基于低壓注塑的齒輪泵運行機理與優(yōu)化

□ 包建東 □ 朱建曉 □ 周 偉

常熟康尼格科技有限公司 江蘇常熟 215500

基于低壓注塑的齒輪泵運行機理與優(yōu)化

□ 包建東 □ 朱建曉 □ 周 偉

常熟康尼格科技有限公司 江蘇常熟 215500

在低壓注塑設(shè)備中，齒輪泵是其重要組成部分，它是依靠泵缸與嚙合齒輪間所形成的工作容積變化來輸送液體。齒輪泵的兩個齒輪通過連續(xù)嚙合與脫開對注塑機液體膠料流量進(jìn)行控制，理論上在液壓力一定的情況下，每次脫開嚙合后，擠入管路中的膠量趨于一致，但由于加工工藝的缺陷及實際注塑壓力的不穩(wěn)定，會使注塑機注膠量不穩(wěn)定。對常規(guī)的加工工藝進(jìn)行了優(yōu)化，通過測試實驗并對優(yōu)化前后的注膠量進(jìn)行對比，實驗數(shù)據(jù)證明，優(yōu)化后的齒輪泵轉(zhuǎn)換效率及注膠量穩(wěn)定性明顯強于優(yōu)化前的齒輪泵。此工藝可以應(yīng)用于齒輪泵的批量生產(chǎn)。

注塑 齒輪泵 加工工藝 優(yōu)化 注膠量

1 問題的提出

在低壓注塑設(shè)備中，齒輪泵的基本形式是兩個完全相同的齒輪在一個緊密配合的殼體內(nèi)相互嚙合旋轉(zhuǎn)，一個完整的齒輪泵外形結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由泵體（泵體由A、B、C三部分組成）、兩根齒輪軸（長軸及短軸）、密封圈及蓋板、兩個齒輪及泵銘牌組成。其中兩個齒輪裝在齒輪泵內(nèi)，齒輪嚙合如圖2所示。來自于注塑機的液體膠料在吸入口進(jìn)入兩個齒輪中間，并充滿該空間，隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)，液體膠料沿殼體運動，最后在兩齒嚙合時排出，由于齒的不斷嚙合，這一現(xiàn)象就會連續(xù)發(fā)生，因而在泵的出口就會形成一個連續(xù)排出量，泵每轉(zhuǎn)一圈，排出的量是一樣的［1-2］。通過電機帶動驅(qū)動軸不間斷地旋轉(zhuǎn)，泵也就不間斷地排出膠料，泵的流量大小與泵的轉(zhuǎn)速有關(guān)。

實際上，在齒輪泵內(nèi)部有少量的膠量損失，這使齒輪泵的運行效率不能達(dá)到100%，主要原因有：①兩齒輪嚙合的間隙及齒輪與殼體之間的密封間隙，這是主要影響齒輪泵效率的因素；②齒輪泵的進(jìn)膠端與出膠端內(nèi)部液壓力不一致；③吸入壓力低導(dǎo)致氣體析出或氣穴；④膠料溫度高則黏度低，泄漏大；溫度過低黏度高，吸入真空度大，析出氣體多；⑤轉(zhuǎn)速低，理論吸入量少，轉(zhuǎn)速高則吸入困難［3］。因此，從密封間隙入手，對傳統(tǒng)齒輪泵的加工工藝進(jìn)行優(yōu)化，以改善齒輪泵的轉(zhuǎn)換效率，提高出膠穩(wěn)定性。

2 加工工藝及優(yōu)化

優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品來源于優(yōu)秀的設(shè)計，更是依賴于優(yōu)良制造的可靠保證，而優(yōu)良制造取決于完整的加工工藝，只有選擇了正確的加工工藝，才能制造出高精度產(chǎn)品，從而降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，為企業(yè)創(chuàng)造良好的效益。注塑機齒輪泵零件的制造因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各部位所用原料不一，造成加工難度較大，工藝質(zhì)量不易控制［4-5］。對于齒輪泵來說，其加工工藝主要包括齒輪、軸、泵體、泵蓋的加工。

