42crmo内齿圈加工工艺，pom齿轮注塑工艺

碳达峰、碳中和、节能减排等目标相继提出，而减轻车辆重量对于实现汽车领域“双碳”目标至关重要。与金属齿轮相比，塑料齿轮重量更轻，噪音更低，更耐磨，自润滑性能更好，可以加工成复杂的形状，并且可以以较低的成本进行批量生产。减轻汽车重量的一种有效方法是用树脂部件代替金属部件。塑料齿轮因其在成本、设计、加工、性能等方面的显着优势，在汽车行业中得到越来越广泛的应用。为了保证塑料齿轮齿形参数的精度，满足齿轮传动过程中的运转稳定性和传动噪声等要求，塑料齿轮的加工精度显得尤为重要。对于注塑制品来说，冷却过程起着非常重要的作用，是影响塑料齿轮成型精度的主要因素之一。在合模、填充、保压（气辅、水辅）、冷却、开模、脱模的整个注塑过程中，冷却时间可占整个成型周期的80%以上，冷却时间可占整个成型周期的80%以上。时间、翘曲变形、型腔残余应力、表面粗糙度、制品机械性能最终影响注塑制品的质量。因此，设计精密注塑制品的冷却工艺，可以缩短生产周期，减少模具调整和试模次数，提高注塑精度，从而提高产品质量。基于上述研究，作者以某汽车零部件塑料双头螺旋内齿轮为例，采用交互式计算机辅助设计与计算机辅助制造（CAD/CAM）三维设计软件UG（UnigraphicsNX） ）。利用）对双头螺旋内齿轮设计及冷却的工艺布局方案进行3D建模，创建了三种冷却工艺方案，确保双头螺旋内齿轮的高效冷却。设计不同的空间结构：常规冷却、轴向冷却、螺旋冷却根据流动前沿温度、环路冷却液温度、翘曲量作为工艺目标参数使用模流进行三种模流分析综合通过综合比较，效率最高可以获得冷却过程的解决方案，为模具冷却过程的结构设计提供有用的参考信息。

1、精密塑料齿轮冷却工艺设计要设计高效可行的冷却工艺方案，不仅要使注塑制品均匀冷却，而且在设计过程中要满足冷却工艺设计的两个原则。此外，注塑产品可以快速冷却。为了实现上述目标并提高冷却效率，首先需要明确双头螺旋内齿轮的外部结构和基本产品尺寸，建立三维模型，并确定注塑材料和啮合。有。双端螺旋内齿轮模型，最终建立最优的注射和灌装系统。 1.1 产品结构特点及注塑工艺分析（1）产品结构分析双头螺旋内齿轮为圆柱形薄壁塑料制品，内有空腔，顶部外径为26 mm，内径为11 mm 。高度39mm，外表面光滑无毛刺，内表面有斜齿，斜齿间距变化范围在0.05mm以内。双端螺旋内齿轮上壁厚0.86毫米，上内槽深度1.3毫米，下壁厚0.8毫米，有4槽2孔。具体的三维模型如图所示。图1。

图1 双端螺旋内齿轮3D模型

(2)注塑材料的选择和啮合对于双头螺旋内齿轮，外齿面必须光滑、有光泽，内斜齿面必须高精度，注塑加工时存在凹凸不平等问题填充。没有。毛刺和拉孔。保证双头螺旋内齿轮良好的机械性能，具有优异的强度、耐磨性、韧性、抗疲劳性、抗蠕变性，适应汽车行驶中的复杂工况，同时，具有优良的性能。电气性能热塑性结晶聚合物—— 聚甲醛(POM) 因其绝缘性能、耐溶剂性和加工性能而被选为注塑材料。材料工艺模拟参数范围为熔体温度205-225，模具温度80-100，材料最大许用剪切应力0.45MPa，最大许用剪切速率40000s-1。在对双端螺旋内齿轮进行注塑流动分析之前，必须首先对整个模型进行预分析。主要处理模型中的尖角、小倒角等网格薄弱环节，避免因网格质量问题而导致模拟失败。分析失败。然后，处理后的模型以.igs 格式保存，并使用3D 网格模型导入到Moldflow 软件中，以不断改进网格结果。剖分后，两端螺旋内齿轮啮合部分的最大长径比为26.82，最小长径比为1.05，平均长径比为3.07。网格划分模型如图2所示，网格匹配率大于88%，满足模流分析的网格质量要求。

