Duracon高精度齿轮技术

confidentialDURACON高精度齿轮技术宝理塑料技术中心confidential内容q关于塑料齿轮q用POM做高精度齿轮遇到的问题q齿轮测量仪器的特征q模具设计q产品设计q注塑成型q材料的选择第一章绪言第二章高精度齿轮设计指南confidentialq关于塑料齿轮Ø塑料齿轮所需具备的特性Ø塑料齿轮使用的材料qPOM制造高精度齿轮所遇到的问题q齿轮测试仪器与其特性ØJIS齿轮测试机ØJGMA齿轮测试机Ø圆度与圆柱度测试第一章绪言confidential要求特性q塑料齿轮的要求特性高剛性耐疲労性耐熱性耐摩耗性低騒音性高尺寸精度关于塑料齿轮confidential日本用于滑动摩擦应用的塑料消费量Slidingcomponentconsumption(Ton)ConsumptionPOMslidinggradeis25%fromamountofDURACON®consumptionin2001关于塑料齿轮q塑料齿轮常用的材料POM，PA，PPS，PTFE，PBT，PC，PP，PE，PEEK等confidentialq摩擦磨耗特性优异、具有自润滑性q疲劳强度优异q因为是结晶性材料、耐有机溶剂性、耐油性、耐油脂性、耐无机药品性优良q吸水率低，机械性能及尺寸稳定q不需要增强就可以使用q生产性优异、容易计量qPOM为什么特别适合做齿轮关于塑料齿轮confidentialq收缩率(模数)误差･･･设计外径值与实际外径值有差异q圆筒精度不良･･･鼓状变形、半开式变形q真圆精度不良･･･浇口位置、筋的设置引起多角形变形q齿形误差･･･压力角误差、齿形形状误差q齿线误差･･･螺旋角误差、齿线形状误差q齿距误差･･･单一、邻接、累积、径向跳动q轴偏心･･･同心度、同轴度制造POM高精度齿轮遇到的问题confidential制造POM高精度齿轮遇到的问题中心轴偏差模数误差设计尺寸实际尺寸收缩率的误差实际与预估的收缩率的差异后收缩引起的尺寸误差模具构造的原因真圆度不良浇口、熔接线部分的收缩率不均一轮辐部分收缩过大圆柱度不良confidential齿筋误差（螺旋角误差/齿筋形状误差）-10-505101520ROOTTIP歯形誤差(μm)压力角误差齿形形状误差测量范围理论线-100102030405060BOTTOMTOP歯形誤差(μm)螺旋角误差齿筋形状误差测量范围理论线歯筋誤差表面粗糙齿轮模具的加工精度不良表面的S形变形(特别是斜齿轮)齿形误差（压力角误差/齿形形状误差）齿形误差齿筋误差制造POM高精度齿轮遇到的问题confidential不均匀胶厚形状中不均匀的收缩率分布收缩引起变形高精度化的障害高精度化工作需要技术Ø収縮率誤差Ø円筒精度不良Ø真円精度不良Ø歯形誤差Ø歯线誤差Ø间距誤差p成形収縮･･･成形過程中収縮p後収縮･･･経時変化中収縮制造POM高精度齿轮遇到的问题confidential齿轮测试仪器与其特性pJIS齿轮测试机pJGMA齿轮测试机p真圆度/圆柱度测量仪这些仪器用来测量齿轮精度和旋转精度。confidential测量齿轮的各个参数的理论值与实际值的误差。判读JIS等级（0级-8级，8级）(JIS1702B1976)p齿形误差压力角误差、齿形形状误差p齿筋误差螺旋角误差、齿筋形状误差p齿距误差单一齿距误差、相邻齿距误差、累计齿距误差等齿筋误差测定位置TOPBOTTOM齿根齿顶齿形误差测定位置RightLeft误差p测定概要qJIS齿轮测试机齿轮测试仪器与其特性confidential-10-505101520ROOTTIP歯形誤差(μm)压力角误差.