塑料齿轮的设计和制造介绍

塑料齿轮的设计和制造介绍

一塑胶齿轮优缺点和应用

相对金属齿轮，塑料齿轮具有质量轻、工作噪音小、耐磨损、无须润滑、可以成型较复杂的形状、大批量生产成本低等优点。但由于塑料本身具有收缩、吸水，相对金属强度也比较弱，对工作环境要求高，对温度较敏感等特性。因而，塑料齿轮同时就有精度低、寿命短、使用环境要求高等缺点。随着新材料的应用及制造技术的发展，塑料齿轮的精度越来越高，寿命也越来越长，并广泛应用于仪器、仪表、玩具、汽车、打印机等行业。

二塑料齿轮的模具制造方法

由于塑料制品成型收缩，因此阴模尺寸要较制品尺寸大。见附图：

因而标准的齿轮制品意味着不标准的阴模尺寸。这就对阴模的制造提出了严格的要求。以下是常用的两种阴模制造方法

1.先制作一母齿轮，然后通过铸造、电火花加工、电铸等方法制作母齿轮。如：涡轮、涡杆、锥齿轮。

2.不需母齿轮，直接线切割制作阴模。常用于正齿轮，斜齿轮。

2.1母齿轮的制作方法

前面所提，母模要比制品大，因此标准制品齿轮就必须由特殊母齿轮制作特殊的阴模。特殊的母齿轮就需特殊的切齿刀来加工。

通常方法：

（1）特殊模数的切齿刀具

（2）加上成型收缩率的余量用特殊压力角的切齿道具

（3）加上成型收缩率的余量用标准切齿刀具

（4）不需添加余量用标准切齿刀具

以下是各种方法的详细介绍

（1）特殊模数的切齿刀具

制作一个特殊模数的切齿刀具，其压力角为标准压力角。在制作这个切齿刀具时必须考虑到成型收缩率以及后面要讲到的阴模制作法所规定的修正值，然后用这个特殊刀具来加工母齿轮。

假设要制作下面的成型齿轮时

Z=30 m=1 d=m*Z=30mm 假设成型收缩率与根据阴模制作法所得到的修正值之和为2％。则要求母齿轮的各参数为 Z=30 m=1.02 d=m*z=30.6mm 根据这个方法制作出来的齿轮能得到比较正确的齿形。但时间长，成本较高。

(2)加上成型收缩率的余量用特殊压力角的切齿道具

加上成型收缩率的余量用标准的切齿刀具来制作母齿轮时会造成齿形的偏移，用节点上的压力角的变化来表示的话如下公式所示。

Cosa1=d1cosa2/d2

a1: 加工齿轮模型用的切齿刀具的压力角

d1: 已经考虑了收缩率的分度圆直径（母齿轮的分度圆直径）

d1=d2/(1-s/100) s:为收缩率

a2:标准齿轮的压力角（一般为20度或者为14.5度）

d2:标准齿轮的分度圆直径（制品的分度圆直径）

所以

cosa1=cosa2/(1-s/100)

现有一个压力角为20度的制品齿轮，成型收缩率和所要的切齿刀具的压力角之间的关系如下：

（3）加上、成型收缩率的余量用标准切齿刀具

加上一个相当于成型收缩率的余量用与成型齿轮相同的模数、压力角的标准切齿刀具制作母齿轮，这时制作出的母齿轮其压力角常常比标准的大。但是由于使用的是标准工具，与（1）、（2）相比在交货期及成本方面比较有利。如不存在压力角的偏移问题时，这个方法比较简单常常被采用。除周节误差、压力角误差外，其它方面与（1）、（2）等方法没有多大的差别。

（4）不需添加余量用标准切齿刀具

由于模型齿轮的分度圆直径中不含有成型收缩率，所以，成型齿轮的分度圆的直径等于风度圆直径减去成型收缩率。如果所用材料成型收缩率很小的话，以及分度圆本身很小，侧此方法非常使用。

2.2齿轮模具阴模制作方法

（1）铍铜合金铸造法

在运用铍铜合金只制作法时，从铸造性、硬度、强度等方面考虑一般采用含铍量为2.5～2.75％的铍铜合金。

由于铸造时的收缩率为0.2～0.3％所以制作母模时需考虑进去。

为了便于脱模，模具上必须有1～2％的脱模斜度。

（2）电火花加工

以母齿轮做电极用电火花加工法来制作阴模时，母齿轮制作除了要考虑制品收缩性，还要把放电间隙考虑进去。一般要进行粗放电加工和细

放电加工，而粗公和精公需做在同一轴棒上。在放电加工时，电极垂直度须充分校正。电极材料可以为：Tcu CuW BsBm 。母齿轮的精度直接影响加工出来的型腔精度。在决定电火花加工间隙时必须考虑制品收缩率在内。一般来说，底部型的加工间隙为0.05～0.12mm,穿孔型的加工间隙为0.03～0.06mm。另侧壁锥度大约为0.2／100。

（3）线切割加工

以铜丝或钨丝来加工阴模，加工时须把材料的成型收缩率考虑进去。一般采用慢走丝切割，加工间隙一般为0.02～0.05mm。可加工斜齿轮和正齿轮

（4）电铸法加工

将母模放入电解液中，使金属成积到母模上至所需要厚度。母模的精度将决定电铸模的精度，电铸加工一般时间比较长。沉积离子一般为镍离子。具体选择哪种方法，取决于制品精度，模具成本和加工时间。按精度等级分：铸造<电火花<线切割<电铸2.3水口的选择和型腔数量的确定

水口的位置和数量直接影响到制品的精度和同心度。一般来说采用多针点式水口，3－6个平均分布在同一圆周上。齿轮外俓越大相对取量越多。直径小于8mm的也会选单一水口。收口的大小与制品的厚度有关，尽可能采用大些的点水口。另，中心针的固定和分度圆的同心度也是相当重要的。型腔数量取决于制品的精度要求。最多不能超过4穴，每增加一穴，精度减少5％。另外，模具材料的选择和水路及排气的设计亦会影响制品精度。

齿轮参数单一齿距误差相临齿距误差累积齿距误差法向齿距误差齿形误差

M=0.5,Z=40,B=3mm，a=20˚j

表1－2 PA66直齿圆柱齿轮注塑成型精度

齿轮参数阴模制作

方法单一齿距

误差

相临齿

距误差

累积齿距

误差

法向齿距

误差

齿形误差