图2 双头螺旋内齿轮啮合模型

在电动窗帘行星减速箱和各种减速电机传动齿轮的内齿圈和行星塑料齿轮应用中，苏州威本工程塑料Wintone Z33耐磨静音齿轮专用工程塑料可以帮助解决以下问题。1.POM、PA66齿轮噪音较大，耐磨、抗疲劳能力不够。 2、PA12、TPEE齿轮太软，扭矩低，缺乏耐磨性，当温度超过60时，扭矩迅速下降。 3、POM、PA66齿轮耐腐蚀性能不足，存在崩齿问题。 POM 齿轮和功能部件容易磨损和灰尘。 4. 尼龙46齿轮不能提供足够的降噪效果，并且其尺寸受湿气影响很大。作为一种坚固、耐磨的工程塑料，Z33材料在齿轮应用中最重要的特性是耐磨、安静、耐腐蚀、韧性和对潮湿不敏感。 Z33材料的典型成功例子包括微减速齿轮箱、电动推杆、汽车转向系统EPS齿轮、按摩器齿轮、汽油机凸轮、电动自行车中置电机齿轮、电动剃须刀等传动齿轮。

1.2浇注系统设计优化浇注系统设计可以降低塑料的填充率和注射成型所需的时间，并防止紊流和其他杂质进入型腔。由于双头螺旋内齿轮尺寸较小，根据注射系统基本设计准则设计的注射系统如图3所示，以精确控制胶剂入口。冷胶直径垂直通道A在长度方向上从4mm逐渐扩大到7mm，主通道B采用宽度为7.5mm的U型流道，以方便供给粘合剂，并有分支。通道C的直径从7mm逐渐减小到3mm。纵向；每个型腔设有3个直径为1.5mm的冷浇口D，用于供给粘合剂。

a——一模两腔；b——浇口位置图3 浇注系统设计

1.3 充型分析图4所示为双端螺旋内齿轮的充型分析。从图4中可以看出，该注射系统的填充时间短，不存在短射堵塞现象，注塑件填充均匀。灌装过程中的V/P（速度/压力）切换，当灌装量达到总体积的98.5%时，腔内压力切换为保压压力，转换压力为80.52 MPa，满足要求用于注塑成型。马苏。对注射嘴压力分析表明，最大注射压力为80.53MPa，保压压力为90MPa，填充时间为1.378s，满足注射成型条件。

图4 双端螺旋内齿轮的充型分析

2 冷却工艺设计2.1 注塑工艺参数交互作用如图5所示。根据产品工艺要求和POM材料的理化性能，结合实际注塑生产情况，确定影响因素，然后利用Design-Expert12软件确定BBD（Box-BenhnkenDesign），我们设计了一个响应面使用），拟合的二次回归模型进行方差分析，并使用回归函数确定熔体温度(180-240C)、模具温度(40-110C)、保温时间（2-18 秒），并分析保留时间。通过3D响应图研究压力（50-100MPa）翘曲变形的相互影响，并针对注塑工艺参数的组合进行优化，实现多参数优化。

a - 树脂温度和模具温度对翘曲量的交互作用b - 保压时间和保压压力对翘曲量的交互作用

c——保压时间和熔化温度对翘曲量的交互作用；d——保压压力和模具温度对翘曲量的交互作用；

对上述响应面进行分析并结合实际注塑工艺条件，采用的最佳注塑工艺工艺参数列于表1。

表1 注塑工艺参数

2.2 冷却工艺水路布置方案为了达到预期的冷却工艺效果，保证产品良品率，缩短冷却时间，提高生产效率，提出如图6所示的三种不同的冷却工艺水路布置方案，拟采用。方案1为常规冷却方式，方案2为轴向冷却方式的布置方案，方案3为螺旋冷却方式的布置方案，两种方案均采用圆形截面通道，以保证冷却效果。

