立式注塑机成型制品收缩率（六）

发布日期：2015/10/19 10:21:48

        2.2中心浇口注塑成型齿轮的收缩分析
        通过对实际立式注塑机注塑成型制品的收缩情况进行分析,能够进一步明确注塑成型制品的收缩规律。注塑成型齿轮是典型的精密注塑成型制品,微机光盘驱动器及打印机、复印机、照相机等精密机械的传动机构中的小齿轮都大量应用工程塑料来制造,在这些具有尺寸配合要求的场合,塑料制品的形状尺寸精度必须非常高,为此选用注塑成型齿轮作为分析的实例。
        2.2.1理论推导
        决定渐开线齿形形状的主要因素是模数、齿数、压力角。以m、a、介表示立式注塑机塑料齿形的模数、压力角、基圆半径表示型腔齿形的模数、压力角、基圆半径,:表示齿数,,代表塑料的平均收缩率。文献建议把塑件齿形曲线进行正变位而得到型腔齿形曲线;文献认为应对型腔齿形进行模数修正和压力角修正,对模数的修正为m=m(1+2),对压力角修正的意见则不一致。基圆半径保持不变。要判断这些设计方法是否正确以及型腔齿形曲线与塑件齿形曲线究竟是怎样的关系,首先要确定塑件收缩时是沿什么方向进行收缩。
        文献认为塑料齿轮是沿着曲率半径(即表面法线)的方向收缩。按照这种收缩规律,当塑件表面不是光滑曲面(即塑件表面的切平面不连续)时,在塑件表面的法线方向发生突变的地方,无法使型腔表面上的点与塑件表而上的点--一对应。
        对于渐开线,如果塑件沿曲率方向收缩,以渐开线ABC表示塑件齿形曲线,渐开线A’B‘C’表示型腔齿形曲线,由于直线AA‘既是点A的法线,也是点A’的法线,所以两条渐开线在同一基圆上。设基圆的圆心为O,基圆半径为r。,直线AA’与基圆相切于点P,直线BB’与基圆相切于点Q,根据收缩方向是曲率方向,说明收缩量与基本尺寸PA‘、QB’无关,这与实际情况不符。
        2.2.2实验验证
        为了检验上述的推导结果,对所分析的对象进行了立式注塑机注塑实验。立式注塑机模具齿形为标准渐开线,直齿轮。型腔采用数控线切割加工,误差0.olmm。模具结构为单腔,中心进料,6个顶杆均布,顶出位置在辐板上。注塑材料为聚甲醛。从相同的注射压力和注射温度条件下得到的塑件中任选3个,塑件齿形曲线用投影仪逐点测量,放大倍数50倍,精度1pm。
        型腔齿形曲线用万能工具显微镜逐点测量,放大倍数50倍,精度0.2协m。山所测数据分别绘出塑件齿形曲线和型腔齿形曲线。
        实验数据处理的顺序是:
        1.由测得的齿顶圆、齿根圆上的各点坐标,规划求解齿顶圆的圆心与半径、齿根圆的圆心与半径。
        2.由ra=r+h。‘m=r+m,r/=r一(ha’+c’)m=,一1.35m,得1.35ra+几2.35。利用此式,根据上面拟合得到的齿顶圆半径ra、齿根圆半径‘,求出分度圆半径:值。
        3.对于每段渐开线,根据其上的各点坐标,规划立式注塑机求解基圆圆心(x。,yo)、基圆半径介、渐开线起始位置与x轴的夹角艺c以$O
        4.由一个齿形的左、右两段渐开线起始位置的夹角与基圆半径,求出基圆弧齿厚sre。
        5.根据a一arccos(re/:),由:、r,求出分度圆压力角a值。
        6.由基圆圆心(x。,yo)、基圆半径r。、渐开线起始位置与X轴的夹角匕Ca长分度圆压力角a,求出某段渐开线在分度圆处的坐标值。根据一个齿形的左、右两段渐开线在分度圆处的坐标值,求出分度圆弦齿厚。
        实验结果表明:
        1.渐开线的径向收缩率,从齿根圆、基圆、分度圆到齿顶圆逐渐减小。分析其原因,认为因齿顶位于低温型腔的包围之中,并且冷却回路位于型腔齿圈的外围,所以比齿根处的熔体凝固得快,较大的冷却速度冻结了较多的非平衡态的分子间自由体积,导致较大的固态比容,结果是齿顶的径向收缩率小于齿根。要想减少二者的差异,需要调节模具温度的分布,例如对型腔齿形的外圈进行油加热,或将冷却管道置于型腔齿圈的内部。
        2.由于cosa与c0s口的比值十分接近1,可以认为塑件渐开线的压力角a与型腔渐开线的压力角a’相等。
        3.根据所得到的型腔渐开线与塑件渐开线的位置关系与实验测得的二者位置关系相符合。而根据立式注塑机沿曲率方向收缩的原则所绘出的型腔渐开线与塑件渐开线的位置关系明显与实验结果不符。
        4.在计算基圆弧齿厚与分度圆弦齿厚的收缩率时,因实验齿轮的模数很小,使齿厚尺寸小,所以即使是几微米的测量误差也会导致数据处理结果发散。
        但可以肯定,立式注塑机齿厚方向的收缩是存在的,其收缩率值的量级可以与径向收缩率相比,这一点常常被其基本尺寸过小而使收缩量微乎其微所掩盖。通过理论分析与实验研究,认为中心浇口的注塑成型齿轮是以浇口为收缩中心,型腔齿形与塑件齿形之间的关系近似。所以说“近似”,是因为从齿顶至齿根的收缩率分布不相同,其差异程度随型腔表面温度分布均匀性的改善而缩小。
        如果型腔表面的温度能够各处相同,就可以将“近似”二字去掉,此时型腔曲线可以由塑件曲线按同一收缩率放大来得到,不过这只能是理想中的情祝,实际上很难做到。工程上应用的塑料齿轮基本上都在齿轮中心处有内孔,因此不可能采用中心浇口,再加上不希望在塑料制品上留下明显的浇口痕迹,所以一般采取多个点浇口均匀分布的进料方法,这样塑料齿轮上的各点就不是向齿轮中心收缩了,而是沿着各自的流动路径进行收缩。
        由于立式注塑机成型结构失去了中心对称性,即使型腔表面温度达到均匀分布,塑料齿轮的收缩率分布也不可能均匀,一则在某浇口的控制区域内各个齿与浇口的距离不同,二则塑料齿轮某些部位的收缩可能会受到型腔的阻碍。当立式注塑机塑料齿轮各处的收缩有差异时,如果模具齿形是渐开线,塑件齿形就不可能是严格的渐开线。
        要想得到渐开线的立式注塑机塑料齿形,则模具齿形不应加工成渐开线形状,最好的方法是通过数值模拟得到齿形曲线上各点收缩率的差异程度,据此算出模具齿形曲线各点的坐标,让数控线切割机床按给定的坐标点加工模具齿形。

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