齿形形状误差测量范围理论线-100102030405060BOTTOMTOP歯形誤差(μm)螺旋角误差齿筋形状误差测量范围Designedline歯筋誤差齿筋形状测定位置TOPBOTTOM齿根齿顶齿形误差测定位置RightLeftp齿形误差p齿筋误差ProfileDeviationHelixDeviationqJIS齿轮测试机齿轮测试仪器与其特性confidential雷达图表示ネジレ角誤差-10-50510左右μm圧力角誤差05101520左右μm圧力角誤差05101520左圧力角誤差05101520左右μm左右左右螺旋角误差μm圧力角誤差μm例1)齿数为28的斜齿轮例2)齿数为198的斜齿轮轴偏芯三角形的真圆度不良qJIS齿轮测试机齿轮测试仪器与其特性confidential写真4両歯面噛み合い試験待测齿轮和标准齿轮啮合时测量中心距的变化，进而来判断JGMA等级0-6级以及级别外。标准齿轮测试齿轮JGMA齿轮测试机记录固定运动噛合い誤差(μm)径向综合总偏差一齿径向综合偏差p一齿径向综合偏差p径向综合总偏差qJGMA齿轮测量机（齿轮双啮仪）----径向综合总偏差，一齿径向综合偏差p测定概要RadialCompositeDeviation(μm)齿轮测试仪器与其特性confidentialp齿顶圆外径p真圆度p圆柱度p轴精度当待测齿轮旋转时，探针可以精确测量齿顶圆外径和真圆度。在齿宽方向上测量多点，就可知其圆柱度。q真圆度/圆柱度测量p测定概要齿轮测试仪器与其特性confidentialq主要影响因素Ø影响齿轮精度的主要因素q模具设计Ø精确反映材料对齿轮的收缩率Ø浇口位置Ø其他q产品设计Ø影响真圆度和圆柱度的几个要点Ø加强筋的设置与形状设计Ø设置加强筋的通用方法Ø大尺寸齿轮加强筋的设计Ø轮辐位置的影响Ø螺旋角的设计Ø壁厚的优化平衡Ø段差式（楼梯式）轮辐的设置方法第二章高精度齿轮设计指南confidentialq注塑成型Ø注塑成型时候的注意点Ø调整注塑压力来适当调节收缩率q材料的选择Ø聚甲醛(Duracon)Ø高流动和低各向异性材料的材料，适于制造高精度齿轮Ø后收缩引起的尺寸变化Ø共聚聚甲醛和均聚聚甲醛的区别q总结第二章高精度齿轮设计指南confidential高精度模具产品设计材料注塑成型评价技术合适的收缩率模具的加工精度浇口位置中心模芯的冷却模温控制加强筋/齿幅/轮辋优化产品厚度压缩注塑浇口封闭注塑成型的稳定性成型条件优化流动性刚性滑动性尺寸稳定性实验模JIS测量JGM测量真圆度与圆柱度测量齿轮单啮测量仪q影响齿轮精度的主要因素影响因素confidential设计基圆圆心设计压力角压力角误差为0q选择合适的收缩率(ex.M90-44：18～22/1000)模具设计●如果预估的收缩率出现偏差齿形误差尺寸小的压力角压力角误差大confidential模具设计●如果收缩率错误齿筋误差实际情况：小齿轮的螺旋角设计的螺旋角测量位置:节圆测量位置:齿顶螺旋角误差0螺旋角误差大q选择合适的收缩率(ex.M90-44：18～22/1000)confidential模具设计q精确反映材料对模具的收缩率(ex.M90-44：18～22/1000)＜齿轮参数＞模数：1齿数：28压力角：20°螺旋角：20°节径：29.797mm外径：31.747mm齿宽：15mm●如果收缩率错误模数差异齿形误差齿筋误差M⊿S(%)⊿α(μm)等级⊿β(μm)等级1.002-0.2-114-921.001-0.1-62-501.000000000.9990.162500.9980.211492confidential0204060p填充模式p设置三个点浇口在轮辐上p齿筋误差雷达图q浇口位置的影响~在轮辐上设置浇口~模具设计●浇口位置confidentialp填充模式p设置三个点浇口在轮毂上●浇口位置6002040p齿筋误差雷达图模具设计q浇口位置的影响~在轮毂上设置浇口~confidentialp模穴数⇒模穴数少有利→随着模穴数增加，齿轮的精度下降。q其他模具设计1出11出4(受充填模式、水路设计引起的模温不均一的影响)confidentialq其他模具设计定模动模p水路的设计⇒尽可能多地设置水路，注意冷却效率。