Los engranajes de plástico están evolucionando hacia tamaños más grandes, geometrías más complejas y mayor resistencia, y las resinas de alto rendimiento y los compuestos largos rellenos de fibra de vidrio desempeñan un papel importante. En los últimos 50 años, los engranajes de plástico han pasado de ser un material nuevo a convertirse en un importante material industrial.

Hoy en día están integradas en muchas aplicaciones diferentes, como automóviles, relojes, máquinas de coser, dispositivos de control estructural y misiles, para transferir par y forma de movimiento. Además de las aplicaciones existentes, seguirán surgiendo otras nuevas y más difíciles, y esta tendencia sigue en marcha.

La industria automovilística se ha convertido en uno de los sectores de mayor crecimiento de los engranajes de plástico, y este éxito es alentador. Los fabricantes de automóviles tratan de encontrar sistemas auxiliares para todo tipo de accionamientos.

Necesitan motores y engranajes en lugar de energía, hidráulica o cables. Este cambio ha propiciado la penetración de los engranajes motorizados de plástico en una amplia gama de aplicaciones, desde puertas de ascensor, asientos y faros de seguimiento hasta actuadores de freno, segmentos de acelerador eléctrico, reguladores de turbina, etc.

La aplicación de los engranajes de plástico se amplía aún más. Los engranajes de plástico de precisión se utilizan a menudo para sustituir a los engranajes metálicos mecanizados en aplicaciones en las que se requieren grandes tamaños, como los accionamientos de lavadoras que utilizan plástico, lo que cambia el límite de tamaño de los engranajes.

Los engranajes de plástico también se utilizan en muchas otras aplicaciones, como accionamientos antivibratorios en sistemas de ventilación y aire acondicionado (HVAC), accionamientos de válvulas en instalaciones de flujo, depuradores automáticos en salas comunes, atornilladores de potencia para estabilización de superficies en aeronaves pequeñas, y medidores de tornillo y peso y dispositivos de control en aplicaciones militares.

Un engranaje de plástico de gran tamaño y alta resistencia

Debido a las ventajas de moldeo de engranajes de plástico que puede moldearse más grande, con características de alta precisión y alta resistencia, es una razón importante para el desarrollo de los engranajes de plástico.

Diseñar una configuración de engranajes que maximice la potencia de transmisión y minimice al mismo tiempo los errores y el ruido es todo un reto. Para ello se requiere una gran precisión de mecanizado en la concentricidad, la forma de los dientes y otras características del engranaje.

Algunos engranajes helicoidales pueden requerir complejas acciones de conformado para fabricar el producto final, mientras que otros necesitan dientes centrales en piezas más gruesas para reducir la contracción.

Aunque muchos moldeo por inyección especialistas han logrado la capacidad de producir la nueva generación de engranajes de plástico utilizando los materiales poliméricos, equipos y técnicas de procesamiento más avanzados, un verdadero reto para todos los procesadores será cómo encajar todo este producto de alta precisión.

La dificultad del control

Las tolerancias permitidas para los engranajes de alta precisión son, por lo general, difíciles de calificar de "buenas", tal y como afirma la Asociación Americana de la Industria del Plástico (SPI).

Pero hoy en día la mayoría de los expertos en moldeo UTILIZAN LO ÚLTIMO moldeo por inyección máquinas equipadas con unidades de control de mecanizado que controlan la precisión de la temperatura de moldeo, la presión de inyección y otras variables en una compleja ventana para dar forma a engranajes precisos.

Algunos especialistas en formación de engranajes utilizan un enfoque más avanzado, colocando sensores de temperatura y presión en las cavidades para mejorar la consistencia y la repetibilidad.

La inspección de los fabricantes de engranajes de plástico también necesita utilizar equipos de inspección especializados, como detectores de rodamiento lateral de doble diente para controlar la calidad de los engranajes, y detectores controlados por ordenador para evaluar las superficies de los dientes de los engranajes y otras características. Pero disponer del equipo adecuado es sólo el principio.

Los que intentan entrar en la industria de los engranajes de precisión también deben ajustar sus moldeo por inyección para garantizar que producen engranajes lo más uniformes posible en cada inyección y en cada cavidad.

