不同材料和工艺对微型齿轮翘曲的影响.pdf

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1、王鑫，等：不同材料和工艺对微型齿轮翘曲的影响不同材料和工艺对微型齿轮翘曲的影响术王鑫杜林芳(河南工程学院机械工程系，郑州451191)(河南机电学校机械工程系，郑州450002)李海梅(郑州大学国家橡塑模具工程研究中心，郑州450002)摘要采用模拟分析和正交实验相结合的方法，从材料和工艺参数两方面对微型齿轮成型过程中产生的翘曲问题进行研究，得到不同材料如聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)、(丙烯腈／丁二烯／苯乙烯)共聚物(ABS)微型齿轮的最佳成型工艺条件，以及各个工艺参数对翘曲的影响程度。确定了影响POM齿轮翘曲的

2、主要因素为注射速率和保压压力，影响ABS齿轮翘曲的主要因素为保压压力，影响PP齿轮翘曲的主要因素为保压压力、模具温度和熔体温度。通过对信噪比的计算得到了最佳工艺组合，在此工艺组合条件下，三种材料的齿轮最大翘曲量均在微米级以下，基本上达到微型齿轮的精度要求。关键词微型齿轮翘曲正交实验工艺参数成型材料微型齿轮是微机械系统中最常用的零件之一，格边长为0．08mm，网格模型如图1所示，网格的匹广泛地应用于钟表、微型泵、微型马达及微型传动等配率为99．4％。根据软件的浇口位置分析结果和领域。金属微型齿轮制造困难、成本高、周期长

3、，而齿轮常见的浇口类型，取离齿轮轮毂较近的一点微注射成型技术可在较低的成本下大批量生产微型作为浇口位置(如图1所示)，选择点浇口进胶，一塑料齿轮，从而得到广泛应用。而且微型塑料齿轮模四腔，建立浇注系统，翘曲分析模型如图2所示。由于具有传动噪声低、吸振、自润滑、生产效率高等优点，在齿轮行业的应用越来越多，逐渐成为世界性趋势一。微型齿轮要求精度高，但是塑料齿轮采用注射成型，同心度较难保证，成型过程中存在收缩翘曲等问题，影响齿轮的啮合精度和传动性能。对于这些图1齿轮的网格模型及浇口位置问题，除了提高模具的精度外，优化成型材

4、料和工艺也是一条重要途径。笔者通过采用MoldFlow模拟分析和正交实验相结合的方法，研究了成型材料和工艺参数对微型齿轮翘曲问题的影响，最终得到不同材料如聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)、(丙烯N／丁二烯／苯乙烯)共图2翘曲分析模型聚物(ABS)微型齿轮的最佳成型工艺条件。1．2模拟实验方法通过细化网格和提高网格匹配率等提高准确度分别采用POM(牌号LucelN一127)、ABS(牌的方法j，可以预测材料和工艺参数的影响程度，号TFX一210)、PP(牌号GenericPP)三种常用塑料对优化工艺参数和提高齿轮的成型

5、品质具有一定的齿轮材料，采用正交实验设计分析，以齿轮的最大翘指导作用。曲量为研究目标，建立熔体温度、模具温度、注射速1模拟实验部分率、保压压力、保压时间、v／p转换等6因素，每因素1．1模拟实验模型下选取5水平的正交实验，选用L25(5。)正交表安以渐开线标准直齿圆柱齿轮为研究对象。该齿排实验J，模拟实验设计结果如表1所示。轮齿数为17，模数为0．1mm，压力角采用标准值20。，厚度为0．1mm，利用MoldFlow软件进行充填2009年河南工程学院青年科研基金项目(Y09031)保压翘曲模拟。将齿轮导人到MoldF

6、low后，细化网收稿El期：2010—05—1726工程坦料应用2010年，第38卷，第7期表1实验因素与水平项目因素熔体温度(A)／~C模具温度(B)／~C注射速率(C)／cm·s保压压力(D)／MPa保压时间(E)／sv／p转换(F)／％水平12202050220．1595水平22303060320．2O96PP水平3240407O420．2597水平42505O80520．3O98水平52606090620．3599水平1235356O700．3095水平2245457O800．4096ABS水平3255558

7、O900．5097水平42656590l0o0．6O98水平52757510011O0．7099水平11856050840．1O95水平2195706094O．1596P0M水平32058O701o4O．2O97水平42159O8O1140．2598水平522510o90l24O．3O992模拟结果和分析2．2不同因素的信噪比结果2．1工艺参数的影响程度由于选用翘曲量作为分析结果，所以选用S型采用Taguchi的标准变量分析技术ANOVA，计信噪比函数计算各个因素的信噪比。三种材料不同算各个因素对翘曲的影响程度，结果

8、如图3所示。因素的信噪比计算结果如图4～图9所示。从图4一图9可以看出，对于ABS材料来说，在熔体温度因素中A4最大，模具温度因素中曰3最大，注射速率因＼魁素中cl最大，保压压力因素中最大，保压时间因善素中E3最大，v／p转换因素中最大，其最佳工艺组合为A4B3C1D5E3F2；同理得出POM的最佳工艺组合为A5B4C1D5E4F2，PP的最佳