Les engrenages en plastique évoluent vers des tailles plus grandes, des géométries plus complexes et une plus grande résistance, les résines haute performance et les composites chargés de fibres de verre longues jouant un rôle important. Au cours des 50 dernières années, les engrenages en plastique sont passés du statut de nouveau matériau à celui de matériau industriel important.

Aujourd'hui, ils sont intégrés dans de nombreuses applications différentes, telles que les voitures, les montres, les machines à coudre, les dispositifs de contrôle structurel et les missiles, afin de transférer le couple et la forme du mouvement. Outre les applications existantes, de nouvelles applications d'engrenages plus difficiles vont continuer à voir le jour, et cette tendance est toujours en cours.

L'industrie automobile est devenue l'un des secteurs à la croissance la plus rapide dans le domaine des engrenages en plastique, et cette évolution réussie est encourageante. Les constructeurs automobiles s'efforcent de trouver des systèmes auxiliaires pour tous les types de conduite.

Ils ont besoin de moteurs et d'engrenages plutôt que de puissance, d'hydraulique ou de câbles. Ce changement a conduit à la pénétration des motoréducteurs en plastique dans une large gamme d'applications, depuis les portes d'ascenseur, les sièges et les phares de travelling jusqu'aux actionneurs de frein, aux segments d'accélérateur électrique, aux régulateurs de turbine, et bien plus encore.

Les applications des motoréducteurs en plastique sont de plus en plus nombreuses. Les engrenages de précision en plastique sont souvent utilisés pour remplacer les engrenages métalliques usinés dans les applications nécessitant de grandes dimensions, telles que les entraînements de machines à laver utilisant du plastique, ce qui modifie la limite de taille des engrenages.

Les engrenages en plastique sont également utilisés dans de nombreuses autres applications, telles que les entraînements antivibrations dans les systèmes de ventilation et de climatisation (HVAC), les entraînements de vannes dans les installations d'écoulement, les épurateurs automatiques dans les salles communes, les visseuses de puissance pour la stabilisation de la surface dans les petits avions, et les compteurs de vis et de poids et les dispositifs de contrôle dans les applications militaires.

Un engrenage en plastique de grande taille et très résistant

En raison des avantages de moulage d'engrenages en plastique qui peut être moulé plus grand, avec des caractéristiques de haute précision et de haute résistance, est une raison importante pour le développement des engrenages en plastique.

La conception d'une configuration d'engrenage qui maximise la puissance de transmission tout en minimisant les erreurs de transmission et le bruit est un défi. Cela nécessite une grande précision d'usinage pour la concentricité, la forme des dents et d'autres caractéristiques de l'engrenage.

Certains engrenages hélicoïdaux peuvent nécessiter des opérations de façonnage complexes pour produire le produit final, tandis que d'autres nécessitent des dents centrales dans des pièces plus épaisses afin de réduire la contraction.

Alors que de nombreux moulage par injection Si les spécialistes sont parvenus à produire la nouvelle génération d'engrenages en plastique en utilisant les matériaux polymères, les équipements et les techniques de traitement les plus récents, un véritable défi pour tous les transformateurs consistera à adapter l'ensemble de ce produit de haute précision.

La difficulté du contrôle

Les tolérances autorisées pour les engrenages de haute précision sont généralement difficiles à qualifier de "bonnes", comme l'indique l'association américaine de l'industrie des plastiques (SPI).

Mais aujourd'hui, la plupart des experts en moulage UTILISENT LES DERNIÈRES moulage par injection les machines équipées d'unités de contrôle de l'usinage qui contrôlent la précision de la température de moulage, la pression d'injection et d'autres variables dans une fenêtre complexe pour façonner des engrenages précis.

Certains spécialistes du formage d'engrenages utilisent une approche plus avancée, en plaçant des capteurs de température et de pression dans les cavités afin d'améliorer la cohérence et la répétabilité.

Les fabricants d'engrenages en plastique doivent également utiliser des équipements d'inspection spécialisés, tels que des détecteurs de roulement latéral à double denture pour contrôler la qualité des engrenages, et des détecteurs commandés par ordinateur pour évaluer les surfaces des dents des engrenages et d'autres caractéristiques. Mais disposer de l'équipement adéquat n'est qu'un début.

