摘要：随着近几年我国经济的快速发展，塑料产品在各行各业中的应用越来越普遍，进而带动着大量的塑料制件需求量的提升，虽然渐渐呈现出更新换代时间缩短的趋势，但是，对于塑料的品种、产量和质量等提出了更高的要求。借此，本文以塑料齿轮这种产品为研究对象，就塑料齿轮的制作材料、模具结构，以及成型工艺等进行详细的探究和分析，进而提出当前塑料齿轮的成型缺陷和防范措施，为我国塑料产品的进一步发展提供理论方面的指导。
关键词：塑料齿轮；模具结构；齿轮缺陷；防范措施
引言
塑料齿轮虽然因为其质轻、价廉、噪音小、抗化学腐蚀、生产工序少、后期使用不需要加工，以及满足金属材料的刚度和强度等方面的优势，不仅可以替代有色金属和合金，而且还降低了运营成本，但是，在研究中发现，塑料齿轮具有弹性模量低、热传导性差、机械强度低、热膨胀系数大等方面的缺陷，进而导致塑料齿轮在高载荷，高速度运行的场合下无法满足使用要求。
一、齿轮的材料
在当前齿轮制作的过程中，应用较多的塑料材料包含尼龙（PA）、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛（POM）、聚砜（PTFE）等，综合考虑到齿轮材料自身的使用性能、工艺性能和经济性，通常会选用聚甲醛这种性能的材料，这也是因为聚甲醛材料不仅具备较高的机械强度、刚度、润滑性能、抗拉性能、抗压性能和耐疲劳强度，而且其吸水少、产品尺寸稳定性强，非常适用于各种齿轮、传动零件，或者是减摩零件等的制作。
二、注射工艺
2.1温度
在注射的过程中，其温度必须要保持在可以熔解塑料的温度和模具的温度，由于塑料温度和模具温度都对整个塑料产品的形成有着直接的影响，所以，不仅要求塑料温度和模具温度都要具备最高的充填速度，而且还要保证其塑件特性的稳定性。另外，模具温度越高，则整个填模的过程就越快，效率越高，并且模具温度还能够有效的控制塑料的充填速度、成品冷却得时间及结晶度等。由此可见，模具温度对齿轮成型周期及成品质量发挥着决定性的作用，因此，在本次研究中，对于聚甲醛材料而言，只需要将成型齿轮的模具温度控制在90℃～120℃之间是为最佳的温度区间。
2.2注射压力与模具温度的关系
注射压力与塑料温度、模具温度之间存在着相互制约的关系。通过注塑绘图法，找出能够生产出优良塑料齿轮的成品途径。如图1射胶压力与塑料模具面积关系示意图，温度边界主要是引起低温短射和高温原料降解过程中形成的量值，而压力边界主要是引起低温过渡收缩、质量过轻，或者是高压产生飞边过程中形成的量值。根据曲线示意图可以看出，已经成型的区域各个点，表示的就是该点能够生产出优质的产品，一旦超过模塑范围，则有可能会造成成品出现飞边、尺寸过大、尺寸过小，或者是充填不满的情况，因此，其容许范围参数较大在所难免。
图1 射胶压力与塑料模具面积关系示意图
三、模具结构及制造
就目前发展的情况来看，为了进一步防止齿轮出现变形和收缩的情况，通常保证齿轮厚度在3～4mm的范围内右。如图2成型齿轮组合件示意图所示，成型齿轮注塑模主要是采用均匀分布的3点浇口，这种设计不仅有利于保障射胶的均匀性，而且有利于帮助塑料成型。在成型齿轮注塑模中，齿轮主要采用的是多顶杆顶出，型芯采用镶件结构的制造方法，一方面，既可以保证齿轮的精确度，另一方面，又可以有效的去除点区域的浇口废料。另外，在设计齿轮模具型腔的过程中，需要对齿轮各部分参数的收缩情况进行准确的把控，一旦在计算过程中出现收缩率和实际收缩率差异较为显著之处，都需要型腔进行重新制造，这也是因为型腔加工的精度高低，直接对塑料齿轮的精确度产生直接的影响。在研究中的模具主要是采用精度较高的精密线切割进行齿轮的型腔加工作业，其中，在对单个零件进行精度加工的过程中，需要格外注意零件的尺寸和形位公差，并且还要对其进行检测，当然，对于成型齿轮的组合件来说，必须要求其同轴度能够达到0.003mm的精度。
图2 成型齿轮组合件示意图
四、成型齿轮的主要缺陷及措施
