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作者:模具论坛
控制齿条产品图见图1,产品最大外形尺寸为134.70 mm x29.70 mm x6. 4 mm,塑件平均胶位厚度2.20mm,塑件材料为POM,缩水率为1.014,塑件质量为6.29克。塑件技术要求为不得存在披峰、注塑不满、流纹、气孔、翘曲变形、银纹、冷料、喷射纹等各种缺陷。
图1 控制齿条产品图
塑件为日本某品牌打印机纸张行走机构中的控制齿条零件。塑件造型为扁平条状,一侧设计有齿条,另一侧设计有4条圆弧状弹片。打印机内部塑件尺寸要求较高,控制齿条的几何公差主要为需要控制塑件弯曲变形,在全长范围内,其上下两个方向弯曲变形均不得超过0.3。另外一个几何公差要求为齿条的齿形精度,齿形精度主要影响行走机构运动的平稳性。
近半个世纪以来,塑料齿轮的精度设计与检测一直是在参照金属齿轮的基本理念与思路。金属齿轮的精度要求、加工工艺和检测手段和方法也已成熟,机械设计手册也有广泛介绍。金属齿轮软齿面和硬齿面齿轮的加工工艺和设备,取决于齿轮精度,不同精度等级齿轮采取不同的设备和工艺来加工,齿轮精度也早已制定了国际标准(ISO)。然而,大批量塑料齿轮的生产只可能通过注射成型工艺来完成。由于塑料注射成型的各向异性收缩特性、注塑工艺参数的稳定性、模具结构设计的合理性和型腔精度等的影响,模塑齿轮的精度普遍偏低。
塑料齿轮的精度设计至今还没有一个统一的规范可循,精度等级定得过高,生产成本将大大增加,太低又无法保证产品的质量要求;目前国内塑料齿轮的精度要求基本上仍处于凭设计者的经验确定的阶段。
美国彩色打印机走纸传输用塑料齿轮精度采用AGMA Q9级精度的模塑齿轮。该齿轮的主要参数及精度要求如下:
齿轮主要参数:DP=48(m=0.5292)、z=58、dZ=1.25〃(31.75mm)。
齿轮材料:聚甲醛(POM)。
齿轮精度要求:Fp=0.0015〃(0.038mm)相当于GB/T 10095 8级精度(Fp≤0.041mm)的要求;fpt=±0.0071〃(±0.018mm)相当于GB/T 10095 9级精度(fpt= (±0.02mm)的要求。
日本塑料齿轮的精度设计
日本JGMA 116-02标准的塑料齿轮,对于大批量模塑齿轮精度(Fi〃、f i〃),齿轮普通级为JGMA5~6级,精密级为3~4级,高精度级为1~2级。对于高精度级的模塑齿轮,对其注塑机性能、注射模精度、生产环境都有非常严格的要求。
聚甲醛(POM)作为一种齿轮最常用、最重要的热塑性工程塑料,已有40多年的历史。由于聚甲醛吸湿性特小,可保证齿轮长时间的尺寸稳定性和在较宽广温度范围内的抗疲劳、耐腐蚀等优良特性和自润滑性能,一直是塑料齿轮中的首选工程塑料。
尼龙(PA66)具有良好的坚韧性和耐用度等优点,是另一种齿轮常用工程塑料。但尼龙具有较强的吸湿性,会引起塑件性能和尺寸发生变化。因此,尼龙不适合精密传动用齿轮。因此,精密打印机齿轮齿条多采用POM材料。
从图1可以看出,塑件为扁平长条形状。模具型腔排位为1出8,模具设计图见图2. 由于模仁尺寸较大,将前后模仁各分为4件,每件2穴。模胚为CT4055 A70 B100 C100,四块模仁用挤紧块挤紧定位。
浇注系统设计,需要考虑到塑件的结构,长条型塑件需要从一个端头进胶,才能保证塑件不变形。因此,浇口设计为侧浇口,见图2.
模具设计的关键在于齿条部位的设计和加工。齿条部位无法直接用铣刀加工到尺寸,如果精加工用EDM放电加工,则型腔的精度部分无法保证。因此,必须设计镶件,齿形镶件见图3,采用慢走丝线切割可以保证加工精度。
模具前后模仁均设计了环绕型直通运水,保证注塑周期。
塑件的顶出全部采用顶针顶出。
图2 控制齿条模具图
图3 齿条镶件
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