国际医疗器械设计与制造技术展览会

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2023年6月1-3日 | 苏州国际博览中心B1-E1号馆

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国际医疗器械设计与制造技术展览会塑膜成型工艺勘探之塑料齿轮

2023-01-17

以传递运动和动力为主要功能的齿轮在机械装备中具有举足轻重的作用。国际医疗器械设计与制造技术展览会Medtec China 2023了解到,与金属齿轮相比,塑料齿轮具有质量轻、运行噪音小、耐磨性好、自润滑性能好、耐腐蚀等诸多优点,而且具有易成型、制造成本低、设计灵活等特点。与传统金属齿轮的成型制造方法相比,塑料齿轮因为塑料原料种类及性能差别较大,成型制造方法也有很大差异。

塑料齿轮在许多应用领域中均有应用,如玩具、汽车、手表、缝纫机、结构控制设施和导弹等,起到传递扭矩和运动形式的作用。以应用于医疗器械领域。

齿轮件注射成型难点

1. 精密齿轮参数尺寸及性能要求高

参数包括齿顶圆外径、齿根圆外径、模数、分度圆直径(又称公法线)、分度圆齿厚、压力角、斜齿倾斜角度、齿圏跳动公差等方面;

2. 齿轮的尺寸易受温度变换影响

需要严格控制成型区的环境条件;

3. 模胚的精度很难达到要求

模胚精度会直接影响模具的制造及注塑精度,也会影响模具的寿命;

4. 塑料齿轮模具的型腔设计有2大难点

一是塑料收缩率难以精确化;二是模具型腔的非线性收缩计算;

5. 其他因素影响

包括稳定的动力供给,可控制聚合物温度和湿度的适宜干燥设备,配有恒定的气流的冷却单元等等。

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塑料齿轮注射成型工艺

塑料齿轮注射模设计时,浇注系统的合理设计对注射成型至关重要,其不但影响成型塑件的外观质量、尺寸精度,还对塑件力学性能有较大影响。精密齿轮应该从齿轮中心位置的一个浇口处注入。多浇口易形成熔合线,改变压力分布和收缩,影响齿轮公差。

在成型时,要求精密控制成型表面的温度、注射压力和冷却过程。其它的重要因素还包括壁厚、浇口尺寸和位置、填料类型、用量和方向、流速和成型内应力。

更多的先进的塑料齿轮成型方法正在被开发出来。例如二次注射成型法,通过在轮轴和轮齿之间设计一个弹性体的方法,使齿轮运行起来更安静,在齿轮突然停止运转时,能够较好的吸收振动,避免轮齿损坏。同时研究了气辅法和注射压缩模塑法,作为改善轮齿质量、齿轮整体精度、减小内应力的一种方法。

塑料齿轮件常用材料

国际医疗器械设计与制造技术展览会Medtec China 2023认识到,在精密齿轮制造领域,一系列的工程性热塑性塑料的出现给加工人员提供了比以前更多的选择机会。乙缩醛类、PBT和聚酰胺等最常用的材料,可以生产出优良的耐疲劳、耐磨损、光滑性、耐高切线应力强度性能,能承受诸如往复式马达运转等造成的振动负荷的齿轮设备。对于结晶性的聚合物必须在足够高的温度下成型,保证材料的充分结晶,否则在使用时由于温度升到成型温度以上,材料发生二次结晶而导致齿轮尺寸变化。

乙缩醛

作为一个重要的齿轮制造材料,乙缩醛广泛应用于汽车、器具、办公设备等领域,已有40多年的历史。它的尺寸稳定性能和高耐疲劳和抗化学性可承受温度高达90 ℃以上。和金属以及其它塑料材料相比,具有优异的润滑性能。

PBT聚酯

可制造出非常光滑的表面,不进行填充改性其最大工作温度可达150℃,玻纤增强后的产品工作温度可达170℃。与乙缩醛、其它类型塑料以及金属材料的产品比较,它运行良好,经常用于齿轮的结构中。

聚酰胺材料

与其它的塑料材料和金属材料比较,具有韧性好和经久耐用的性质,常用于涡轮传动设计和齿轮框架等应用领域。聚酰胺齿轮未填充时运行温度可达150℃,玻纤增强后的产品工作温度可达175℃。但是聚酰胺具有吸湿或润滑剂而造成尺寸变化的特征,使得它们不适合用于精密齿轮领域。

聚苯硫醚(PPS)

高硬度、尺寸稳定性、耐疲劳和耐化学性能的温度可达到200℃。它的应用正深入到工作条件要求苛刻的应用领域、汽车业以及其它终端用途等。

液晶聚合物(LCP)

做成的精密齿轮尺寸稳定性好。它可以忍受高达220℃的温度,具有高抗化学性能和低成型收缩变化。使用该材料已经做出齿厚约0.066 mm的成型齿轮,相当于人头发直径的2/3大小。

热塑性弹性体

能使齿轮运行更安静,做成的齿轮柔韧性更好,能够很好的吸收冲击负荷。例如,共聚酯类的热塑性弹性体做成的一个低动力、高速的齿轮,当保证足够的尺寸稳定性和硬度的时候,运行时允许出现一些偏差,同时能够降低运行噪音。

文章来源:UPG