本文以渐开线小模数塑料齿轮为研究对象，阐述塑料齿轮模具设计的几个关键技术。
1塑料齿轮设计制造流程塑料齿轮种类繁多，包括直齿轮、斜齿轮、齿条、双斜齿、局部齿、蜗轮、蜗杆等。所有类型的塑料齿轮设计制造流程是相似的，见。
塑料齿轮设计制造流程2齿轮模具设计齿轮模具结构主要分为型腔、浇注、冷却、排气和脱模机构5个部分。对塑料齿轮模具而言，型腔、浇口是整个模具设计的难点和关键。
2.1型腔设计齿轮模具的型腔设计主要是指齿圈设计。齿圈是成形塑料齿轮齿形的关键零件，是整个齿轮模的核心，也是齿轮模设计难度最大的一环。齿圈设计对于渐开线小模数塑料齿轮模具而言，模具型腔实际上是一个假想的齿轮。这个假想齿轮2是一个非标准变位内齿轮，在收缩后就变成了我们想要的塑料齿轮。在齿轮端面上，x与方向的收缩量不等，即为非线性收缩。
主要包括两个主要步骤：一是齿形设计，二是型腔放缩调整。
2.1.1齿形设计齿形是齿轮重要的工作部分。由于塑料齿轮模具型腔的制造工艺不同，所以塑料齿轮齿形的设计方法也有所不同。
直齿及小螺旋角斜齿轮的齿圈多采用单向走丝电火花线切割加工。对于采用这种方法加工的齿圈，关键是绘制精确的齿形作为线切割加工的轨迹大螺旋角斜齿轮的齿圈多采用电火花成形加工，而电极加工多采用专用滚刀在精密滚齿机上滚切加工（齿形精度是靠滚刀与滚齿机来保证）。
蜗杆与蜗轮的齿圈与斜齿轮加工方式相同，多采用电火花成形加工齿圈。对于ZA齿形的蜗杆电极，可采用专用车刀在车床上车成；而ZI齿形蜗杆电极则多采用蜗杆磨床或螺纹磨磨削加工。对于蜗轮电极要求采用专用蜗轮滚刀，在滚齿机上滚切加工来完成。
2.1.2型腔放缩调整齿轮的放缩技术一直都视为塑料模具制造行业的核心技术，甚至成为模具行业公认的一个技术难题11.究其原因，主要有两点：一是塑料收缩率难以精确化。在塑料齿轮模塑法加工过程中，塑料由颗粒状固态原料经高温转变为熔融的塑胶，再经冷却后成形固态塑料齿轮产品。这一过程中塑料收缩率属于某一区间内，难以精确地确定塑料收缩率的数值；二是渐开线齿形模具型腔的非线性收缩控制。
针对这一技术难题，我们推荐在试验获得塑料收缩率数值的基础上采用“变模数法”解决。变模数法认为：齿轮在各加工过程中，基圆直径、分度圆直径、齿顶圆直径和齿根圆直径都一样，都是按照一定比例增大或减小的，与简单的套筒类零件的径向齿轮变化规律一致。对齿轮分度圆而言，由公式d =mz可知，它只与模数m和齿数z有关。对于一个具体的齿轮，由于它的齿数是一定的，因此在加工过程中，分度圆直径的变化可认为是模数m在变化。这一规律说明：塑料齿轮模具型腔所包容的空间是一个齿数与压力角不变、模数为m的假想齿轮，它的沟槽为型腔的齿形。对这个假想齿轮的模数可采用等比例方法进行计算，其公式为：m==（1+n%）m理论模数；n%为塑料的收缩率。
代入相应的齿轮计算公式，得到的齿轮便是模具型腔的假想齿形。变模数法尤其对斜齿轮和蜗杆的加工特别重要。在加工斜齿轮和蜗杆电极时，只需采用变模数法确定的新模数来确定滚刀的模数即可。
通过上式可看出：放缩后的齿形是一个非标齿轮的齿形。这在美国标准ANSI/AGMA1106-A97塑料齿轮齿形尺寸“中表述得更加明确：采取模塑方法制造齿轮，所受到的实际限制与采用齿轮切削方法来制造有所不同。每个模具都有其固有的”非标准“属性。模腔（阴模）由于收缩允许误差是变动的，其几何尺寸不可能遵循一个标准。再者，有几种制造阴模的方法与切削刀具无关，即便二者有关联，一般也需采用专用刀具，也就无需遵循适用机加工成形齿轮的惯用规范。
2.2浇口设计在模塑法成形塑料齿轮时，浇口位置对齿轮的精度有着显著的影响，特别是径向跳动精度；而浇口的分布形式则对塑料齿轮的整体力学性能有重要影响。在塑料齿轮模具浇口设计时，若齿轮产品允许，推荐采用点进胶方式设计浇口，且3点最好处于同一圆弧线上并均匀分布。
试验证明，采用3点平衡进胶时，塑料熔体从浇口呈辐射状向四周流动，在流动前沿汇合处会形成3条熔接线。在熔接线位置，纤维的取向倾向流动前沿平行。在齿轮中，这会导致纤维在熔接线处呈径向分布，而齿轮其余部位随机分布，这会沿熔接线形成低收缩区域。熔接线与齿轮其余部位之间纤维取向的差异比单一浇口齿轮要小，从而齿轮精度也更高。
2.3齿轮材料选择由齿轮工作特性可知，只有摩擦系数小、磨耗低、模量高、刚性大及弯曲疲劳强度好和热效应小的聚合物，才能胜任充当塑料齿轮材料的选择对象。
选为注塑成形齿轮的塑料，常用的有：能最优的是PA6和PA66，具有强度高、耐磨性好和自润滑等特点。当齿轮要求较高的抗冲击强度时，可通过加玻纤的方法来解决。
聚甲醛（POM）：均聚和共聚甲醛树脂用于模塑齿轮，具有吸水性低、摩擦系数小、良好的尺寸稳定性与抗疲劳性能。
聚氨酯（PU）：被认为是有发展前途的齿轮材料，具有高弹性、强韧性和耐磨性等特点。因而多用于模塑噪声要求很小的输出齿轮，现在被广泛用于玩具机芯来减小噪音131. 3结束语随着塑料齿轮应用范围越来越广及市场需求越来越大，对于塑料齿轮的精度要求也越来越高。如今迫切需要的是塑料齿轮模具从设计理论到制造工艺水平的突破，快速提高我国塑料齿轮模具的发展水平。中国齿轮专业协会副秘书长石照耀教授曾强调过齿轮模具，尤其是塑料齿轮模具的研究目前还存在一定困难，其中最突出的问题是：模具从业者不懂齿轮，齿轮从业者又不懂模具，两者之间缺乏有效的沟通，专业背景知识的鸿沟是齿轮模具行业发展的桎梏。由此可看出，要设计出高水平的塑料齿轮模具，设计人员既要熟悉塑料制品及其模具的设计方法，又要了解齿轮传动的设计要求，并将二者有机结合起来。
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