Dado que el comportamiento de los mecánicos ES a menudo el FACTOR decisivo en LA producción de engranajes de precisión de moldes, DEBEN centrarse en la formación de sus empleados y en el control del proceso de operación.

Debido a que el tamaño del engranaje es susceptible a los cambios estacionales de temperatura, e incluso las fluctuaciones de temperatura causadas por abrir la puerta y dejar pasar una carretilla elevadora pueden afectar a la precisión dimensional del engranaje, la fabricante de moldeo por inyección necesita controlar estrictamente las condiciones ambientales en la zona de moldeo.

Otros factores a tener en cuenta son una fuente de alimentación estable, un equipo de secado adecuado que controle la temperatura y la humedad del polímero y una unidad de refrigeración con un flujo de aire constante.

En algunos casos, se utiliza tecnología automática para retirar el engranaje de la posición de conformado y colocarlo en la unidad de transferencia en una única acción repetitiva para lograr el mismo método de enfriamiento.

Pasos importantes del enfriamiento del moldeo

El mecanizado de piezas de alta precisión se compara con los requisitos del procesamiento de moldeo general, que necesita prestar más atención a los detalles y a las técnicas de medición necesarias para alcanzar el nivel de medición preciso.

Esta herramienta debe garantizar que el temperatura de moldeo por inyección y la velocidad de enfriamiento en la cavidad son los mismos para cada moldeo. El problema más común en el mecanizado de engranajes de precisión es cómo tratar el enfriamiento simétrico del engranaje y la consistencia de cada cavidad del molde.

Las matrices de engranajes de precisión no suelen tener más de 4 cavidades. Dado que la primera generación de moldes producía una sola rueda dentada con pocas instrucciones específicas, a menudo se utilizaban insertos de dientes para reducir el coste del tallado secundario.

Los engranajes de precisión se inyectarán desde una compuerta situada en el centro del engranaje. Varias compuertas forman fácilmente líneas de fusión, modifican la distribución de la presión y la contracción, y afectan a la tolerancia del engranaje.

En el caso de los materiales reforzados con fibra de vidrio, como la fibra está dispuesta radialmente a lo largo de la línea de soldadura, es fácil que se produzca una "colisión" de radios excéntricos cuando se utilizan varias compuertas.

Un experto en moldeo puede controlar la deformación de la ranura dentada y obtener una capacidad de contracción controlable, consistente y uniforme del producto basándose en un buen equipo, diseño de moldeo, capacidad de estiramiento del material utilizado y condiciones de procesamiento como premisa.

Durante el conformado, es necesario controlar con precisión la temperatura de la superficie de conformado, la presión de inyección y el proceso de enfriamiento.

Otros factores importantes son el grosor de la pared, el tamaño y la ubicación de la compuerta, el tipo de empaquetadura, la cantidad y la dirección, el caudal y la tensión interna de formación.

Los engranajes de plástico más comunes son los de dientes rectos, los de tornillo sin fin cilíndrico y los helicoidales. Casi todos los engranajes de metal pueden fabricarse en plástico.

Los engranajes suelen conformarse mediante una cavidad de matriz partida. Al mecanizar engranajes helicoidales, dado que el engranaje o el anillo de engranaje que forma los dientes debe girar durante la inyección, debe prestarse atención a sus detalles.

El engranaje helicoidal produce menos ruido que los dientes rectos al funcionar y, tras el conformado, se retira girando hacia fuera de la cavidad o utilizando varios mecanismos deslizantes. Si se utiliza un mecanismo de deslizamiento, debe accionarse con gran precisión para evitar puntos de separación evidentes en el engranaje.

Nuevo proceso y nueva resina

Se están desarrollando métodos más avanzados de conformado de engranajes de plástico. Por ejemplo, el segundo moldeo por inyección método, a través del diseño de un cuerpo elástico entre el eje de la rueda y los dientes, hace que el engranaje funcione más silenciosamente, cuando el engranaje deja de funcionar de repente, puede absorber mejor la vibración, y evitar daños a los dientes.

Los ejes se pueden remodelar con otros materiales, pudiendo elegir entre compuestos más flexibles o más valiosos y autolubricantes.

