塑料齿轮与注射模具：性能优化技术

注射成型的塑料齿轮多用于精密机械传动，为模数小于1.5mm的小齿轮。由于塑料齿轮噪声低、惯性小、耐腐蚀、成本低，能在无润滑条件下运行，在许多场合（例如电子音像产品和办公用电子装备）非塑料齿轮莫属。塑料齿轮的生产是项综合性技术，涉及塑料材料、塑料齿轮的设计与测量、注射模具的设计和制造等方面。

1.塑料齿轮的失效和材料

塑料齿轮设计包括塑料轮齿的失效和配对齿轮材料选用、齿轮强度及模数的设计或校核计算。有关齿轮强度及模数的计算过程，在笔者著的《塑料制品设计指南》中有详细介绍。

（1）塑料齿轮的失效 塑料齿轮齿根弯曲疲劳折断、齿面接触疲劳点蚀、齿廓磨损和齿面表层的热软化，是塑料齿轮传动的失效形式。应根据齿轮弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度，科学设计计算啮合齿轮的模数，并圆整到标准系列。在0.5～2范围内，国家标准第一系列模数（mm）有：0.5、0.6、0.8、1、1.25、1.5和2；第二系列模数（mm）有0.7和1.75。计算式根据弹性力学、疲劳强度和接触强度的力学原理推导，与金属齿轮设计相同，但必须考虑塑料齿轮材料对温度和线速度的敏感性，置以必要的修正系数。另一方面，塑料齿轮啮合的摩擦和磨损试验，也为齿轮材料和齿轮传动的寿命提供依据，应根据齿轮摩擦和磨损的预测，选用配对两齿轮的材料。

与圆柱齿轮分度相切的工作圆周力为

式中 F_t——分度圆的工作圆周力（N）；

d₁——小齿轮的分度圆直径（mm）；

T₁——小齿轮转矩（N·mm）。

根据塑料齿轮的材料特性，在正常的工作中损坏的情况主要是以下四种。

1）齿根弯曲疲劳破坏。塑料轮齿受到作用于齿顶的法向作用力的周期性弯曲载荷，在齿根的危险截面上，弯曲应力超过弯曲疲劳的最大应力而折断破坏。

塑料的疲劳试验说明，在周期载荷下，比恒定载荷更容易在没有可察觉的塑性变形下引起脆性断裂。许多塑料的疲劳曲线形状与金属相类似，由于塑料存在“热软化”现象，疲劳试验必须在低频条件下进行，试验时间很长。表7-16给出一些塑料齿轮的弯曲疲劳极限应力σ_Fo。σ_Fo，是在低速平稳的啮合传动、齿轮模数m=1、轮齿受周期性负载的循环次数N=10⁶的条件下获得的。在设计或校核塑料齿轮模数m和轮齿宽度b时，齿根的弯曲应力应该小于疲劳极限应力σ_Fo。

表7-16 一些塑料齿轮的弯曲疲劳极限应力σ_Fo（单位：MPa）

结晶型聚合物的抗疲劳载荷能力比无定形聚合物的要好。聚甲醛有75%的结晶度，显示了优异的抗疲劳性能。塑料的抗疲劳性能与温度关系密切，温度升高时抗疲劳性能下降。聚酰胺等塑料随吸水率的增加而抗疲劳性能下降。用玻璃纤维增强的塑料，其抗疲劳性能会得到改善。塑料齿轮在传动过程中，受到作用于齿顶的法向作用力的周期性弯曲负载。在齿根的危险载面上，弯曲应力超过弯曲疲劳极限时，轮齿会出现折断破坏。

2）齿面的接触疲劳点蚀破坏。塑料齿面之间的磨损与金属齿面相比，其剪切粘合、磨蚀和腐蚀的磨耗并不严重，但塑料齿面的疲劳尤其特出。在周期性的赫兹接触应力下，在节线附近出现疲劳点蚀，这种表面剥落的小坑将破坏正常的啮合。塑料的弹性模量随温度上升而下降明显，使接触应力增加，加剧疲劳点蚀产生。

用钢制小齿轮与塑料齿轮啮合，由于塑料的黏弹性和柔软性，其摩擦性能趋近于塑料齿轮之间的表面性能。与金属齿轮相配的塑料齿轮的点蚀并不能得到改善，但金属齿轮有助于改善塑料齿轮的散热条件。用润滑方法改进相啮合塑料齿轮的摩擦性能，其效果不如金属齿轮那样显著。一般塑料齿轮（例如聚酰胺）采用轻度的初始润滑，效果好而采用广泛。