Ceux qui tentent d'entrer dans l'industrie des engrenages de précision doivent également ajuster leur moulage par injection pour s'assurer qu'ils produisent des engrenages aussi cohérents que possible dans chaque injection et chaque cavité.

Comme le comportement des mécaniciens EST souvent le FACTEUR décisif dans la production d'engrenages de précision, ils DOIVENT se concentrer sur la formation de leurs employés et sur le contrôle du processus d'exploitation.

Comme la taille de l'engrenage est sensible aux variations saisonnières de température, et que même les fluctuations de température causées par l'ouverture de la porte et le passage d'un chariot élévateur peuvent affecter la précision dimensionnelle de l'engrenage, l'équipe d'experts de la Commission européenne a décidé de mettre en place un système de contrôle de la qualité. fabricant de moulage par injection doit contrôler rigoureusement les conditions environnementales dans la zone de moulage.

Parmi les autres facteurs à prendre en compte, citons une alimentation électrique stable, un équipement de séchage adapté qui contrôle la température et l'humidité des polymères, ainsi qu'une unité de refroidissement avec un flux d'air constant.

Dans certains cas, une technologie automatique est utilisée pour retirer l'engrenage de la position de formage et le placer sur l'unité de transfert en une seule action répétitive afin d'obtenir la même méthode de refroidissement.

Étapes importantes du refroidissement du moulage

L'usinage de pièces de haute précision est comparé aux exigences du traitement de moulage général, qui doit accorder plus d'attention aux détails et aux techniques de mesure nécessaires pour atteindre le niveau de mesure précis.

Cet outil doit permettre de s'assurer que les température de moulage par injection et la vitesse de refroidissement dans la cavité sont les mêmes pour chaque moulage. Le problème le plus courant dans l'usinage de précision des engrenages est de savoir comment gérer le refroidissement symétrique des engrenages et l'uniformité de chaque cavité de moulage.

Les moules pour engrenages de précision ne dépassent généralement pas 4 cavités. Comme la première génération de moules ne produisait qu'un seul engrenage avec peu d'instructions spécifiques, des inserts de denture ont souvent été utilisés pour réduire le coût du taillage secondaire.

Les engrenages de précision doivent être injectés à partir d'un point d'injection situé au centre de l'engrenage. La présence de plusieurs points d'injection facilite la formation de lignes de fusion, modifie la répartition de la pression et le retrait, et affecte la tolérance de l'engrenage.

Pour les matériaux renforcés de fibre de verre, la fibre étant disposée radialement le long de la ligne de soudage, il est facile de provoquer une "collision" de rayons excentriques lors de l'utilisation de plusieurs portillons.

Un expert en moulage peut contrôler la déformation de la rainure de la dent et obtenir une capacité de rétrécissement contrôlable, cohérente et uniforme du produit sur la base d'un bon équipement, d'une bonne conception du moulage, de la capacité d'étirement du matériau utilisé et des conditions de traitement.

Lors du formage, il est nécessaire de contrôler avec précision la température de la surface de formage, la pression d'injection et le processus de refroidissement.

D'autres facteurs importants sont l'épaisseur de la paroi, la taille et l'emplacement de l'obturateur, le type de garniture, la quantité et la direction, le débit et la formation de contraintes internes.

Les engrenages en plastique les plus courants sont les engrenages à dents droites, les engrenages à vis sans fin cylindriques et les engrenages hélicoïdaux. Presque tous les engrenages en métal peuvent être fabriqués en plastique.

Les engrenages sont généralement façonnés par une cavité d'injection fendue. Lors de l'usinage d'un engrenage hélicoïdal, comme l'engrenage ou la couronne dentée formant les dents doit tourner pendant l'injection, il convient de prêter attention à ses détails.

L'engrenage à vis sans fin produit moins de bruit que les dents droites lorsqu'il fonctionne et, après le formage, il est retiré par rotation de la cavité ou à l'aide de plusieurs mécanismes de glissement. Si un mécanisme de glissement est utilisé, il doit être opéré avec une grande précision afin d'éviter des points de séparation évidents sur l'engrenage.

Nouveau procédé et nouvelle résine

Des méthodes plus avancées de formage des engrenages en plastique sont en cours de développement. Par exemple, le deuxième moulage par injection Grâce à la conception d'un corps élastique entre l'arbre de la roue et les dents, l'engrenage fonctionne plus silencieusement ; lorsque l'engrenage s'arrête soudainement, il peut mieux absorber les vibrations et éviter d'endommager les dents.