a - 选项1（传统冷却），b - 选项2（轴向冷却），

c—方案3（螺旋冷却） 图6 不同冷却工艺的通道布置方案

为了保证整个模腔的温度平衡，提高注塑制品的精度，需要对冷却过程的水路布局进行设计。影响冷却工艺通道布局的因素有冷却通道的直径、相邻冷却通道之间的距离以及冷却通道与模具之间的距离。根据三个经验公式和产品尺寸，冷却通道直径选择6-8mm，冷却通道间距选择12-18mm，冷却通道间距选择12-18mm 。模具选择9-12mm，均匀放置在注塑件周围。我们计划采用正交实验方法来选择最佳的冷却通道布置参数，表2显示了实验中选择的每个参数的数据。

表2 正交实验数据

以常规冷却方式模型为例，正交试验结果如表3所示。表3中的k1、k2、k3代表各因素栏级别对应的翘曲变形量的水平度，表3中的极差分析可以让您了解各因素对冷却效果的影响。表3中，通过数值计算对k1、k2、k3进行对比分析，确定各因素对冷却过程的影响顺序为：冷却通道与模具之间的距离>冷却直径。通道>相邻冷却通道之间的距离，最佳冷却通道布局参数为冷却通道直径6mm，相邻冷却通道之间的距离12mm，冷却通道与模具之间的距离9mm。

表3 正交性检验及结果

3、冷却工艺对注塑成型的影响研究采用不同的冷却工艺方案对双头注塑过程中流锋温度、回路冷却介质温度、翘曲变形等工艺目标参数有显着影响。由于是螺旋内齿轮，影响注塑精度。

苏州荣通工程塑料的荣通ZG6高扭矩耐磨齿轮专用料适用于各类减速箱，如汽车电动座椅执行器、平行轴减速箱第二级塑料齿轮、自动卷发器、电动塑料用齿轮。热风Com行星减速齿轮箱内齿圈、汽车电动尾门推杆电机行星减速齿轮箱一级塑料行星齿轮、手持式锂离子高压水枪水泵内齿圈、汽车尾门电动开启执行器并联采用ZG6材质中高扭矩减速齿轮箱的齿轮，如轴减速电机齿，可以解决传统齿轮材料可能面临的以下问题： 1、玻纤增强PA66材料的耐磨性和疲劳性不够，尺寸和扭矩不够。 2、POM材料扭矩不足，耐热性和抗蠕变性较差，容易出现齿崩刃；玻纤增强POM则存在耐磨性不足等问题。 3、玻纤增强尼龙12、尼龙612存在耐磨性、耐疲劳性、扭矩不足等问题4、玻纤增强PA46耐磨性不足，扭矩、尺寸差异较大齿轮用ZG6材料特性应用包括耐磨、耐疲劳、高扭矩且不受潮湿影响、耐热蠕变、降低噪音、低吸湿性、耐腐蚀和高尺寸稳定性。

3.1注射成型对流锋温度的影响流锋温度是塑料熔体流动区中心的温度，温差越小，温度分布越均匀，成型精度越高。图7 显示了三种冷却工艺方案的流动前沿温度。从图7可以看出，方案2的温差为23.7，变化最小，注塑效果最好。方案3为26.1，变化最大，注塑效果最好，结果最差。

a - 计划1；b - 计划2；

c—方案3 图7 注塑件流动前沿温度示意图

3.2 注塑对回路制冷剂温度的影响回路制冷剂温度必须使制冷剂进出口温差不超过3，制冷剂温差越小，成型精度越高。三种冷却工艺方案的回路制冷剂温度示意图如图8所示。从图8可以看出，方案2回路制冷剂温差最小，制冷效果最好。方式3循环冷却介质温差最大，冷却效果最差。 3.3 注塑对翘曲变形的影响翘曲变形量代表了注塑制品与模具型腔的错位程度，是衡量成型精度的重要指标之一。对三种冷却工艺方案的模流分析得出三种冷却工艺的整体翘曲变形如图9所示。方案1的变形为方案2的0.2748毫米，方案3的变形为0.2777毫米。其中，方案2的整体翘曲变形最小，成形精度最高。