Al mismo tiempo, el método asistido por gas y moldeo por inyección y compresión como método para mejorar la calidad de los dientes del engranaje y la precisión general del engranaje y reducir la tensión interna.

Además del engranaje en sí, el personal de moldeado también debe prestar atención a la estructura de diseño del engranaje.

La posición de los ejes de los engranajes en la estructura debe alinearse linealmente para garantizar que los engranajes funcionen en línea recta, aunque cambien la carga y la temperatura, por lo que la estabilidad dimensional y la precisión de la estructura son muy importantes.

Para tenerlo en cuenta, las estructuras de los engranajes con cierta rigidez deben fabricarse con materiales como los reforzados con fibra de vidrio o polímeros rellenos de minerales.

Ahora, en el campo de la fabricación de engranajes de precisión, la aparición de una gama de termoplásticos de ingeniería ofrece más opciones que nunca.

Los MATERIALES MÁS COMUNMENTE UTILIZADOS, COMO EL ACETAL, EL PBT Y LA POLIAMIDA, PUEDEN PRODUCIR EQUIPOS DE ENGRANAJES CON UNA EXCELENTE RESISTENCIA A LA FATIGA, RESISTENCIA AL DESGASTE, LISURA, ALTA RESISTENCIA AL ESFUERZO TANGENCIAL Y CAPACIDAD PARA RESISTIR LAS CARGAS DE VIBRACIÓN CAUSADAS POR EL FUNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES RECÍPROCOS.

Para polímero cristalino debe ser formado a una temperatura lo suficientemente alta como para garantizar la cristalización completa del material, de lo contrario en uso debido a la subida de la temperatura por encima de la temperatura de moldeo, el material se produce la cristalización secundaria y dar lugar a moldeado por inyección cambio de tamaño de los engranajes.

El acetal, como plástico moldeado por inyección material de fabricación de engranajes, ha sido ampliamente utilizado en automóviles, electrodomésticos, equipos de oficina y otros campos durante más de 40 años.

Su estabilidad de tamaño y alta resistencia a la fatiga y a los productos químicos puede soportar temperaturas de hasta 90 ° C y superiores. En comparación con el metal y otros materiales plásticos, tiene excelentes propiedades de lubricación.

El poliéster PBT puede producir una superficie muy lisa, la temperatura máxima de funcionamiento puede alcanzar 150℃ sin modificación del relleno, y la temperatura de funcionamiento del producto reforzado con fibra de vidrio puede alcanzar 170℃. Funciona bien en comparación con el acetal, otros tipos de plásticos y materiales metálicos, y a menudo se UTILIZA EN estructuras de ENGRANAJES.

Los materiales de poliamida, en comparación con otros plásticos y materiales metálicos, tienen las propiedades de buena tenacidad y durabilidad y se utilizan a menudo en el diseño de transmisiones de turbinas y aplicaciones de bastidores de engranajes.

La temperatura de funcionamiento del engranaje de poliamida es de hasta 150℃ cuando no está relleno, y la temperatura de funcionamiento del producto reforzado con fibra de vidrio es de hasta 175℃.

Sin embargo, las poliamidas tienen las características de higroscopicidad o lubricación que dan lugar a variaciones de tamaño, lo que las hace inadecuadas para su uso en el campo de los engranajes de precisión.

El sulfuro de polifenileno (PPS) tiene una gran dureza, estabilidad dimensional, resistencia a la fatiga y resistencia química de hasta 200 ° C. Su aplicación está penetrando en el campo de aplicación de las condiciones de trabajo exigentes, la industria del automóvil y otros usos finales.

La producción de engranajes de precisión de polímero de cristal líquido (LCP) tiene una buena estabilidad dimensional. Puede tolerar temperaturas de hasta 220 ºC y tiene una alta resistencia química y una baja contracción por deformación. El material plástico se ha utilizado para fabricar engranajes con dientes de unos 0,066 mm de grosor, equivalente a 2/3 del diámetro de un cabello humano.

