Организация процесса изготовления прецизионных зубчатых форм

В области умного дома, автомобильной трансмиссии и промышленной автоматизации пластиковые шестерни стали основными компонентами систем передачи благодаря своим преимуществам в виде легкого веса, низкого уровня шума и массового производства. Комплект высокоточных литьевых форм является залогом определения точности, срока службы и стабильности серийного производства зубчатых колес. В этой статье будет полностью разобран весь процесс изготовления литьевых форм для зубчатых колес: от индивидуального проектирования, прецизионной обработки, сборки и ввода в эксплуатацию до массового производства, предоставляя практические рекомендации для практиков отрасли.

I. Стыковка по индивидуальному заказу: уточнение характеристик оборудования и границ пресс-формы

Кастомизация зубчатых форм начинается не с чертежей, а с глубокого разбора потребностей клиента. Прежде всего необходимо уточнить сценарий применения и основные показатели передачи: это износостойкая передача для автомобильных дворников или бесшумная косозубая передача для двигателей бытовой техники? Различные сценарии предъявляют совершенно разные требования к материалам, точности и сроку службы.
На этапе информирования о потребностях инженерам необходимо сосредоточиться на подтверждении трех основных элементов: степени точности зубчатого колеса (например, стандартов DIN 7 или AGMA), выбора материала (POM, PA66, PPA и т. д.) и масштаба массового производства . Если взять в качестве примера шестерни из ПОМ, их степень усадки составляет около 1,5–2,0%, поэтому полость формы должна быть заранее спроектирована с компенсацией усадки; в то время как материалы из полиамида, армированные стекловолокном, предъявляют более высокие требования к износостойкости стали формы, обычно требующей термообработанной стали, такой как S136 или 2344. В то же время такие параметры, как модуль зубчатой ​​передачи, профиль зуба и допуск на межосевое расстояние, будут непосредственно определять конструкцию разделительной поверхности формы, расположение литников и схему выпуска, избегая таких дефектов, как блики, эксцентриситет или недостаточное заполнение на более позднем этапе.

II. Проектирование пресс-форм: обеспечение точности формования зубчатых колес с помощью прецизионной конструкции

Сложность проектирования пресс-форм для зубчатых колес заключается в том, как преобразовать допуск профиля зуба на микронном уровне в стабильную структуру пресс-формы. На этом этапе программное обеспечение CAD/CAM используется для завершения 3D-моделирования, а Moldflow используется для анализа текучести пресс-формы, чтобы обеспечить равномерное заполнение расплавом и последовательное охлаждение.

1. Ключевые моменты проектирования базовой структуры

•  Расположение разделяемой поверхности и полости : в качестве разделяющей поверхности отдавайте приоритет областям, не являющимся зубьями, чтобы избежать линий зажима формы на вершине или корне зуба, которые влияют на точность зацепления. Для форм с несколькими полостями примите симметричную компоновку и установите сбалансированные направляющие, чтобы обеспечить постоянное давление наполнения и скорость охлаждения для каждой шестерни.

•  Задвижка и выпускная система : Точечные затворы или дополнительные затворы часто используются для небольших прямозубых шестерен, чтобы избежать следов ворот на поверхности зубьев; Веерные или трехточечные заслонки можно использовать для больших шестерен, чтобы уменьшить образование линий сварки. Выпускные канавки должны быть открыты в конце канавки зуба, где расплав заполняется последним, с глубиной, контролируемой на уровне 0,01-0,02 мм, чтобы предотвратить ожоги или дефекты нехватки материала, вызванные захваченным воздухом.

•  Конструкция системы охлаждения : используйте конформные каналы охлаждающей воды, чтобы расположить охлаждающие каналы близко к поверхности полости шестерни, гарантируя, что разница температур в полости формы находится в пределах ± 2 ℃, и избегая деформации шестерни и отклонений размеров, вызванных неравномерным охлаждением. Для высокоточных форм также можно использовать конформные вставки, напечатанные на 3D-принтере, для дальнейшего повышения эффективности охлаждения.