a - 计划1；b - 计划2；

c—方案3 图8 注塑回路中的冷却水温度

a - 计划1；b - 计划2；

c—选项3 图9 注塑产品的最大翘曲量

综上，我们利用Moldflow对三种不同的冷却工艺方案进行了模流分析，发现第二种方案浮动最少，流动前沿温差最小，温差为23.7，我理解。采用循环冷却介质，总翘曲变形量为0.2748 mm，模拟效果最好。因此，选择二次冷却工艺可以保证注塑成型的精度，提高产品质量。

4.模具设计及生产验证4.1确定注塑模具的冷却工艺方案后，充分考虑产品注塑过程中的注射、填充、保压、冷却等，并进行相应的双头螺旋内齿轮注塑设计成型。模具和最终模具组件的示意图如图10 所示。

图10 模具装配图

1-定位环；2-小芯固定板；3-小芯固定块；4-固定模底板；5-小芯；6-脱模板；7-型腔镶件1；8-型腔镶件2；8-型腔镶件3；9-型腔镶件4；10-带齿镶件；11-锁紧块；12-固定模板；13-滑块；14-滑块；15-斜导柱；16-斜销；17-动模板；18-动模板垫板；19-动模底板；20-固定环；21-密封圈；22-喷淋管；23-滚针轴承；24-带齿镶件杆；25-螺旋齿套；26 -型芯；27-定距螺钉；28-耐磨块；29-滑块镶件；30-定距螺钉；31-型腔镶件2；32-弹簧；33-定距螺钉；34-导柱；35-导轨衬套；36-压力支撑块；37-固定模板导套；38-开模控制机构组件；39-脱模板导向组；40-小弹簧；41-拉制料柱；42-拉制料柱固定块；42 - 拉材柱43——精密定位部件4.2 样品制作及检测模具制作完成后，对双头螺旋内齿轮进行检测。图11 显示了一个示例。您可以看到制造出来的双头螺旋内齿轮。由于冷却过程，其外观光滑完美，无毛刺，壁厚均匀，螺旋齿规则。

图11 样机照片

获得原型样品后，使用克林贝格齿轮检测仪对产品进行相应的注塑精度测试。根据产品检验报告，齿形误差在0.05mm以内，满足工业生产中的9级精度，满足产品注塑的质量要求。

苏州Wintone ST550是一种静音齿轮专用工程塑料，与传统POM和PA66塑料齿轮相比，噪音平均降低6至12分贝。 ST550材料显着降低分贝噪音和撞击噪音。 Wintone ST550材料有助于解决传统齿轮传动中“软”降噪材料可能遇到的以下问题： 1、使用一定时间后，齿轮磨损或“抱死”时齿打滑----耐磨、耐疲劳性不够2、减速机装配时注入润滑脂，时间一长，齿轮膨胀润滑脂不足3、如果使用环境稍高，例如70摄氏度左右，变速箱失效的速度会更快。耐温性不够。在齿轮应用中，Wintone ST550材料具有优异的吸振性能、安静性、耐磨抗疲劳、耐腐蚀、超韧性、对潮湿不敏感等特点。

5、结论（1）在一定的冷却工艺参数下，冷却布局（冷却通道布局形状、参数等）对精密注塑工艺影响很大。冷却技术的采用，有效缩短了产品冷却时间，使注塑制品冷却均匀，提高了产品合格率。 (2)冷却通道对制品变形控制影响很大，可将冷却通道布置在注塑工艺的热量集中点，以获得高效的冷却工艺方案。 (3)模具设计前，对模型进行模流分析，确定最佳冷却工艺方案，将实际生产结果与分析结果进行比较，不断重复调整和优化。这可以显着节省和改进设计时间。设计精度和效率将为相应的注塑模具冷却工艺设计提供参考。

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