La elasticidad termoplástica permite que el engranaje funcione más silenciosamente, haciéndolo más flexible y capaz de absorber bien las cargas de impacto. Por ejemplo, un engranaje de baja potencia y alta velocidad superficial fabricado con copoliéster

Los elastómeros termoplásticos permiten algunas desviaciones manteniendo una estabilidad dimensional y una dureza adecuadas, al tiempo que reducen el ruido de funcionamiento. Un ejemplo de este tipo de aplicación son los engranajes utilizados en los actuadores de cortinas.

También se han utilizado materiales como el polietileno, el polipropileno y el polietileno de peso molecular ultraalto para la producción de engranajes en entornos de temperaturas relativamente bajas, productos químicos corrosivos o alto desgaste. También se han considerado otros materiales poliméricos, pero están sujetos a muchas restricciones severas en aplicaciones de engranajes;

El policarbonato tiene poca lubricación, resistencia química y resistencia a la fatiga. Los materiales ABS y LDPE no suelen cumplir los requisitos de lubricación, resistencia a la fatiga, estabilidad dimensional, resistencia al calor, resistencia a la fluencia y otros requisitos de rendimiento de los engranajes de precisión. La mayoría de estos polímeros se utilizan en aplicaciones de engranajes convencionales, de baja carga o baja velocidad.

La ventaja de utilizar engranajes de plástico

En comparación con los engranajes de plástico del mismo tamaño, los engranajes de plástico mecanizados con metal funcionan bien y tienen una buena estabilidad dimensional cuando cambian la temperatura y la humedad. Pero comparados con los materiales metálicos, los plásticos tienen muchas ventajas en coste, diseño, procesamiento y rendimiento.

La libertad de diseño inherente al moldeo de plástico garantiza una fabricación de engranajes más eficaz que el moldeo de metal.

Los engranajes interiores, los juegos de engranajes, los engranajes helicoidales y otros productos pueden ser moldeado por inyección de plástico, difícil de moldear a partir de materiales metálicos a un precio razonable. Los engranajes de plástico se utilizan en una gama de aplicaciones más amplia que los metálicos, por lo que empujan a los engranajes a soportar cargas más elevadas y suministrar más potencia.

Los engranajes de plástico también son un material importante para cumplir los requisitos de funcionamiento silencioso y bajo, lo que requiere una alta precisión, una nueva forma del diente y una excelente lubricidad o flexibilidad de los materiales.

LOS ENGRANAJES HECHOS DE PLÁSTICO GENERALMENTE NO REQUIEREN ELABORACIÓN SECUNDARIA, POR LO QUE en comparación con los ENGRANAJES metálicos estampados y fabricados A MÁQUINA, SE GARANTIZA UNA REDUCCIÓN DEL COSTE DE 50% A 90%.

Los engranajes de plástico SON más ligeros e inertes que los engranajes rectos metálicos y pueden utilizarse en entornos en los que, a diferencia de los engranajes metálicos, son propensos a la corrosión y la degradación, como los contadores de agua y el control de equipos químicos.

En comparación con los engranajes metálicos, los engranajes de plástico pueden absorber la carga de impacto mediante la deformación por deflexión, y pueden dispersar mejor los cambios de carga locales causados por la deflexión del eje y la desviación.

Las características de lubricación inherentes a muchos plásticos los convierten en materiales de engranajes ideales para impresoras, juguetes y otros mecanismos de funcionamiento de baja carga, sin incluir lubricantes. Además de funcionar en un entorno seco, los engranajes también pueden lubricarse con grasa o aceite.

La mejora de los materiales

En la especificación de los engranajes internos y los materiales estructurales, debe tenerse en cuenta el importante papel de las fibras y las cargas en las propiedades de los materiales de resina.

Por ejemplo, cuando el copolímero de acetal se rellena con fibra de vidrio corta 25% (2 mm o menos), su resistencia a la tracción aumenta dos veces y su dureza tres veces a altas temperaturas.

El uso de rellenos de fibra de vidrio largos (10 mm o menos) mejora la solidez, la resistencia a la fluencia, la estabilidad dimensional, la tenacidad, la dureza, el desgaste y mucho más.

Los materiales reforzados con LFRP se están convirtiendo en un candidato atractivo para grandes engranajes y aplicaciones estructurales debido a la dureza requerida y las buenas propiedades de expansión térmica controlada.