2. Планирование технологии обработки

При обработке полостей зубчатых колес обычно используется электроэрозионная обработка проволокой (WEDM) и прецизионное фрезерование с ЧПУ с точностью профиля зуба до ± 0,005 мм. Вставки термообработанной формы должны быть отполированы до зеркального блеска с шероховатостью поверхности Ra0,2 или менее, чтобы поверхность зубьев отлитой под давлением шестерни была гладкой и без заусенцев, что снижает шум трансмиссии.

III. Сборка пресс-формы: сборка на уровне миллиметра обеспечивает плавное движение

После обработки формы каждая деталь процесса сборки повлияет на окончательный эффект формования. Сборка зубчатых форм должна следовать трехэтапному принципу «очистка, позиционирование и ввод в эксплуатацию», чтобы обеспечить точность соответствия каждого компонента.

1. Предварительная обработка компонентов : Очистите основание формы, стержень, полость и детали системы выталкивания ультразвуковыми волнами для удаления масляных пятен и железных опилок. Специальную смазку для форм следует применять специально для движущихся частей, таких как направляющие стойки, направляющие втулки и выталкивающие штифты.

2. Сборка основного компонента : сначала установите вставку полости шестерни в неподвижную пластину пресс-формы и зафиксируйте ее положение с помощью позиционирующих штифтов, чтобы обеспечить соосность между вставкой и шаблоном ≤0,01 мм; затем соберите стержень и механизм выталкивания движущейся части формы. Заподлицо между торцом выталкивающего штифта и поверхностью полости должно контролироваться в пределах ±0,005 мм, чтобы избежать появления следов выталкивающего штифта на поверхности шестерни.

3. Общий зажим формы и ввод в эксплуатацию : Затяните все болты, используя метод диагональной затяжки, чтобы предотвратить деформацию шаблона из-за неравномерной силы. После зажима формы проверьте состояние разъема с помощью щупа, зазор должен быть менее 0,01 мм, чтобы предотвратить заусенец во время литья под давлением. В то же время проверьте плавность работы механизма выталкивания, чтобы убедиться, что штифты выталкивателя возвращаются в исходное положение без заклинивания.

После сборки также необходимо провести испытание формы на холостом ходу, чтобы проверить, стабильны ли действия открытия и закрытия формы и соответствует ли расстояние выброса требованиям к извлечению из формы, чтобы избежать застревания формы или белых маркировок во время массового производства.

IV. Испытание и оптимизация пресс-форм: ключевая калибровка от первого образца до массового производства

Испытание пресс-форм — это мост от проектирования и изготовления пресс-форм к стабильному массовому производству. Путем регулировки параметров процесса литья под давлением устраняются дефекты литья и проверяется работоспособность формы.
Первое испытание пресс-формы обычно предполагает литье под давлением на низкой скорости и под низким давлением, чтобы наблюдать за ситуацией с заполнением расплавом и записывать ключевые данные, такие как температура в полости формы, давление впрыска и время выдержки. При возникновении эксцентриситета шестерни необходимо проверить балансировку шибера и соосность формы; если на поверхности зуба появляются пузыри или следы усадки, необходимо оптимизировать вытяжную канавку или отрегулировать параметры удерживающего давления.
Для прецизионных зубчатых колес после формирования первого образца следует провести комплексную проверку: использовать координатно-измерительную машину (КИМ) для определения допусков профиля зубьев, межосевого расстояния и кругового биения, чтобы убедиться в их соответствии проектным требованиям; проверьте механические свойства шестерни с помощью испытания в солевом тумане и испытания на износ. По результатам испытаний пресс-формы инженеры могут точно настроить пресс-форму, например оптимизировать канал охлаждающей воды, отрегулировать размер литника или полировать поверхность полости, пока все показатели шестерни не будут стабильно соответствовать стандарту.