3）轮齿的“热软化”破坏。塑料齿轮在高速运转时，轮齿在周期性弯曲载荷下，其塑料变形恢复的滞后而生成的热量超过了通过热传导、热辐射和热对流所散出的热量。塑料齿轮的温度升高，使之变形、断裂甚至熔融。齿面会出现局部小片透明点，齿形表层被推挤。热量渐次积累，直到齿轮熔融“软化”，断裂失效。这种现象被称为滞后热效应，简称“热软化”。

塑料导热不良，所产生的摩擦热若与散热失去平衡，温度上升会使齿面间的摩擦系数增大，引起齿面擦伤，软化加剧。随着应力增加，变形滞后产生的热量也增加。在一定的应力下，随着温度的升高和负载频率的增加，产生热量也增加。如果轮齿的散热不良，齿轮温度将明显上升。又由于温度升高，每个变形循环产生热量随之增加，热量渐次积累，直到齿轮“软化”失效。

随着高速复印机、计算机外围设备中广泛使用塑料齿轮，这种现象已经常能观察到。例如：聚酰胺PA66齿轮在某场合一千万次循环载荷下，基本上没有磨损和疲劳失效。但在另一高速和散热不良场合，在25%的最大允许应力下，只经过近万次循环载荷，齿轮就失效了。齿形被推挤，出现局部小片透明点。而在这个载荷下，该聚酰胺齿轮是具有无限的疲劳寿命的。“热软化”失效的热量来源于塑料轮齿内部材料在变形时的内摩擦。在加载和卸载时应力与应变的闭环曲线上，加载时应力高于卸载时应力，这一封闭面积转变为热能。

因此，必须对高速转动的塑料齿轮进行热平衡计算。但鉴于各品种塑料齿轮的每次循环所产生滞后热量的数据很难得到，目前只能就已失效齿轮进行改善散热条件的计算。

表层热软化发生在塑料齿轮传动线速度过大和散热条件差的工作状态下，例如均聚甲醛的线速度v>4m/s，聚酰胺66的线速度v>20m/s。防止热软化，要用热稳定性好、刚性大的增强塑料。与金属齿轮啮合有助于改善塑料齿轮的散热条件；也有用金属嵌件导热的。轮辐上设置散热孔或片条，可增加散热面积。也应该控制和调节塑料齿轮传动装置的环境温度。

4）齿廓磨损。齿轮在长期啮合工作过程中，磨损使齿厚明显变瘦，渐开线齿廓失真，因此降低了传动质量，瞬时转速不稳定，会产生噪声。齿厚变薄会使齿侧间隙增大，转动换向时会有冲击，在仪表指针传动过程中会造成回差。

在一对齿轮啮合传动中，沿渐开线齿面的摩擦力将使齿轮表层产生剪切变形，因粘着作用而产生磨耗。塑料导热不良，温度上升会使齿面间的摩擦增大，引起齿面擦伤，磨损加剧。与塑料/塑料配对齿轮相比，钢/塑料齿轮的负载对磨损的影响较小些。

对于模数m大于1mm的传递功率的塑料齿轮，磨损往往是主要失效形式。磨损速率大于齿面疲劳点蚀的速率，于是表面点蚀不断被磨去。在这种情况下，塑料齿轮寿命取决于磨损速率。

负载的增加对塑料齿轮磨损量的影响最明显。在相同的负载和运转次数条件下，运转转速增大则磨损增加。即使啮合传动比为1，主动轮的磨损量也会稍大些。

（2）塑料齿轮材料 最早，曾经用ABS和聚碳酸酯PC塑料齿轮，其成型收缩率较小。但这种齿轮的磨损严重，只能用于手动的机械记数装置。也曾经滚齿切削加工制造充填的热固性塑料齿轮。现今普遍用聚酰胺PA和聚甲醛POM注射生产齿轮。它们的摩擦系数小，弹性模量较高且疲劳强度又较好。但这些结晶型塑料，注射成型收缩率在2%左右，为无定形的ABS和PC塑料的4倍。塑料轮齿的渐开线齿廓和齿轮啮合精度较难达到。

