點澆口自動脫模的齒輪注射模設計

蔣昌華 宋 浩 是麗云

(無錫機電高等職業技術學校，江蘇無錫214028)

1 產品分析

塑料齒輪如圖1所示，用于快速打孔機軸的傳動，由于轉速高，齒輪易磨損，影響其傳動精度，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，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度，拉伸強度高，沖擊強度好，韌性好;硬度高，耐磨性好。其相對密度為1.75～1.78，玻璃化溫度為－39℃，脆化溫度為－62℃以下，熔點144℃，熱分解溫度在320℃以上。長期使用溫度為－40～+125℃，從熔點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)結構和尺寸分析

齒輪的形狀簡單，但壁厚不均，有齒的部分壁較厚，易產生翹曲變形、收縮不均及凹坑現象，這樣會影響傳動的精度及準確性。齒輪的高度方向幾乎沒有斜度，難于脫模，要求在設計模具時縱向的收縮率較橫向收縮率大才能保證其準確的尺寸，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級精度，屬“高精度尺寸”，在模具設計和制造時要確保其精度要求，其余尺寸無特殊要求，按MT5級精度查取。

2 主分型面的選擇

分型面是指分開模具取出塑件和澆注系統凝料的面。一副模具根據需要可能有一個或兩個以上的分型面。其選擇會影響塑件的質量、模具的結構，所以選擇合理的分型面非常重要。當一副模具有多個分型面時，取出塑件的面為主分型面。分型面的設計一般要滿足以下幾個要求:①應選在截面尺寸最大處，便于簡化模具和塑件脫模;②不影響塑件的外觀質量;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在圖2所示的A、B兩個面。若選擇B為齒輪的主分型面，可能會出現以下問題:①由于型腔分布在定模和動模兩側，塑件內孔與外圓齒面的同軸度無法保證;②型腔的大部分在定模，塑件易于留定模，不方便推出。若將推出機構設在定模，模具結構會變得很復雜，澆口無法設計成點澆口的形式。選擇A為齒輪的主分型面時，上面的問題都可以解決。所以，齒輪的主分型面選擇A平面。

3 澆注系統的設計

澆注系統一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴組成，其設計的好壞會影響塑件的性能、外觀和成型難易程度。合理的澆注系統設計應遵循以下原則:①能順利地引導熔融塑料充滿型腔，不產生渦流，使型腔的氣體順利排氣;②選取短的流程，盡量減少彎折，以降低壓力損失，縮短填充時間;③防止熔融塑料充模時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合理設計冷料穴;⑦澆注系統的斷面積和長度應盡量取最小值，節省塑料。

(1)澆口的種類及位置

常用的澆口類型通常是側澆口和點澆口。側澆口只能開在主分型面上，形狀簡單，方便加工，但留有澆口痕跡;點澆口位置靈活，但加工復雜。根據前面齒輪已將主分型面選在A平面，采用側澆口的進澆方式，會在齒形側面留下澆口痕跡，由于進澆處的壓力較大、流速不均、冷卻不均等原因，易出現流痕、水紋和收縮不均等現象。所以，選擇點澆口，具體的進澆位置見圖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影響齒輪的傳動精度。

(2)分流道的設計

分流道布置時排列盡量緊湊，縮小模板的尺寸，流程盡量短，對稱布置。這里可以設計成如圖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型腔的時間一致。選擇(a)方案較(b)方案的優勢有:

①分流道的流程更短，能縮短充模時間，節省材料。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，熔融塑料流動方向改變的次數少，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 成型零件的設計

考慮齒輪的使用量以及生產成本，設計成“一模四腔”的模具結構比較合理。由于齒輪的尺寸不大，是圓形零件，為了方便制造和加工，單個的型芯和型腔都設計成圓柱組合式整體放入定模固定板和動模固定板中，臺肩式固定，見圖5。

(1)定模部分成型零件的設計

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

(2)動模部分成型零件的設計

動模部分的成型零件包括齒形型腔和動模型芯，見圖7。齒形型腔的齒形輪廓必須用線切割的方式加工，所以只能與動模型芯分成兩部分，用4顆M4的內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。塑件的內孔是推管的軸成型的，具體見推出機構的設計。

5 推出機構的設計

常用的推出機構有推桿、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形、筒形或帶孔的塑件。根據塑件的特點，這里選用推管推出，見圖8。推管固定在推板和推桿固定板之間，在推出時隨著推出機構一起運動，推桿型芯固定在動模座板上，底下加了一塊墊板，在推出時不動，對推管起導向作用。

6 點澆口自動脫模機構的設計

要求自動化生產，澆注系統凝料能自動脫落。這里利用分流道推板將塑件與澆口拉斷塑。點澆口具體的脫模機構見圖9。

開模時，為了防止塑件被拉變形甚至留于定模(這樣會影響塑件內外表面的同軸度)，設計了兩個分模彈簧10，使A分型面先于B分型面分開，在拉料桿5的作用下將澆口與塑件拉斷;動模右行，當拉桿12的臺階左端面與定模固定板11的右端面接觸時，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面分開的距離足夠澆注凝料和塑件掉下來);動模繼續右行，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，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。然后推出機構帶動推管1將塑件13從動模型腔推出。定模中的導柱要足夠長，在開模過程中始終不能完全離開動模的導套。

7 結語

模具采用的點澆口形式進澆，一模四腔，共有三個分型面，排氣方式設在分型面上，排氣良好。在設計脫模機構時，A分型面先于B分型面分開，可以減小塑件的變形量;用拉料桿將澆注系統凝料留于定模一側;C分型面分開將澆注系統凝料從主流道襯套中分離出來;用彈釘把澆口凝料從拉料桿上彈出以及開模限位機構的設計都有值得借鑒之處。現該模具已投入使用，實踐表明脫模機構工作可靠，操作方便，生產效率高。生產出的塑件表面光潔，變形小，尺寸滿足公差要求，其強度和耐磨性也滿足使用要求，見圖10。

［1］林麗珊.線殼蓋塑料模具設計［J］.機械研究與應用，2010(1):79－81.

［2］楊迎新.基于Pro/ENGINEER的一模多穴的模具設計［J］.現代機械，2010(1).

［3］蔣昌華.塑料成型工藝與模具設計［M］.北京:北京理工大學出版社，2010.

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