Kunststoffzahnräder werden immer größer, haben eine komplexere Geometrie und eine höhere Festigkeit, wobei Hochleistungsharze und mit Langglasfasern gefüllte Verbundwerkstoffe eine wichtige Rolle spielen. In den letzten 50 Jahren haben sich Kunststoffzahnräder von einem neuen Material zu einem wichtigen Industriewerkstoff entwickelt.

Heute werden sie in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt, wie z. B. in Autos, Uhren, Nähmaschinen, Strukturkontrollgeräten und Raketen, um Drehmoment und Bewegungsform zu übertragen. Zusätzlich zu den bestehenden Anwendungen werden auch weiterhin neue und schwierigere Anwendungen für Zahnräder entstehen, und dieser Trend ist noch nicht abgeschlossen.

Die Automobilindustrie hat sich zu einem der am schnellsten wachsenden Bereiche für Kunststoffgetriebe entwickelt, und dieser erfolgreiche Wandel ist ermutigend. Die Autohersteller versuchen, Hilfssysteme für alle Arten von Autoantrieben zu finden.

Sie benötigen Motoren und Getriebe anstelle von Kraft, Hydraulik oder Kabeln. Dieser Wandel hat dazu geführt, dass sich Kunststoffgetriebe in einer Vielzahl von Anwendungen durchgesetzt haben, von Aufzugstüren, Sitzen und Verfolgungsscheinwerfern bis hin zu Bremsaktuatoren, elektrischen Drosselsegmenten, Turbinenreglern und mehr.

Die Anwendung von Kunststoffgetrieben wird weiter ausgebaut. Präzisionszahnräder aus Kunststoff werden häufig als Ersatz für bearbeitete Metallzahnräder in Anwendungen verwendet, die große Abmessungen erfordern, wie z. B. Waschmaschinenantriebe, bei denen Kunststoff verwendet wird, wodurch sich die Größengrenze von Zahnrädern ändert.

Kunststoffgetriebe werden auch in vielen anderen Anwendungen eingesetzt, z. B. als schwingungsdämpfende Antriebe in Lüftungs- und Klimaanlagen (HVAC), als Ventilantriebe in Strömungsanlagen, als automatische Wäscher in Gemeinschaftsräumen, als Leistungsschrauber zur Oberflächenstabilisierung in Kleinflugzeugen sowie als Schrauben- und Gewichtsmesser und Kontrollgeräte in militärischen Anwendungen.

Ein großformatiges, hochfestes Kunststoffgetriebe

Aufgrund der Vorteile der Kunststoff-Getriebeformteil die größer geformt werden können, eine hohe Präzision und hohe Festigkeit aufweisen, ist ein wichtiger Grund für die Entwicklung von Kunststoffgetrieben.

Es ist eine Herausforderung, eine Getriebekonfiguration zu entwerfen, die die Übertragungsleistung maximiert und gleichzeitig Übertragungsfehler und Geräusche minimiert. Dies erfordert eine hohe Bearbeitungsgenauigkeit für die Konzentrizität, die Zahnform und andere Merkmale des Zahnrads.

Einige Schrägstirnräder erfordern komplexe Formgebungsvorgänge zur Herstellung des Endprodukts, während andere Kernzähne in dickeren Teilen erforderlich sind, um die Schrumpfung zu verringern.

Während viele Spritzgießen Nachdem die Fachleute die Fähigkeit erlangt haben, die neue Generation von Kunststoffzahnrädern mit den modernsten Polymerwerkstoffen, Anlagen und Verarbeitungstechniken herzustellen, besteht eine echte Herausforderung für alle Verarbeiter darin, dieses gesamte Hochpräzisionsprodukt zu montieren.

Die Schwierigkeit der Kontrolle

Die zulässigen Toleranzen für Hochpräzisionszahnräder sind im Allgemeinen schwer als "gut" zu bezeichnen, wie die American Plastics Industry Association (SPI) angibt.