由齿轮工作特性可知，只有摩擦系数小且磨耗低、弹性模量高刚性大、弯曲疲劳强度高、滞后热效应小的聚合物，才能用做塑料齿轮材料。

1）常用的注射成型齿轮材料如下。

①聚酸胺。PA6和PA66使用较多。PA11和PA12在潮湿的工作条件下有低的吸水性，但较为昂贵。PA1010的性能及吸水性介于它们之间。

②聚甲醛。均聚甲醛和共聚甲醛都用于齿轮制造。它们有低的摩擦系数和吸水性，良好的抗疲劳性能和尺寸稳定性。

③聚酯。常用的是玻璃纤维充填PBT。它有较好尺寸稳定性和耐热性能。

④聚氨酯。被认为是有发展前途的齿轮成型材料。它有高弹性、强韧性和较好的耐磨性，因而多用于制造要求噪声很小的齿轮。

结晶型聚合物在摩擦磨损和抗疲劳性能方面优于无定形聚合物。然而，无定形聚合物有低的成型收缩率和高的注射精度。适合制造齿轮的无定形聚合物有聚碳酸酯、改性聚苯醚和聚砜。聚苯硫醚和超高分子量聚乙烯作为新材料，开始被应用于齿轮制造。

纯聚合物齿轮在强度等方面是缺乏竞争力的。经玻璃纤维和碳纤维增强的聚合物，会使塑料的拉伸强度和弯曲弹性模量增大，工作温度提高，热膨胀系数降低，摩擦磨损能得到改善。经增强和添加内润滑剂的聚合物齿轮，其性能可以与铸铁、铝和铜合金制造的齿轮比美。

2）添加内润滑剂，可使小模数塑料齿轮的摩擦磨损性能得到显著改善。仪器上的塑料齿轮，在聚甲醛或聚酰胺齿轮内添加有13%～20%聚四氟乙烯。常用的内润滑剂有以下几种。

①PTFE。具有极低的摩擦系数。添加聚四氟乙烯的塑料齿轮在运转时，在齿面上形成高性能的润滑膜。

②硅油。它与聚合物只是部分相容，不相容部分能迁移至表面，形成边界润滑膜。添加剂量根据相容性要控制适当。硅油与PTFE可以一起使用，在摩擦表面形成耐热润滑脂，效果更佳。

③石墨。它是价廉的添加剂，但改善表面润滑效果较小。

④MoS₂。它仅对聚酰胺有效果。在聚酰胺熔体冷却结晶时，它起成核剂的作用，从而提高了聚酰胺的结晶度。

避免不恰当的配对材料选择，是塑料齿轮设计中必须考虑的问题。没有内润滑剂的纯聚合物与钢配对啮合时，有较高的磨耗。尤其是PC或Noryl（改性PPO）与钢啮合摩擦时，呈现高的磨损。在聚合物与钢、聚合物与聚合物配对的材料中加入适量内润滑剂，在轻载运行下其磨损系数显著降低。通常同一塑料材料配对，会呈现高的磨损，其中以无定形聚合物PC和改性PPO为最甚。选择不同聚合物进行恰当配对，可获得低的磨耗，甚至无需加入内润滑剂。例如：POM齿轮与PA66齿轮配对时，磨损较低。

2.塑料齿轮的精度和注射成型

塑料齿轮主要用热塑性塑料在模具中注射成型。用液态浇铸的塑料毛坯，甚至用无齿形型腔的模具成型毛坯，然后机械切削加工齿形，特别是塑料齿条和斜齿轮，在小批量生产中是可取的。但是聚合物在刚硬的模具型腔中冷却形成的表层，比切削加工的齿廓表面具有低的摩擦系数和优良的使用性能。

塑料齿轮尚有某些弱点，如热膨胀和吸湿后尺寸不稳定，强度和刚度差，弹性变形大等。可作为低速和小功率的传动零件，但在一般精密机械的工作条件下，往往需要较高的齿轮传动精度。提高塑料齿轮的精度是替代金属齿轮的关键。影响塑料齿轮精度的因素是多方面的。

保证一对塑料齿轮传动精度，要确保单个渐开线塑料齿轮的精度，还要保证一对啮合齿轮的传动精度。

提高塑料齿轮精度需要正确的轮齿齿廓和齿轮结构设计、合理的模具设计、较高的模具精度和严格控制注射工艺。保证啮合齿轮的传动精度，要进行啮合时的几何参数计算、齿轮传动的侧隙和中心距计算等，还要保证机架精度及限制齿轮的工作温度等。

