开；动模往注塑机顶棍侧移动，当小拉杆11的台阶左侧与定模板4的右侧接触时，Ⅰ-Ⅰ分型面移动结束；Ⅱ-Ⅱ分型面作为主分型面分开，因齿轮塑件的包紧力，塑件留在动模型芯上，由模具上侧面的定位拉板限制Ⅱ-Ⅱ分型面的距离（Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ分开的距离能够让料头和齿轮塑件自动落料）；随后，Ⅲ-Ⅲ分型面分开，浇口料脱落；动模继续往右移动，注塑机顶杆推动顶杆底板运动，顶杆将齿轮塑件从动模型芯上顶出，塑件自动脱模。

模具合模时，复位杆12上的弹簧13优先对顶杆推板进行预复位，并带动顶杆10复位到初始状态，在模具导柱导套和定位器的作用下，定模侧和动模侧合模，最后完成模具的合模。

8 结束语

模具采用三板模点浇口方式进浇，1模1腔，设计了3个分型面，在脱料板、定模板及动模上设计了水路，排气槽设计在分型面上，排气良好，解决了齿轮塑件收缩和变形的问题。在设计推出机构时，Ⅰ-Ⅰ分型面优先Ⅱ-Ⅱ分型面分型，设计了拉料杆和定位板限制了开模的距离，采用顶杆推出，保证了塑件的跳动公差和精度。模具在实际生产时，模具机构工作稳定可靠，生产出的产品质量及精度符合使用要求。