Doch heute verwenden die meisten Gießereiexperten DIE NEUESTE Spritzgießen Maschinen, die mit Maschinensteuerungseinheiten ausgestattet sind, die die Präzision der Formgebungstemperatur, des Einspritzdrucks und anderer Variablen in einem komplexen Fenster steuern, um präzise Zahnräder zu formen.

Einige Verzahnungsspezialisten verwenden einen fortschrittlicheren Ansatz, indem sie Temperatur- und Drucksensoren in den Kavitäten anbringen, um die Konsistenz und Wiederholbarkeit zu verbessern.

Die Hersteller von Kunststoffzahnrädern müssen auch spezielle Prüfgeräte einsetzen, wie z. B. doppelzahnige Seitenwalzdetektoren zur Kontrolle der Zahnradqualität und computergesteuerte Detektoren zur Beurteilung der Zahnradoberfläche und anderer Merkmale. Doch die richtige Ausrüstung ist nur der Anfang.

Wer in die Branche der Präzisionsgetriebe einsteigen will, muss auch seine Spritzgießen Umgebung, um sicherzustellen, dass sie Zahnräder produzieren, die bei jedem Einspritzvorgang und in jeder Kavität so konsistent wie möglich sind.

Da das Verhalten der Mechaniker oft der entscheidende FAKTOR bei der Herstellung von Präzisionswerkzeugen ist, MÜSSEN sie sich auf die Schulung ihrer Mitarbeiter und die Kontrolle des Arbeitsprozesses konzentrieren.

Da die Größe des Getriebes jahreszeitlich bedingten Temperaturschwankungen unterliegt und selbst Temperaturschwankungen, die durch das Öffnen der Tür und das Vorbeifahren eines Gabelstaplers verursacht werden, die Maßhaltigkeit des Getriebes beeinträchtigen können, ist die Spritzgießhersteller muss die Umgebungsbedingungen im Gießereibereich streng kontrollieren.

Weitere Faktoren, die zu berücksichtigen sind, sind eine stabile Stromversorgung, geeignete Trocknungsgeräte, die die Temperatur und Feuchtigkeit des Polymers kontrollieren, und ein Kühlgerät mit konstantem Luftstrom.

In einigen Fällen wird eine automatische Technologie eingesetzt, um das Zahnrad in einem einzigen, sich wiederholenden Vorgang aus der Formgebungsposition zu entfernen und es auf die Transfereinheit zu legen, um dieselbe Kühlmethode zu erreichen.

Wichtige Schritte beim Abkühlen der Form

Die Bearbeitung von Hochpräzisionsteilen ist mit den Anforderungen der allgemeinen Formgebung zu vergleichen, bei der den Details und den zur Erreichung des präzisen Messniveaus erforderlichen Messtechniken mehr Aufmerksamkeit geschenkt werden muss.

Dieses Werkzeug muss sicherstellen, dass die Spritzgießtemperatur und die Abkühlungsgeschwindigkeit in der Kavität sind bei jedem Guss gleich. Das häufigste Problem bei der Präzisionszahnradbearbeitung ist der Umgang mit der symmetrischen Kühlung von Zahnrädern und der Konsistenz der einzelnen Formhohlräume.

Präzisionszahnradformen haben im Allgemeinen nicht mehr als 4 Kavitäten. Da die erste Generation von Werkzeugen nur ein Zahnrad mit wenigen spezifischen Anweisungen herstellte, wurden häufig Zahneinlagen verwendet, um die Kosten für das Nachschneiden zu senken.

Präzisionszahnräder werden mit einem Anschnitt in der Mitte des Zahnrads gespritzt. Mehrere Anschnitte führen leicht zur Bildung von Fusionslinien, verändern die Druckverteilung und Schrumpfung und beeinträchtigen die Zahnradtoleranz.

Da bei glasfaserverstärkten Materialien die Fasern radial entlang der Schweißlinie angeordnet sind, kann es bei der Verwendung mehrerer Anschnitte leicht zu einer "Kollision" mit exzentrischen Radien kommen.