（1）塑料齿轮的传动精度 塑料齿轮精度测量很重要。不能在整机装配时，才对齿轮的啮合情况作简单的可用或不可用的判断，而应该在零件制造阶段，就要使齿轮达到所要求的精度等级和侧隙的要求。

塑料齿轮的一般测量包括：公法线长度变动ΔF_w，保证侧隙；齿圈径向圆跳动ΔF_i，保证传递运动的准确性；用投影仪测量齿形误差Δf_i，保证载荷分布的均匀性。从经济观点来看，这样单项精度测量的效率很低，不能满足批量生产的质量控制要求。因此，根据小模数（1.5mm以下）渐开线圆柱齿轮精度制（GB/T 2363—1990）和国外有关塑料齿轮精度的资料，建议采用表7-17所示的检验项目。

表7-17 塑料齿轮精度的检验项目

在这四项中，ΔF″_i、Δf″_i、ΔEa″三项可以在齿轮双面啮合综合检查仪上方便地测出。双面啮合仪除不能反映齿廓的切向误差外，齿廓双面的转角误差都能反映，也能间接反映齿轮毛坯的轴向圆跳动，反映齿廓与中心孔的偏心误差。

此外，必须考虑到塑料特性。由于塑料具有较高的弹性变形，测量时必须有一定的测量力。在双面啮合仪上，应根据齿轮的宽度和模数合理地施加测量力。图7-61所示为塑料齿轮的测量力齿宽和模数。

图7-61 塑料齿轮的测量力、齿宽和模数

齿轮传动时圆周方向的侧隙是正常啮合的保证。为此，塑料齿轮传动的齿侧间隙和两轮间的中心距，要经严密的计算。齿轮传动机构在室温和干燥条件下装配。塑料齿轮在热膨胀和吸水后，齿的厚度增大。塑料的热膨胀系数是钢材的4～8倍。齿厚方向膨胀后，会使侧隙减小，以至卡滞。齿轮啮合副的侧隙减小，经几何关系折算到两轮的中心距上。两轮之间经折算的中心距大于标准中心距，可补偿传动时的侧隙减少。用双面啮合中心距测量仪，对塑料齿轮进行测量，得到被测塑料齿轮的中心距的变动量，可换算得到单个齿轮可提供的周向侧隙。考虑到塑料齿轮的刚性比金属齿差，必须在较小的测量力作用下才能准确测量。大批量生产的注塑齿轮，常用投影仪检查齿廓。在模具加工时也需对模具型腔和电极齿轮进行精确测量，可参照金属齿轮的精度和公差的标准检测。

（2）塑料齿轮的注射成型 注射成型是最后决定塑料齿轮精度的重要步骤。注射成型时重要的工艺参数是：注射压力、注射时间、塑料温度、模具温度和冷却时间；此外，注射机的重复精度、塑料收缩率的变动范围也很重要。在注射过程中，用双面啮合综合检查仪，不断对塑料齿轮进行检测，随时调整和控制注射条件。

综合国内外资料，对照GB/T 2363—1990中的精度制，一次成型的塑料齿轮可以达到9～10级精度；而要达到7～8级的较高精度是困难的，但还是可能的。

模具结构对保证齿轮精度是非常重要的。多联齿轮型腔应在分型面的一侧，型芯的固定与型腔都应该在动模上。一模一件对提高模塑齿轮精度有利。

塑料齿轮的注射成型应该用精密模具，并按精密模塑成型工艺生产。塑料齿轮从模具到注射成型应该由专门厂生产，能生产塑料的斜齿轮、蜗杆、锥齿轮、齿条、多联齿轮等，可以缩短模具制造周期。精湛技术可以较多地采用一模多腔（一模四腔甚至八腔）的模具，提高模塑生产率。因此，专门化生产是精密塑料齿轮生产的方向。高精度塑料齿轮将进一步取代金属齿轮，更广泛地应用于各个领域。

模具的齿轮型腔收缩率和渐开线齿廓收缩的估算，其实际情况是复杂的。但假如影响收缩的各种因素都得到有效的控制，塑料齿轮各尺寸形状收缩较均匀，则齿轮型腔的模数m_C应大于注射齿轮的标准模数m。

塑料齿轮模具的精度要求主要在齿廓处。如果模具的成型型腔是标准的渐开线齿廓，由于塑料冷却固化后收缩，如图7-62所示，齿顶变窄，齿根变厚，将影响到塑料齿轮传动时转速的平稳性，进而影响到齿轮的使用寿命。

