《用常規(guī)工藝加工精密斜齒輪,、蝸輪注塑模具型腔的方法》
作者： 查鴻達(dá)
用工程塑料注塑成型的齒輪,、蝸輪，目前已經(jīng)有了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用,，相應(yīng)的模具也有很大的需求,。由于工程塑料在注塑成型過程中，會產(chǎn)生收縮,，因此,，用標(biāo)準(zhǔn)的模數(shù)刀具來加工齒輪和蝸輪的注塑模具的型腔是難以實(shí)現(xiàn)的,，尤其是當(dāng)模具的型腔要求有較高的硬度時。
假如是直齒輪,，就比較容易解決,，現(xiàn)在有很多精度很高的線切割機(jī)，還有可以精確畫出齒形的各種軟件,?？梢暂p而易舉地解決直齒輪的造型。
但是模具工廠經(jīng)常會遇到斜齒輪和蝸輪的注塑模具,。下面以一個斜齒輪為例：
 
這是一個1模數(shù)53齒的變位斜齒輪,。從模具結(jié)構(gòu)的層面看，通常斜齒輪的注塑模具的結(jié)構(gòu)是很常規(guī)的,，只要保證足夠的精度,一般的模具工廠都可以滿足客戶的要求,。
但是斜齒輪注塑模具的齒形的成型部分的加工，是每個模具工廠必須面對的難題,，當(dāng)型腔硬度要求HRC50以上時,，是很難用切削的方法實(shí)現(xiàn)的，也不可能用線切割的方法來實(shí)現(xiàn),，因為斜齒輪的齒形的“母線”是螺旋線,。
對于精度不高的斜齒輪，以往有電鑄工藝和鈹銅鑄造工藝,，這樣得到的造型零件的硬度是不太理想的，而且齒形的精準(zhǔn)度也是不理想的,。因為無論是“電鑄”還是“鈹銅鑄”,，都需要先做一個“公”，也就是和最終要取得的斜齒輪相似的零件,，由于工程塑料收縮的關(guān)系,，它與最終所要求的產(chǎn)品在幾何尺寸上有差別，這個差別的大小與所用的塑料有關(guān),，假如所用的塑料是POM,，一個直徑50mm的齒輪的直徑方向的差別就在1mm以上。對于精度不高的齒輪,，這個誤差是用“變位系數(shù)”來調(diào)整補(bǔ)償?shù)?。但是在齒形方面的誤差就很難補(bǔ)償，齒形的很多參數(shù)都是與模數(shù)有關(guān)的,。譬如是1模數(shù)的齒輪,，標(biāo)準(zhǔn)的齒高是2.25m。放了收縮率后的模數(shù)就是1.025模數(shù),，齒高的誤差為0.056mm,。為了取消這個誤差,，我們不可能化很大的代價定做模數(shù)是1.025的“滾齒刀”來加工這個“公”。單件加工“滾齒刀”的成本肯定是很高的,。這樣,，就產(chǎn)生了一個加工凹的斜齒輪或者蝸輪的模腔的“盲區(qū)”。
現(xiàn)在已經(jīng)有可以螺旋進(jìn)給的高精度電火花加工機(jī)床,，但是,，這個“公”（電極）怎么做？除非是做m1.025的滾齒刀,，在滾齒機(jī)上“滾”出來,。但是這種可能性比較小，因為磨削這個滾齒刀的“漸開線”有較大的難度,，而且它的模數(shù)不是整數(shù),。 |
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《用常規(guī)工藝加工精密斜齒輪,、蝸輪注塑模具型腔的方法》
本文介紹一種用常規(guī)工藝加工精密斜齒輪注塑模具型腔的方法,，供各位同行參考，以拋磚引玉,。本方法的最終加工是由高精密的火花機(jī)來實(shí)現(xiàn)的,，另外二個重要的環(huán)節(jié)是精密分度和加工高精度的“單齒電極”。
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首先,，要加工出高精度的“單齒電極”：
這個電極是用每分鐘42000轉(zhuǎn)的高速加工中心銑出來的,，齒形的精度誤差在0.002以下。關(guān)鍵的問題是這個齒的三維數(shù)字模型的建模是否準(zhǔn)確,？一般的情況下,，這個三維數(shù)模的原型（未計算收縮率時）是由客戶提供的，但是在這里我提醒大家一個問題，一般的客戶會提供一整套詳細(xì)的參數(shù),，來作為驗收的標(biāo)準(zhǔn),。而他們提供的三維數(shù)字模型僅僅是作為參考，為了驗證這個三維數(shù)模是否準(zhǔn)確,，我們有必要重新建立數(shù)字模型來進(jìn)行驗證,。