Les essieux peuvent être remodelés dans d'autres matériaux, avec le choix de composites plus souples ou plus précieux, autolubrifiants.

En même temps, la méthode assistée par gaz et moulage par injection et compression ont été étudiées comme méthode pour améliorer la qualité des dents d'engrenage, la précision globale de l'engrenage et réduire les contraintes internes.

Outre l'engrenage lui-même, le personnel chargé du moulage doit également prêter attention à la structure de conception de l'engrenage.

La position des arbres de transmission dans la structure doit être alignée linéairement pour garantir que les engrenages tournent en ligne droite, même lorsque la charge et la température changent, de sorte que la stabilité dimensionnelle et la précision de la structure sont très importantes.

Pour en tenir compte, les structures d'engrenage présentant une certaine rigidité doivent être fabriquées dans des matériaux tels que les matériaux renforcés de fibres de verre ou les polymères chargés de minéraux.

Aujourd'hui, dans le domaine de la fabrication d'engrenages de précision, l'émergence d'une gamme de thermoplastiques techniques offre plus d'options que jamais.

Les matériaux les plus couramment utilisés, tels que l'acétal, le PBT et le POLYAMIDE, peuvent produire des engrenages présentant une excellente résistance à la FATIGUE et à l'USURE, une grande douceur, une résistance élevée aux contraintes tangentielles et une capacité à supporter les vibrations causées par le fonctionnement des moteurs à mouvement alternatif.

Les polymères cristallins doivent être formés à une température suffisamment élevée pour garantir la cristallisation complète du matériau, sinon, lors de l'utilisation, en raison de l'augmentation de la température au-dessus de la température de moulage, le matériau subit une cristallisation secondaire et conduit à des problèmes de santé. moulé par injection changement de taille des engrenages.

L'acétal, en tant qu'important plastique moulé par injection est largement utilisé dans les automobiles, les appareils électroménagers, les équipements de bureau et d'autres domaines depuis plus de 40 ans.

Sa stabilité dimensionnelle et sa grande résistance à la fatigue et aux produits chimiques lui permettent de supporter des températures allant jusqu'à 90 °C et plus. Par rapport au métal et à d'autres matières plastiques, il possède d'excellentes propriétés de lubrification.

Le polyester PBT peut produire une surface très lisse, la température de fonctionnement maximale peut atteindre 150℃ sans modification du remplissage, et la température de fonctionnement du produit renforcé de fibres de verre peut atteindre 170℃. Il fonctionne bien par rapport à l'acétal, à d'autres types de plastiques et aux matériaux métalliques et est souvent UTILISÉ DANS les structures d'engrenages.

Les matériaux polyamides, comparés à d'autres plastiques et matériaux métalliques, ont les propriétés d'une bonne ténacité et d'une bonne durabilité et sont souvent utilisés dans la conception de transmissions de turbines et dans les applications de châssis d'engrenages.

La température de fonctionnement de l'engrenage en polyamide est de 150℃ lorsqu'il n'est pas rempli, et la température de fonctionnement du produit renforcé de fibres de verre est de 175℃.

Toutefois, les polyamides présentent des caractéristiques d'hygroscopicité ou de lubrification qui entraînent des variations de taille, ce qui les rend inadaptés à une utilisation dans le domaine des engrenages de précision.

Le sulfure de polyphénylène (PPS) présente une dureté élevée, une stabilité dimensionnelle, une résistance à la fatigue et une résistance chimique jusqu'à 200 °C. Son application pénètre le champ d'application des conditions de travail exigeantes, de l'industrie automobile et d'autres utilisations finales.

La production d'engrenages de précision en polymère à cristaux liquides (LCP) présente une bonne stabilité dimensionnelle. Il peut tolérer des températures allant jusqu'à 220 °C et présente une résistance chimique élevée et de faibles variations de rétrécissement de formation. La matière plastique a été utilisée pour fabriquer des engrenages dont les dents ont une épaisseur d'environ 0,066 mm, ce qui équivaut à 2/3 du diamètre d'un cheveu humain.