2.1 齒輪加工工藝優(yōu)化

（1）基準(zhǔn)選擇方面。第一提高鑄件夾具的制造精度，第二以內(nèi)孔和端面定位代替外圓和端面定位。

▲圖1 齒輪泵外形結(jié)構(gòu)圖

▲圖2 兩齒輪嚙合圖

（2）毛坯加工方面。采取嚴(yán)格控制齒頂圓的尺寸精度及齒輪內(nèi)孔的精度，減少毛坯與夾具的配合間隙。

（3）熱處理方面。采用兩種熱處理工序，即毛坯熱處理和齒形熱處理。

（4）材料方面。采用20CrMo合金結(jié)構(gòu)鋼，具有無回火脆性、形成冷裂的傾向小、可切削性及冷應(yīng)變塑性好［6～7］等優(yōu)點。

2.2 軸加工工藝優(yōu)化

（1）精度方面。采取提高尺寸精度及位置精度，軸的尺寸精度為IT5，定位精度高達(dá)0.003 mm。

（2）毛坯鍛造方面。采用模鍛代替自由鍛，提高力學(xué)性能。

（3）材料方面。齒輪長短軸都采用GCr15軸承鋼代替45號鋼，具有較高的耐疲勞性能及較好的耐磨性能，軸精度高［8］。

2.3 泵體加工工藝優(yōu)化

泵體加工工藝重點是保證裝配基準(zhǔn)孔面與進(jìn)出料口的正確位置，在加工工序方面，由于A、B、C三部分泵體同軸度的要求，可先對同軸孔進(jìn)行深孔加工，再切割，最后對每片不同位置的孔進(jìn)行加工；材料采用38CrMoALA合金結(jié)構(gòu)鋼，具有良好的耐熱性及抗腐蝕性［9～10］。

2.4 泵蓋加工工藝優(yōu)化

泵蓋一端止口連電機，另一端連接泵體，加工的關(guān)鍵在于保證兩端連接同心，先用夾具夾住泵體連接端，把另一端車好，在車床上安裝校準(zhǔn)車胎，將電機安裝端配合孔裝入車胎內(nèi)找正壓緊，車好泵體連接端［11］。

3 測試實驗數(shù)據(jù)

分別將通過原始加工工藝的齒輪泵及優(yōu)化后的齒輪泵裝在同一臺低壓注塑機上，在同樣的條件下對其進(jìn)行注膠測試，用電子秤量出注膠質(zhì)量。測試條件：膠料型號為6208；膠缸、膠槍及膠管溫度為200℃；模下轉(zhuǎn)速（合模時馬達(dá)的轉(zhuǎn)速）為50 r/min；注塑時間為1.5 s；注膠轉(zhuǎn)速為40 r/min；氣壓為0.1～0.6 MPa。對每種氣壓下測試20個數(shù)據(jù)，測得質(zhì)量數(shù)據(jù)曲線如圖3所示。

從圖3的測試數(shù)據(jù)可以看出，在同樣的氣壓下，齒輪泵加工工藝優(yōu)化后的出膠量比之前要多，且隨著氣壓增大，出膠量增加明顯。

▲圖4 優(yōu)化前后差值及標(biāo)準(zhǔn)差

4 實驗分析

對測試實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，設(shè)n為每種情況下出膠量測量次數(shù)20，mi（i=1，2，…，n）為出膠量，求其最大值與最小值之差Δ及標(biāo)準(zhǔn)差σ：

式中：mmax為20組出膠量最大值；mmin為最小值；μ為20組出膠量的平均值。

得出的差值及標(biāo)準(zhǔn)偏差如圖4所示，由圖可以看出，齒輪泵加工工藝優(yōu)化后，測得的20組數(shù)據(jù)的最大、最小值之差和標(biāo)準(zhǔn)差都比優(yōu)化前要小，說明優(yōu)化后的齒輪泵出膠量更加穩(wěn)定。

5 結(jié)論

本文通過對低壓注塑設(shè)備中所用齒輪泵常規(guī)加工工藝進(jìn)行優(yōu)化，通過測試實驗并對優(yōu)化前后的注膠量進(jìn)行對比，得出在同樣的氣壓下，齒輪泵加工工藝優(yōu)化后的出膠量比之前要多，且隨著氣壓增大，出膠量增加明顯，說明齒輪泵加工精度更高，密封性好；對優(yōu)化前后測得的20組出膠量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，優(yōu)化后的最大、最小值之差和標(biāo)準(zhǔn)差都比優(yōu)化前要小，出膠量更穩(wěn)定。由此可以證明，齒輪泵加工工藝優(yōu)化技術(shù)對齒輪泵性能改善的效果較佳，可以應(yīng)用到實際生產(chǎn)中。

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1000-4998（2015）02-0054-03

2014年9月