众所周知，齿轮的模数是齿轮尺寸计算的最基本参数，所以由型腔注射经冷却后的塑料齿轮的分度圆应具有标准模数和标准压力角，即齿轮型腔应是放大了的非标准模数的齿轮。在实际计算时，实际收缩率S应根据经验有差异地对应算出各个参数，并需考虑到收缩的方向性和各齿轮参数的特殊性。由于齿的冷却快，而整个齿轮冷却慢，计算公法线长度收缩率应是齿顶圆直径计算收缩率的0.8倍。

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图7-62 标准齿轮和注射齿轮的比较

通常是用电火花加工模具型腔，为此，制造模具型腔的电极齿轮的渐开线压力角，必须按塑料材料收缩率减小。制造电极齿轮的齿轮滚刀的压力角，应相应修正。

cosα_C=（1+S）cosα （7-5）

式中 α_C——模具型腔齿轮的压力角；

α——塑料齿轮的压力角，为标准压力角；

S——注射条件和齿轮各个参数的实际收缩率，常用该塑料的平均注射成型收缩率。

型腔齿轮还必须修正的几何参数有模数、分度圆直径和周节等，计算公式分别为

m_C=（1+S）m （7-6）

d_C=m_Cz （7-7）

t_C=πm_C （7-8）

式中m_C——模具型腔齿轮的模数；

m——注射齿轮的模数，按国家标准系列选取；

d_C——模具型腔齿轮的分度圆直径；

t_C——模具型腔齿轮的周节；

z——齿数。

模具上型腔齿轮的其余几何参数均用m_C和α_C计算，包括公法线长度等。

显然，要注射塑具有标准齿廓的塑料齿轮，其模具型腔齿轮的齿廓渐开线，应比标准齿廓的渐开线平直；其曲率半径稍大。为此，需用专门的非标准滚刀加工电极齿轮。

用电火花加工模具型腔的关键是电极齿轮的加工。用包络法，采用标注模数刀具加工正位移的电极齿轮，虽然型腔齿轮的周节均匀，但塑造出齿轮的齿形误差大。如果将模具型腔齿轮加工成标准模数的正位移的修正齿轮，齿顶圆增大，但其分度圆上的模数和压力角还是标准的。与标准齿轮相比，齿顶圆上齿厚变小，即齿顶变尖；齿根圆上齿厚变大。用这种电极加工型腔，注射成型的齿轮冷却收缩后，其分度圆上的模数是非标准的，且小于标准模数，齿形误差就较大。用仿形法加工电极齿轮，可对刀具进行修正，得到等于型腔模数的电极齿轮，但齿轮的周节均匀性差。

采用下降时同时可回转的电极的特殊夹具，能加工斜齿轮的型腔，但螺旋角不能大于10°。数控电火花机床可实现齿轮电极在垂直升降的同时作旋转运动，并有电极平动修正功能。高精度的模具型腔需要有高精度的电极。塑料齿轮—齿轮型腔—电极齿轮三者精度大致有1～2级的逐次升级。

线切割加工齿轮型腔，可用型腔齿轮模数m_C计算编程，缺点是型腔表面粗糙度高。用高精度的慢走丝线切割，能加工正齿轮和斜齿轮型腔，其表面粗糙度Ra为1.6～3.2μm。经研磨抛光后Ra可达到0.4μm。也有采用冷挤方法挤出整体式齿轮型腔的，尤其是用于挤出锥齿轮型腔。

（3）塑料齿轮的结构和注射成型在设计薄片式塑料齿轮时，要从塑料特性考虑齿轮的形状。基本要求是壁厚均匀和形状对称。不均匀的壁厚会引起不均匀的收缩，以致产生内应力、凹陷、熔接缝等。图7-63所示较小的齿轮一般是薄片式，齿顶圆在50mm以下，齿轮宽度为1.5～3.5mm。较大齿轮采用整体辐板结构。辐板的布置要对称。辐板的变形会影响到齿轮精度。不均匀的变形最终影响到一对齿轮的啮合质量，即减小齿轮啮合时的实际啮合线长度，也减小了啮合时沿齿廓曲面的接触线长度。