L'élasticité des thermoplastiques permet à l'engrenage de fonctionner plus silencieusement, ce qui le rend plus souple et capable d'absorber les charges d'impact. Par exemple, un engrenage à faible puissance et à grande vitesse en copolyester

Les élastomères thermoplastiques permettent certaines déviations tout en maintenant une stabilité dimensionnelle et une dureté adéquates, tout en réduisant le bruit de fonctionnement. Un exemple d'une telle application est l'engrenage utilisé dans les actionneurs de rideaux.

Des matériaux tels que le polyéthylène, le polypropylène et le polyéthylène à poids moléculaire ultra-élevé ont également été utilisés pour la production d'engrenages dans des environnements à température relativement basse, à produits chimiques corrosifs ou à forte usure. D'autres matériaux polymères ont également été envisagés, mais ils sont soumis à de nombreuses restrictions sévères dans les applications d'engrenages ;

Le polycarbonate a une mauvaise lubrification, une mauvaise résistance chimique et une mauvaise résistance à la fatigue. Les matériaux ABS et LDPE ne peuvent généralement pas répondre aux exigences de lubrification, de résistance à la fatigue, de stabilité dimensionnelle, de résistance à la chaleur, de résistance au fluage et autres exigences de performance des engrenages de précision. La plupart de ces polymères sont utilisés dans des applications d'engrenages conventionnels, à faible charge ou à faible vitesse.

L'avantage de l'utilisation d'un engrenage en plastique

Par rapport aux engrenages en plastique de même taille, les engrenages en plastique usinés dans le métal fonctionnent bien et présentent une bonne stabilité dimensionnelle en cas de changement de température et d'humidité. Toutefois, par rapport aux matériaux métalliques, les matières plastiques présentent de nombreux avantages en termes de coût, de conception, de traitement et de performance.

La liberté de conception inhérente au moulage plastique garantit une fabrication plus efficace des engrenages que le moulage métallique.

Les engrenages intérieurs, les jeux d'engrenages, les engrenages à vis sans fin et d'autres produits peuvent être moulé par injection Les engrenages en plastique sont difficiles à mouler à partir de matériaux métalliques à un prix raisonnable. Les engrenages en plastique sont utilisés dans un plus grand nombre d'applications que les engrenages en métal, ce qui les incite à supporter des charges plus élevées et à fournir plus de puissance.

Les engrenages en plastique sont également un matériau important pour répondre aux exigences d'un fonctionnement faible et silencieux, ce qui nécessite une grande précision, une nouvelle forme de dent et une excellente lubrification ou flexibilité des matériaux.

Les engrenages EN PLASTIQUE NE NÉCESSITENT EN GÉNÉRAL PAS DE TRAITEMENT SECONDAIRE. Par rapport aux engrenages métalliques estampés et fabriqués à la machine, le coût est garanti réduit de 50% à 90%.

Les engrenages en plastique sont plus légers et plus inertes que les engrenages cylindriques en métal et peuvent être utilisés dans des environnements où les engrenages en métal sont sujets à la corrosion et à la dégradation, tels que les compteurs d'eau et le contrôle des équipements chimiques.

Par rapport aux engrenages métalliques, les engrenages en plastique peuvent absorber la charge d'impact par déformation, et peuvent mieux disperser les changements de charge locaux causés par la déflexion de l'arbre et le crochetage.

Les caractéristiques de lubrification inhérentes à de nombreux plastiques en font des matériaux d'engrenage idéaux pour les imprimantes, les jouets et d'autres mécanismes de fonctionnement à faible charge, hors lubrifiants. En plus de fonctionner dans un environnement sec, les engrenages peuvent également être lubrifiés avec de la graisse ou de l'huile.

L'amélioration des matériaux

Dans la spécification des engrenages internes et des matériaux structurels, il convient de tenir compte du rôle important des fibres et des charges dans les propriétés des matériaux en résine.

Par exemple, lorsque le copolymère acétal est rempli de fibres de verre courtes 25% (2 mm ou moins), sa résistance à la traction est multipliée par deux et sa dureté par trois à haute température.

L'utilisation de fibres de verre longues (10 mm ou moins) améliore la solidité, la résistance au fluage, la stabilité dimensionnelle, la ténacité, la dureté, l'usure et bien plus encore.

Les matériaux renforcés par des LFRP deviennent un candidat intéressant pour les grands engrenages et les applications structurelles en raison de la dureté requise et des bonnes propriétés de dilatation thermique contrôlée.