第一步先畫出這個斜齒輪的端面的形狀，有很多專門的軟件可以精確地將齒形畫出來（譬如Marstercam)：
這里要注意的是,，畫這個齒形的主要參數(shù)：模數(shù),，在這里要選“端面模數(shù)”，而不是“法向模數(shù)”,！
斜齒輪的“母線”是螺旋線,。斜齒輪的眾多參數(shù)中，一定有一項參數(shù)叫“螺旋角”,。我們按客戶給定的螺旋角和斜齒輪的“節(jié)圓直徑”推算出“螺距”（導(dǎo)程）,。這樣可以畫出“螺旋線”，螺旋線的基圓半徑取斜齒輪的“節(jié)圓”半徑,。接下來用上面的齒形按“螺旋線”進(jìn)行實(shí)體“導(dǎo)動”,，我們便得到這個齒輪的三維數(shù)模。
執(zhí)行“比較”指令,，我們便可以將客戶提供的三維數(shù)模與我們畫出來的齒形進(jìn)行比較,。多數(shù)情況是不吻合的，我經(jīng)常遇到的產(chǎn)品設(shè)計師都是軟件操作的高手,，而不是齒輪行業(yè)的專家,。我們必須與客戶方面的產(chǎn)品設(shè)計師進(jìn)行溝通和論證。假如二者相吻合,，我們就可以進(jìn)行下一步的操作,。
在確定了我們所用的工程塑料的收縮率后。我們可以執(zhí)行“比例縮放”命令,，將這個“三維數(shù)模”放大到我們制造模具所需要的尺寸。然后去除其他的齒,，留下單齒,，畫成前圖的電極的形狀。其中,，連接齒形的長方體的二側(cè)面是分中面,。上下面是定Z方向的定位面，是用來確定電極的加工深度的,。端面是定Y方向的定位面,，這些定位面必須與齒形同時一次性銑出來，而且要保證足夠的精度,，它將直接決定斜齒輪型腔的精度,?；鸹C(jī)加工分三次進(jìn)行，電極的火花間隙分別為：0.2mm,、0.05mm,、0.01mm。電極的火花間隙是在編程時用刀具補(bǔ)償來實(shí)現(xiàn)的,。
精確的分度是加工斜齒輪模具的型腔的關(guān)鍵,，最直接的想法就是用“分度頭”來進(jìn)行分度。但是在實(shí)際操作時發(fā)現(xiàn)分度頭非常的笨重和不方便,，而且分度時有一個正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)的間隙,，一不小心就會有誤差，而且這個誤差當(dāng)時不會發(fā)現(xiàn),，檢測也很困難,。據(jù)本人多年操作經(jīng)驗的了解，分度頭上配套的分度板上的小孔的精度是有問題的,，據(jù)機(jī)床附件廠的朋友介紹,，它是用“鉆模”鉆出來的。因為這些小孔的直徑很小,，不可能用座標(biāo)磨床來磨加工,。所以靠機(jī)械工廠里常規(guī)的分度頭來對斜齒輪型腔的精確分度是不可能的。（弧長的誤差在0.01以下）我設(shè)計了一種用來精密分度和定位的簡單夾具,，供大家參考,。
分度板是這樣的：
它上面的均布的53個定位孔與中間的定位孔是用精密線切割機(jī)（慢走絲）一次性做出來的，這53個小孔不用先打預(yù)先的穿絲孔,，線切割加工時直接從外面割進(jìn)去,，可以減少線切割機(jī)床因為不斷地關(guān)機(jī)和開機(jī)引起的誤差。（穿絲必須關(guān)機(jī)）分度板與要加工的型腔是靠套在一個精度很高的軸上來定位的,。并用4個螺釘固定,，這4 個螺釘一直到完全加工完畢才松開。
在夾具的底座上有一個精密的孔,，有一根插銷將它與分度板相連接：
每加工完一個齒,，松開壓板，拔出銷釘,，將分度板轉(zhuǎn)過一個小孔,，再插入插銷，收緊壓板,，再加工下一個齒,。這個夾具使用起來比較方便，直接放在火花機(jī)的磁性臺面上吸住，打表分中,，碰數(shù)后就可以加工,，重量也很輕，一般不超過3公斤,。
對于精度不高的塑料齒輪,，用普通的火花機(jī)來加工，也是非常簡便,，精度是足足有余的,。對于高精度的齒輪，則夾具的每一個零件必須有很好的精度,，最后一道的火花機(jī)工藝要用精度較高的火花機(jī),，譬如“夏米爾”。
這是我在實(shí)際生產(chǎn)中取得的一點(diǎn)小經(jīng)驗,，也適用于加工塑料“蝸輪”的模具,，只要建立精準(zhǔn)的數(shù)字模型，其加工方法與加工斜齒輪的型腔是一樣的,。供大家參考,。謝謝。 |
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