图7-63 塑料齿轮的结构设计

a）对称辐板 b）偏向一侧

注：h=全齿高；h₁≥1.1h；h₂≥1.2h

塑料齿轮为整体辐板结构时不允许在辐板上开孔，以避免在齿缘上生成熔合缝。轮齿根部的轮缘应大于全齿高。轮缘辐板和安装孔套厚度，都应控制在全齿高的1.1～1.2倍。塑料齿轮有较大宽度时才采用加强肋，需对称布置，肋条厚是平均壁厚的0.7倍左右。齿轮的安装孔、转矩传递和轴向定位的结构有弹性卡夹、圆销孔、异形孔和长轴套等。这些结构的注射成型需要侧向分型抽芯机构，使塑料齿轮注射模结构复杂，设计和制造困难。

采用斜齿圆柱齿轮可获得较好的传动能力，并减小噪声。但由于塑料刚性差，如果负载较大，对一个齿来说，变形是不均匀的。因此，塑料斜齿轮工作时的实际传动精度较低。塑料斜齿轮的模具设计和制造也比较困难。因此，除特别需要外，一般采用塑料直齿轮。

双联或三联的多联齿轮、锥齿轮等传动零件，即使用金属切削加工也相当困难，所以其零件设计必须注意壁厚均匀，见图7-64。更要注意浇口的位置，以防止内应力不均匀而使收缩率不一致。多型腔的流道系统，应该经过平衡浇注设计。塑料熔体流经各个针点式浇口时，应保证多个型腔的注射压力和温度一致。

制造精密齿轮时，齿坯必须有相应的精度。齿轮应以孔或带嵌件的轴为基准轴线。在齿轮设计和模具设计时就明确基准端面，按照渐开线圆柱齿轮精度制（GB/T 10095.1—2008、GB/T10095.2—2008）推荐的齿坯公差数值表，确定齿轮孔或轴的尺寸、几何公差。齿坯的精度取决于模具精度和结构，也与注射条件有关。

图7-64 双联齿轮设计

a）应避免 b）壁厚一致

为了保证精度，塑料齿轮成型时一模注射一件。型芯和型腔在动模一侧，保证齿廓与安装孔的同轴度。注射聚酰胺PA和聚甲醛POM齿轮，采用三点甚至四点的针点式浇口。偏近轮心周向分布，可避免熔合缝出现在齿廓。如图7-65所示，微小塑料齿轮（齿顶圆直径在15mm以下）采用的偏置三个针点式浇口，设置在辐板上。如果针点式浇口设置在轴孔轮毂上，注射面上要有小凹坑，以避免影响齿轮端面的安装定位。

采用主流道式的三爪针点或环隙浇口，能保证塑料熔体辐射扩展，齿轮均匀地收缩。尺寸较大的齿轮（齿顶圆直径在50mm以上）或聚碳酸酯齿轮，采用主流道式浇口，使之位于型腔中心，并使用锥形拉料杆，如图7-66所示。

图7-65 多点式的点浇口

图7-66 主流道式浇口

3.塑料齿轮的注射模结构

1）圆柱直齿轮注射模。图7-67所示注射硬质聚氯乙烯RPVC齿轮的模数m=1mm，齿数z=36，齿轮内孔有矩形槽，用键传递转矩。RPVC的成型收缩率较小，又是一模一齿轮注射，因此，该齿轮有较好的精度。

RPVC是高黏度的熔体，采用主流道型的爪形浇口，保证齿廓的成型质量。型芯13有圆锥头，对定模起中心定位作用，保证了齿轮内孔与齿廓的同轴度。为此，型芯固定杆2将型芯13，固定在动模座板1上。

内推管10和外推管12同时推顶塑料齿轮，无顶出痕迹，能保证在脱模时不变形。注射机的推杆推动推板31和内推管10，又推动推杆6经推板9同时推顶外推管12。

模具的齿廓镶套24用P20钢制造，预硬处理硬度为48～50HRC。齿廓是非标准模数，用线切割加工型腔，抛光至Ra=0.2μm。

图7-67 RPVC圆柱直齿轮注射模

1—动模座板 2—型芯固定杆 3—螺钉 4—支承柱 5—垫块 6—推杆 7、26—支承板 8—镶件固定板 9、31—推板 10—内推管 11—推杆固定板 12—外推管 13—型芯 14—横向进水管 15—镶套 16—冷却水管 17—导柱 18—动模板 19—密封圈 20—定模镶件 21—定模板 22—定模座板 23—浇口套 24—齿廓镶套 25—复位杆 27—圆柱销 28—密封垫 29—动模镶套 30—推杆固定板