Ein Gießereiexperte kann die Verformung der Zahnrille kontrollieren und eine kontrollierbare, konsistente und gleichmäßige Schrumpfung des Produkts erreichen, die auf einer guten Ausrüstung, dem Gießereidesign, der Dehnungsfähigkeit des verwendeten Materials und den Verarbeitungsbedingungen basiert.

Bei der Umformung müssen die Temperatur der Umformfläche, der Einspritzdruck und der Abkühlungsprozess genau kontrolliert werden.

Weitere wichtige Faktoren sind Wandstärke, Größe und Lage des Anschnitts, Art, Menge und Richtung der Packung, Durchflussmenge und Eigenspannung der Form.

Die gängigsten Kunststoffzahnräder sind geradverzahnte, zylindrische Schneckenräder und schrägverzahnte Zahnräder. Fast alle Zahnräder aus Metall können auch aus Kunststoff hergestellt werden.

Zahnräder werden in der Regel durch einen geteilten Formhohlraum geformt. Bei der Bearbeitung von Schrägstirnrädern muss das Zahnrad oder der Zahnkranz, der die Zähne bildet, während des Einspritzens gedreht werden, weshalb auf die Details geachtet werden muss.

Das Schneckenrad erzeugt beim Laufen weniger Geräusche als eine gerade Verzahnung, und nach dem Umformen wird es durch Herausdrehen aus dem Hohlraum oder mit Hilfe mehrerer Schiebemechanismen entfernt. Wird ein Schiebemechanismus verwendet, muss dieser mit hoher Präzision arbeiten, um offensichtliche Spaltstiche am Zahnrad zu vermeiden.

Neues Verfahren und neues Harz

Derzeit werden fortschrittlichere Verfahren zur Herstellung von Kunststoffzahnrädern entwickelt. Zum Beispiel, die zweite Spritzgießen Methode, durch das Design eines elastischen Körpers zwischen der Radwelle und den Zähnen, macht das Getriebe mehr ruhig laufen, wenn das Getriebe plötzlich aufhört zu laufen, kann besser absorbieren die Vibration, und vermeiden Sie Schäden an den Zähnen.

Die Achsen können auf andere Materialien umgeformt werden, wobei die Wahl zwischen flexibleren oder hochwertigeren, selbstschmierenden Verbundwerkstoffen besteht.

Gleichzeitig werden die gasunterstützte Methode und Spritzprägen Methode wurde untersucht, um die Qualität der Verzahnung und die Gesamtpräzision des Getriebes zu verbessern und innere Spannungen zu verringern.

Neben dem Zahnrad selbst müssen die Gießer auch auf die Konstruktionsstruktur des Zahnrads achten.

Die Position der Getriebewellen in der Struktur muss linear ausgerichtet sein, um sicherzustellen, dass die Zahnräder in einer geraden Linie laufen, auch wenn sich die Last und die Temperatur ändern, so dass die Maßhaltigkeit und Genauigkeit der Struktur sehr wichtig sind.

Um dem Rechnung zu tragen, sollten Getriebestrukturen mit einer gewissen Steifigkeit aus Materialien wie glasfaserverstärkten Werkstoffen oder mineralgefüllten Polymeren hergestellt werden.

Im Bereich der Herstellung von Präzisionszahnrädern bietet das Aufkommen einer Reihe von technischen Thermoplasten mehr Möglichkeiten als je zuvor.

Die am häufigsten verwendeten Materialien wie Acetal, PBT und Polyamid können Getriebe mit hervorragender Fettbeständigkeit, Verschleißfestigkeit, Glätte, hoher Tangentialspannungsfestigkeit und Widerstandsfähigkeit gegen die durch den Betrieb von Kolbenmotoren verursachten Vibrationsbelastungen herstellen.

