塑料模具设计教程_3-2塑料制件的结构设计(5)

十一 齿轮

    塑料齿轮目前主要用于精度和强度不太高的传动机构，其主要特点是重量轻、传动噪音小，可制作齿轮的塑料有尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、聚砜等。为了使塑料齿轮适应注射成型工艺，齿轮的轮缘、辐板和轮毂均应有一定的厚度，如图3-15所示。

齿轮各部分的尺寸关系如下：

（1）最小轮缘宽度t1应为齿高t的3倍；

（2）辐板厚度H1应不大于轮缘厚度H；

（3）轮毂厚度H2应不小于轮缘厚度H；

（4）最小轮毂外径D1应为轴孔直径D的1.5～3倍；

（5）轮毂厚度H2应相当于轴径D。

图3-15  齿轮各部分尺寸

    为了减少尖角处的应力集中及齿轮在成型时内部应力的影响，应尽量避免截面的突然变化，尽可能加大圆角及过渡圆弧的半径。为了避免装配时产生内应力，轴与孔的配合应尽可能不采用过盈配合，而采用过渡配合。图3-16为轴与孔采用过渡配合的两种形式，其中，用月形孔配合（图3-16a）比用销孔固定形式（图3-16b）要好。

    对于薄型齿轮，如果厚度不均匀，则会引起齿型歪斜，用无轮毂无轮缘的齿轮可以很好地解决这种问题。另外，当辐板上有较大的孔时（见图3-17a），因孔在成型时很少向中心收缩，所以也会使齿轮歪斜；若轮毂和轮缘之间采用薄肋时（见图3-17b），则能保证轮缘向中心收缩。由于塑料的收缩率大，所以一般只宜用收缩率相同的塑料齿轮相互啮合。 

图3-16  塑料齿轮的固定形式                  图3-17  塑料齿轮的辐板结构

十二 嵌件

    在塑件中嵌入其它零件形成不可拆卸的连接，所嵌入的零件称为嵌件。塑件中嵌入嵌件的目的是为了提高塑件的强度、硬度、耐磨性、导电性、导磁性等，或者是增加塑件尺寸和形状的稳定性，或者是降低塑料的消耗。嵌件的材料可以是金属材料，也可以是玻璃、木材和已成型的塑件等非金属材料，其中金属嵌件的使用最为广泛，其结构如图3-18所示。图3-18a为圆筒形嵌件；图3-18b为带台阶圆柱嵌件；图3-18c为片状嵌件；图3-18d为细杆状贯穿嵌件。

图3-18  常见的嵌件种类

    金属嵌件的设计原则：

（1）嵌件应可靠地固定在塑件中

    为了防止嵌件受力时在塑件内转动或脱出，嵌件表面必须设计有适当的凹凸形状。图3-19a所示为最常用的菱形滚花，其抗拉和抗扭强度都比较大；图3-19b所示为直纹滚花，这种滚花在嵌件较长时允许塑件沿轴向少许伸长，以降低这一方向的内应力，但在这种嵌件上必须开设环形沟槽，以免在受力时被拔出；图3-19c所示为六角形嵌件，因其尖角处易产生应力集中，故较少采用；图3-19d所示为用孔眼、切口或局部折弯来固定片状嵌件；薄壁管状嵌件也可用边缘折弯方法固定，如图3-19e所示；针状嵌件可采用将其中一段砸扁或折弯的办法固定，如图3-19f所示。

图3-19  金属嵌件在塑件内的固定方式

（2）模具中嵌件应定位可靠

    模具中的嵌件在成型时要受到高压熔体流的冲击，可能发生位移和变形，同时熔料还可能挤入嵌件上预制的孔或螺纹线中，影响嵌件的使用，因此嵌件必须在模具中可靠定位。图3-20和图3-21所示分别为外螺纹嵌件和内螺纹嵌件在模具内的固定方法。一般情况下，注射成型时，嵌件与模板安装孔的配合为H8/f8；压缩成型时，嵌件与模板安装孔的配合为H9/f9。当嵌件过长或呈细长杆状时，应在模具内设支撑以免嵌件弯曲，但这时在塑件上会留下支撑孔，如图3-22所示。

图3-20  外螺纹嵌件在模具内的固定

图3-21  内螺纹嵌件在模具内的固定

图3-22  细长嵌件在模具内的支撑固定

1－嵌件；  2－支撑柱

（3）嵌件周围的壁厚应足够大

    由于金属嵌件与塑件的收缩率相差较大，致使嵌件周围的塑料存在很大的内应力，如果设计不当，则会造成塑件的开裂，而保持嵌件周围适当的塑料层厚度可以减少塑件的开裂倾向。对于酚醛塑料及与之相类似的热固性塑料的金属嵌件周围塑料层厚度可参见表3-10。另外，嵌件不应带有尖角，以减少应力集中。热塑性塑料注射成型时，应将大型嵌件预热到接近物料温度。对于应力难以消除的塑料，可在嵌件周围覆盖一层高聚物弹性体或在成型后进行退火。嵌件的顶部也应有足够的塑料层厚度，否则会出现鼓泡或裂纹。

表3-10  金属嵌件周围塑料层厚度                   mm

    成型带嵌件的塑件会降低生产效率，使生产不易实现自动化，因此在设计塑件时应尽可能避免使用嵌件。 

十三 符号、文字和标记

   由于装潢或某些特殊要求，塑件上有时需要带有文字或图案符号的标志，如图3-23所示。标志应放在分型面的垂直方向上，并有适当的斜度以便脱模。如果塑件字记是凸的，在模具上则为凹形，加工比较容易，文字可用刻字机刻制，图案等可用手工雕刻或电加工等方法加工，但凸起的标记符号容易磨损；如果塑件字记是凹形的，在模具上则为凸形，用一般的机械加工方法难以满足，可采用电火花、冷挤压或电铸等方法加工。位于塑件凹处的凸字具有很多优点，无论在研磨抛光或使用时都不易磨损破坏，而又容易加工，因而被广泛采用。 

 图3-23  塑件上的标志形式