2）斜齿轮注射模。图7-68所示注射模，一模成型两件聚甲醛斜齿轮。齿轮的模数m=1mm，齿数z=28。斜齿轮依靠6mm穿孔，装配横销后传递转矩。为此，需要两行四个侧向抽芯机构。点浇口开模时自动拉断，注射模设置顺序开模机构。在小孔的型芯4抽拔后，才能有长推管20的顶推齿轮。注意到长推管20下面有滚珠轴承，在长推管推顶同时被斜齿轮齿廓强制旋转。中央两齿轮带头导柱33对推杆固定板19导向。左右两对连杆36延时脱模机构的运动。两齿轮长型芯14固装在动模底部的固定板15上，以保证齿轮内孔与齿廓的同轴度。

图7-68 POM一模二斜齿轮注射模

1—复位杆 2—限位套 3、8—弹簧 4—型芯 5、22、34—销钉 6—导板 7—斜楔 9—拉杆 10—下顶杆 11、25、29、38—螺钉 12—动模固定板 13、21—垫板 14—型芯 15—固定板 16—推板 17—钢球 18—垫圈 19—推杆固定板 20—长推管 23—支撑板 24—凹模 26—上模板 27—浇口板 28—定模固定板 30—定位圈 31—浇口套 32、33—带头导柱 35—止动螺钉 36—连杆 37—专用螺钉

注射成型后，开模时利用弹簧8使浇口板27与定模固定板28之间（A面）分型。拉断点浇口后，在导板6和销钉5作用下抽出侧向小型芯4。B面继续开模，拉杆9拉住浇口板定距。

注射机的下顶杆10、推板16、推杆固定板19和长推管20推顶动模中的斜齿轮。在被固定的销钉22作用下推管20沿轴向旋转，将斜齿轮推出型腔。合模时，复位杆1回归。

3）带嵌件的双联齿轮注射模。双联齿轮的模数m=1.5mm，用高强度低摩擦系数的聚酰胺PA66成型，并用冶金粉末嵌件做轴套。该齿轮齿数z₁=17和z₂=18，是传递较大转矩的齿轮。图7-69所示双联齿轮注射模有四个型腔，主流道下有四个分叉流道。聚酰胺熔体由矩形侧浇口引入双联齿轮的隔板，再充填两齿廓。

图7-69 PA66一模四件带嵌件的双联齿轮注射模

1—浇口套 2—定模板 3—上齿廓镶件 4—下齿廓镶件 5—粉末冶金嵌件 6—主型销 7—顶出套 8—支承块 9—圆柱销 10—后垫板 11—前垫板 12—后顶板 13—拉料杆 14—前顶板 15—复位杆 16—动模垫板 17—动模板 18—导套 19—导柱 20—定位圈

双联齿轮的同轴度要求精度较高。对注射模的各零部件的设计与加工都必须有相应的尺寸与形状的精度。特别是定模板2、动模板17、动模垫板16、前垫板11和前顶板14等上的安装定位孔等，均要求用精密坐标镗床或坐标磨床加工。该模具中的上齿廓镶件3和下齿廓镶件4都设计成镶块嵌件，以便两齿轮的齿廓能采用线切割加工。

由于粉末冶金嵌件5与主型销6的配合精度高，为保证成型齿轮能被顶出套7顺利顶出，主型销的前段要有一定的制造公差，避免与齿轮孔有过大摩擦磨损，又能与定模板上导向孔配合。

4）锥齿轮注射模。图7-70所示注射模成型四件聚碳酸酯PC锥齿轮，齿轮的模数m=1mm，齿数z=20。开模时在弹簧33作用下，模具从定模固定板17与定模板15处（A面）首先分型。到达一定距离后拉杆32拉住凹模套板26，使动模再从支承板3与定模的凹模套板26在B处分型。此时，弹簧20推动上推板25，使浇注系统的点浇口自动断开，其凝料脱落。锥齿轮留在型芯4上，将由推管2推出。

图7-70 PC一模四件锥齿轮注射模

1、9、16、19、23、30—螺钉 2—推管 3—支承板 4—型芯 5—垫块 6—型芯固定板 7—动模固定板 8、24、27—销钉 10—推板 11—带头导柱 12—推管固定板 13—带头导套 14—复位杆 15—定模板 17—定模固定板 18—凹模 20、33—弹簧 21—定位圈 22—浇口套 25—上推板 26—凹模套板 28—有肩导柱 29—带头导套 31—垫块 32—拉杆