根据实践可以看出，成型齿轮最为常见的几种缺陷，主要是因为模具的设计、制造精度和磨损程度等方面因素影响。因为在计划时间之前，所使用的机器、设计方案及操作流程都具有一定的理想性，其产品质量和工作效率都能够达到预定目标，但是，在实际运行中，生产过程会涉及到施工工艺、操作人员、运行机器等，会直接决定着产品的质量和效率，这也是提高制件产量、质量的必要途径。因此，在了解成型齿轮施工工艺的同时，还需要从中找出缺陷的症结所在，从而真正解决问题。此外，目前我国成型齿轮最为常见的问题就是齿轮传动噪音大，磨损严重等。
4.1制件自身
4.1.1制件自身的缺陷
虽然制件自身存在缺陷是多方面因素造成，但是，制件的缺陷成因也有一定的分类，即进料调节不当、入料量不足、模具设计不合理、模具浇注系统有缺陷等。第一，进料调节不当。由于装料室内，大量的塑料被压实，或者是温度低，熔化程度不够，形成的“料塞”情况，一部分塑料从装料室内挤压出来，从而挤压出来的部分塑料会直接堵住装料室的出料口，所以，保证料仓塑料数量的科学性和合理性是必要的应对手段；第二，入料量不足。入料量不足主要是因为温度、射压作用和周期短不够造成的，因为塑料温度低，或者塑模的温度较低，沿成型部分表面流过的塑料极容易冷却凝固，从而无法充满整个模腔，注射压力和生产周期不够的情况下，不仅料温无法满足，其充模成型时间也无法满足，所以，必须要保障塑料的温度和塑模的温度都能够满足生产需要；第三，模具设计的不合理性。模具设计的不合理性主要是因为模具结构的复杂性和模腔内的排气措施不得当造成，因为模具结构的复杂性及操作的不得当，一旦浇口数量不足或
者是形式不当，都会造成制件损坏，所以，在必要的情况下，可以将型腔的固定区域的某个局部制成镶件的形式，可以使空腔内的空气从镶件缝隙中溢出。
4.1.2制件改进措施
就制件尺寸稳定性差这方面的问题，首先，从成型条件方面进行改进，不仅要提高塑料的注射压力、保压压力、锁模力，而且还要进一步延长冷却时间，将模具温度调整到适当的范围内；其次，从模具结构方面进行改进，改进浇口和浇口的位置，还要进一步增强模具的硬度；最后，从制品设计方面进行改进，需要对制品的精度进行适当的降低。
4.2飞边
4.2.1飞边缺陷
制件出现飞边主要是因为注射机的锁模力不足、注射工艺条件差、模具的变形、模具分型而精度不高等因素造成。第一，注射机的锁模力不足，在注射成型的过程中，由于机械上存在的缺陷和模具本身不佳的平行度，飞边产生在所难免；第二，注射工艺条件差，主要是因为塑料充模过程剧烈的运动和不确定的塑料量；第三，模具的变形，模具长时间使用导致致制件出现飞边；第四，模具分型且精度低，主要是因为模具分型面上存在异物，或者是模板不稳定等。
4.2.2飞边控制措施。就制品变形及收缩过大的问题，首先，从成型条件方面进行改进，不仅要降低塑料的注射温度，增大模具冷却时间，而且还要不断升高注射压力和注射量；其次，从模具结构方面进行改进，在增大注射孔直径的同时，进一步扩展模具流道和浇口；最后，从制品设计方面进行改进，主要就是增加制品的厚度。
五、总结
综上所述，在进行塑料齿轮的成型及缺陷探讨的过程中，就塑料齿轮成型过程中较为常见的之间缺陷及飞边缺陷，分别制作材料、注射工艺等方面进行了分析和探究，并且有针对性的给出了相应解决措施，希望能够为进一步提高塑料齿轮的质量贡献一份力量。
参考文献：
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[3]王鑫，李鑫，杜林芳.大塑料齿轮传动能力和成型品质的研究[J].河南工程学院学报（自然科学版），2011-12-20.
论文作者:李勇华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第6期
论文发表时间:2019/4/19
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