Für kristalline Polymer muss bei einer ausreichend hohen Temperatur gebildet werden, um die vollständige Kristallisation des Materials zu gewährleisten, da sonst bei der Verwendung durch den Temperaturanstieg über die Formtemperatur, das Material tritt sekundäre Kristallisation und führen zu spritzgegossen Änderung der Zahnradgröße.

Acetal, als ein wichtiger Spritzguss-Kunststoff Material für die Herstellung von Zahnrädern, wird seit mehr als 40 Jahren in der Automobilindustrie, in Haushaltsgeräten, in der Bürotechnik und in anderen Bereichen eingesetzt.

Seine Größenstabilität und hohe Ermüdungsfestigkeit und chemische Beständigkeit können Temperaturen von bis zu 90 ° C und mehr standhalten. Im Vergleich zu Metall und anderen Kunststoffen hat es hervorragende Schmiereigenschaften.

PBT-Polyester kann eine sehr glatte Oberfläche, die maximale Betriebstemperatur kann 150℃ ohne Füllung Änderung erreichen, und die Glasfaser verstärkte Produkt Betriebstemperatur kann 170℃ erreichen. Es funktioniert gut im Vergleich mit Acetal, andere Arten von Kunststoffen und Metall-Materialien und wird oft in Getriebe-Strukturen verwendet.

Polyamidwerkstoffe zeichnen sich im Vergleich zu anderen Kunststoffen und Metallwerkstoffen durch eine hohe Zähigkeit und Haltbarkeit aus und werden häufig für die Konstruktion von Turbinengetrieben und Getrieberahmen verwendet.

Die Betriebstemperatur von Polyamid-Getrieben beträgt bis zu 150℃, wenn sie nicht gefüllt sind, und die Betriebstemperatur von glasfaserverstärkten Produkten beträgt bis zu 175℃.

Polyamide haben jedoch die Eigenschaft, hygroskopisch zu sein oder Schmiermittel zu enthalten, was zu Größenschwankungen führt, so dass sie für den Einsatz im Bereich der Präzisionsgetriebe ungeeignet sind.

Polyphenylensulfid (PPS) hat eine hohe Härte, Dimensionsstabilität, Ermüdungsfestigkeit und chemische Beständigkeit bis zu 200 °C. Seine Anwendung dringt in den Bereich der anspruchsvollen Arbeitsbedingungen, der Automobilindustrie und anderer Endanwendungen vor.

Die Herstellung von Präzisionszahnrädern aus Flüssigkristallpolymer (LCP) hat eine gute Maßhaltigkeit. Es verträgt Temperaturen bis zu 220 °C und hat eine hohe chemische Beständigkeit und geringe Schrumpfungsänderungen. Das Kunststoffmaterial wurde zur Herstellung von Zahnrädern mit einer Zahndicke von etwa 0,066 mm verwendet, was 2/3 des Durchmessers eines menschlichen Haares entspricht.

Die Elastizität der Thermoplaste sorgt für einen ruhigeren Lauf des Getriebes und macht es flexibler, so dass es Stoßbelastungen gut absorbieren kann. Zum Beispiel kann ein Getriebe mit geringer Leistung und hoher Schluckgeschwindigkeit aus Copolyester

Thermoplastische Elastomere erlauben gewisse Abweichungen bei ausreichender Formstabilität und Härte und reduzieren gleichzeitig das Betriebsgeräusch. Ein Beispiel für eine solche Anwendung ist das in Vorhangantrieben verwendete Getriebe.

Materialien wie Polyethylen, Polypropylen und Polyethylen mit ultrahohem Molekulargewicht wurden auch für die Herstellung von Zahnrädern in Umgebungen mit relativ niedrigen Temperaturen, korrosiven Chemikalien oder hohem Verschleiß verwendet. Andere polymere Werkstoffe wurden ebenfalls in Erwägung gezogen, unterliegen jedoch vielen strengen Beschränkungen bei Getriebeanwendungen;

Polycarbonat hat eine schlechte Schmierung, chemische Beständigkeit und Ermüdungsbeständigkeit. ABS- und LDPE-Materialien erfüllen in der Regel nicht die Anforderungen an Schmierung, Ermüdungsfestigkeit, Dimensionsstabilität, Hitzebeständigkeit, Kriechfestigkeit und andere Leistungsanforderungen von Präzisionsgetrieben. Die meisten dieser Polymere werden in konventionellen, niedrig belasteten oder langsam laufenden Getriebeanwendungen eingesetzt.

