塑料齿轮的加工工艺

塑料齿轮是一种既有几何尺寸精度要求，又有机械强度要求的精密塑件。特别是动力传动型塑料齿轮，十分重视对其力学性能的保证。因此，模塑齿轮不能按一般塑件对待，对其注塑机及周边设备、注射模设计制造及其注塑工艺，都与一般塑件有不同的要求

滚

切

加

工

应

用

场

合

在小批单件或精度要求较高塑料齿轮的生产中，常采用滚切加工工艺

通过滚切加工的齿轮齿根的材料组织结构已经改变，在齿根较小的圆角处的弯曲强度会有所降低。因此，这类塑料齿轮一般多用于仪器仪表中的精密运动传动

为了节省试验成本，采用滚切加工的塑料齿轮，用作动力传动轮系的原型进行型式试验也是不合适的。因为这类齿轮轮齿的失效，并不能全面反映同类模塑齿轮的真实工作特性

注

意

事

项

1．采用滚切加工的塑料齿轮的精度，比模数齿轮一般要提高1~2级

2．采用齿宽较大的聚甲醛模塑坯件进行滚切加工的齿轮(或蜗轮)，其模数不可太大，因为在坯件体内存在许多细小真空缩孔。这类孔洞很可能就出现在轮齿根部或附近，因此，降低了轮齿的强度。如果有充分理由必须采取这种工艺，最好采用模塑留有滚切裕量的齿坯加工

3．在滚切加工塑料齿轮时，公法线长度尺寸是较难控制的。由于尼龙或聚甲醛的质地柔韧，在切削加工中，由于刀刃摩擦会产生大量切削热，使齿部出现热膨胀。这种齿轮在加工中，其公法线长度误差的分散性较大，特别是搁置一段时间以后，公法线长度还要膨胀许多

4．对玻纤增强齿轮加工时，其材质对滚刀刀刃的磨损更为严重，在大批量生产中应采用硬质合金滚刀滚切加工塑料齿轮

加

工

实

例

某厂在滚切加工一种m＝1mm、z＝30的尼龙PA66渐开线齿轮生产中，采用乳化液湿切加工来降低切削热，并将公法线长度控制在超下限0.01~0.03mm。而后将齿轮置入60~80℃热水中，浸泡1~2h后晾干。搁置一段时间以后，塑料齿轮公法线长度基本上未出现膨胀现象

模

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成

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工

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响

塑胶在模塑成型过程中，在齿轮齿根圆角处，会形成应力集中区，这类应力会导致轮齿齿根圆角的弯曲强度降低；齿轮齿根圆角半径越小，轮齿的弯曲强度越低。现将这种情况的出现和所造成的影响，通过下图中的塑胶熔体流程路线分别描述如下

当塑胶熔体注入模腔齿槽时，熔体流程方向主要取决于流动过程中所产生的剪切应力。当绕过小凸圆角的流程或流速骤变这一类突变齿轮齿根圆角形状对模塑齿轮轮齿成形的影响过程，会在型腔齿槽表面附近造成不规则的流动现象(与湍流现象类似但不等同)如图a左所示。此处的熔体就地迅速凝固，后果是形成模塑齿轮齿根小圆角处，因内应力过分集中而降低了轮齿弯曲强度。此后，由于时间、温度、潮湿或在化学环境下使用等影响，使得这种应力逐渐释放出来，从而造成齿轮几何尺寸和精度发生变化

对于纤维增强塑料这种类型的注塑流动需要引起注意。如果模塑齿轮的齿根为全圆弧，塑料熔体注入模腔齿槽时，塑胶熔体流程的型式呈平滑连续流动过程，型腔齿根大凸圆角表面附近材料中的纤维会顺应流程方向呈流线式排列。但是，如果熔体流过的型腔齿根是较尖的小凸圆角，则纤维将会呈小凸圆角径向排列，如图b左所示。这样的纤维排列状况不但不能对轮齿齿根小圆角起到增强作用，反而降低了齿轮的弯曲强度，甚至给轮齿埋伏下断裂失效隐患。再者，纤维排列定向不良，还会造成塑件收缩不均和几何尺寸不良等后果

注

意

事

项

1．有利于塑胶熔体在型腔内冷却均匀的设计，对模塑尺寸稳定和低应力的塑件是十分重要的。型腔齿根小凸圆角处，对塑胶熔体的流动如同“尖角”，在其型腔表面会形成一片沿导热路径很狭窄的区域，如图c左所示。所造成的后果是在邻近的塑胶熔体凝固时，成为过热区域。如果型腔齿根小凸圆角如同“尖角”，也会出现类似的导热不良问题，从而引起此区域内的温度升高，使得上述情况进一步加剧。塑件体内冷却速率不匀所产生的收缩力，会使齿轮轮齿齿根附近形成空隙或局部应力高度集中。此外，这类不受控制、不稳定应力，会使齿轮轮齿齿廓产生不可预测的几何变形

2．齿根圆角如果是全圆弧半径，便可降低轮齿圆角处塑胶的温差和由此产生的收缩应力，减轻齿廓变形及对轮齿弯曲强度所造成的损失