(特别是对于成型周期快的产品)水路confidentialp水路设计⇒设置尽可能多的水路，考虑冷却效率（理想的水路是圆形）q其他模具设计Cavity水路Cavity水路Cavity水路confidentialp中心模芯的冷却⇒必须(一般空气冷即可)q其他模具设计必须设置水、空气冷却的构造confidential●真圆度●圆柱度q影响真圆度和圆柱度的因素产品设计齿筋误差(μm)浇口的影响(3个点浇口)020406080浇口方向加强筋的影响(6条加强筋)02550加强筋方向鼓形上面大下面大confidential05101520三角筋一般加强筋无加强筋0101520q加强筋的形状和设置形状如果需要，加强筋与轮毂连接。不可与轮辋连接。0510152025齿形误差(μm)轮辋轮毂轮辐加强筋产品设计加强筋confidential05101520250510152001015206条加强筋12条加强筋无加强筋齿筋误差(μm)●需要增加刚性和平面度精度的时候，可以设置多条加强筋。设置多条加强筋可以适当改善真圆度。产品设计q加强筋的形状和设置形状confidential圆周加强筋交替加强筋加强筋不接触轮辋如果交替设置加强筋，填充的均衡性提高，即真圆度改善。产品设计q加强筋的形状和设置形状confidential020406080020406080一般轮辐段差式（楼梯式）轮辐齿筋误差(μm)q段差轮辐的设置方法(用于各向异性大的材料的齿轮高精度化)迟滞效应产品设计confidentialq轮辐位置的影响●轮辐在一侧轮辐方向收缩大齿筋误差分布右侧齿面左侧齿面底端顶端1020300-10-10010-20-30产品设计confidential●轮辐在中间齿筋误差分布右侧齿面左侧齿面底端顶端1020300-10-10010-20-30q轮辐位置的影响产品设计confidential螺旋角误差05101520253035051015202530设计的螺旋角(°)螺旋角误差(μm)q螺旋角设计从高精度化的容易程度、齿轮的啮合率等考虑，15度左右的螺旋角较好。产品设计confidential轮辐厚度轮辋厚度齿厚模数×π/2q尺寸平衡优化齿厚:轮辋:轮辐＝1:0.8:1轮辋较薄标准轮辋轮辋较厚Ex.)注：模数为1，齿轮直径为30mm产品设计confidential1.01.51.81.53.01.5齿形误差压力角误差齿形形状误差齿筋误差螺旋角误差齿筋形状误差-1001020304050误差(μm)轮辐轮辋模数:1.0齿厚:1.6模数:固定轮辋:固定轮辐:变动产品设计q尺寸平衡优化轮辐轮辋齿厚齿厚:轮辋:轮辐＝1:0.8:11.6:1.5:10.9:0.8:10.5:0.5:1confidential模数=1.0轮辋=1.5轮辐=1.8模数=1.0轮辋=2.0轮辐=1.8模数=1.0轮辋=2.5轮辐=1.8产品设计q尺寸平衡优化轮辐轮辋齿厚齿厚:轮辋:轮辐＝1:0.8:1轮辋:轮辐＝0.83:1轮辋:轮辐＝1.11:1轮辋:轮辐＝1.39:1confidential注塑成型q注塑成型要点p遵循POM注塑成型的一般程序。保压压力要维持到浇口封闭以后p考虑连续成型的安定性。量产时减小尺寸的差异。p设定高模温减小产品的后收缩p从制作试验模开始固定成型条件。confidential浇口封闭时间浇口封闭时间注射+保压时间≧浇口封闭时间［浇口封闭以前］产品内部的一些材料移动到流道高的压力低的压力［浇口封闭以后］保持内部压力熔融树脂维持在产品内部保证注射+保压时间大于浇口封闭时间，对产品质量至关重要！收缩不平衡翘曲等一系列的不良问题稳定的质量:重量、尺寸注塑成型confidential如何确定浇口封闭时间?→当（注塑+保压）时间变化时，确认产品（不包含流道和浇口）的重量注：多腔时，应多腔产品一起称重→调整保压时间时，应保证[（注射+保压）时间+冷却时间]为一固定值浇口封闭时间浇口封闭时间==当产品重量稳定时的（注塑当产品重量稳定时的（注塑++保压）时间保压）