Der Vorteil der Verwendung von Kunststoffzahnrädern

Im Vergleich zu Kunststoffzahnrädern gleicher Größe funktionieren metallgefertigte Kunststoffzahnräder gut und weisen eine gute Maßstabilität bei Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen auf. Im Vergleich zu metallischen Werkstoffen haben Kunststoffe jedoch viele Vorteile in Bezug auf Kosten, Design, Verarbeitung und Leistung.

Die inhärente Designfreiheit des Kunststoffspritzgusses gewährleistet eine effizientere Zahnradherstellung als der Metallspritzguss.

Innenzahnräder, Zahnradsätze, Schneckenräder und andere Produkte können spritzgegossen aus Kunststoff, der sich nur schwer zu einem vernünftigen Preis aus Metallwerkstoffen formen lässt. Kunststoffzahnräder werden in einem breiteren Spektrum von Anwendungen eingesetzt als Metallzahnräder, so dass sie höhere Lasten tragen und mehr Leistung erbringen können.

Kunststoffzahnräder sind auch ein wichtiges Material, um die Anforderungen an einen niedrigen und leisen Betrieb zu erfüllen, was eine hohe Präzision, eine neue Zahnform und eine ausgezeichnete Schmierfähigkeit oder Flexibilität der Materialien erfordert.

Zahnräder aus Kunststoff erfordern im Allgemeinen keine Nachbearbeitung, so dass die Kosten im Vergleich zu gestanzten und maschinell hergestellten Metallzahnrädern garantiert um 50% bis 90% reduziert werden können.

Kunststoffzahnräder sind leichter und träger als Stirnradzahnräder aus Metall und können in Umgebungen eingesetzt werden, in denen sie im Gegensatz zu Metallzahnrädern korrosions- und zersetzungsanfällig sind, z. B. bei Wasserzählern und der Steuerung von Chemieanlagen.

Im Gegensatz zu Metallzahnrädern können Kunststoffzahnräder Stoßbelastungen durch Verformung absorbieren und die durch die Wellendurchbiegung und -verformung verursachten lokalen Laständerungen besser verteilen.

Die inhärenten Schmiereigenschaften vieler Kunststoffe machen sie zu idealen Getriebematerialien für Drucker, Spielzeuge und andere Betriebsmechanismen mit geringer Belastung, die keine Schmiermittel enthalten. Neben dem Betrieb in einer trockenen Umgebung können die Zahnräder auch mit Fett oder Öl geschmiert werden.

Die Aufwertung von Materialien

Bei der Spezifikation von Innenverzahnungen und Konstruktionswerkstoffen sollte die wichtige Rolle von Fasern und Füllstoffen für die Eigenschaften von Harzwerkstoffen berücksichtigt werden.

Wenn beispielsweise Acetal-Copolymer mit 25%-Kurzglasfasern (2 mm oder weniger) gefüllt wird, erhöht sich seine Zugfestigkeit um das Zweifache und seine Härte bei hohen Temperaturen um das Dreifache.

Die Verwendung von langen Glasfasern (10 mm oder weniger) verbessert die Festigkeit, Kriechfestigkeit, Dimensionsstabilität, Zähigkeit, Härte, Verschleiß und vieles mehr.

LFRP-verstärkte Werkstoffe werden aufgrund der erforderlichen Härte und der guten kontrollierten thermischen Ausdehnungseigenschaften zu einem attraktiven Kandidaten für große Getriebe- und Strukturanwendungen.