플라스틱 기어는 더 큰 크기, 더 복잡한 형상, 더 높은 강도를 향해 나아가고 있으며, 고성능 수지와 긴 유리 섬유로 채워진 복합재가 중요한 역할을 하고 있습니다. 지난 50년 동안 플라스틱 기어는 신소재에서 중요한 산업 소재로 변화해 왔습니다.

오늘날에는 자동차, 시계, 재봉틀, 구조 제어 장치, 미사일 등 다양한 애플리케이션에 내장되어 토크와 운동 형태를 전달합니다. 기존 애플리케이션 외에도 새롭고 더 어려운 기어 애플리케이션이 계속 등장할 것이며, 이러한 추세는 여전히 진행 중입니다.

자동차 산업은 플라스틱 기어가 가장 빠르게 성장하는 분야 중 하나이며, 이러한 성공적인 변화는 고무적입니다. 자동차 제조업체들은 모든 종류의 자동차 주행을 위한 보조 시스템을 찾기 위해 노력하고 있습니다.

동력, 유압 또는 케이블이 아닌 모터와 기어가 필요합니다. 이러한 변화로 인해 리프트 도어, 시트, 추적 헤드라이트부터 브레이크 액추에이터, 전기 스로틀 세그먼트, 터빈 조절기 등 다양한 분야에 플라스틱 파워 기어가 보급되고 있습니다.

플라스틱 파워 기어의 적용 범위가 더욱 확대되고 있습니다. 정밀 플라스틱 기어는 플라스틱을 사용하는 세탁기 드라이브와 같이 큰 사이즈가 필요한 응용 분야에서 기계 가공된 금속 기어를 대체하는 데 자주 사용되어 기어의 크기 제한을 변경합니다.

플라스틱 기어는 환기 및 공조 시스템(HVAC)의 진동 감쇠 드라이브, 유량 시설의 밸브 드라이브, 휴게실의 자동 스크러버, 소형 항공기의 표면 안정화를 위한 파워 스크류어, 군용 애플리케이션의 나사 및 무게 측정기 및 제어 장치 등 다양한 애플리케이션에도 사용되고 있습니다.

대형 고강도 플라스틱 기어

다음과 같은 장점이 있기 때문입니다. 플라스틱 기어 몰딩 더 크게 성형할 수 있고, 고정밀도와 고강도 특성을 가진 플라스틱 기어가 개발되는 중요한 이유입니다.

전송 오류와 소음을 최소화하면서 전송 전력을 극대화하는 기어 구성을 설계하는 것은 어려운 과제입니다. 이를 위해서는 기어의 동심도, 톱니 모양 및 기타 특성에 대한 높은 가공 정확도가 필요합니다.

일부 헬리컬 기어는 최종 제품을 생산하기 위해 복잡한 성형 작업이 필요할 수 있으며, 수축을 줄이기 위해 더 두꺼운 부품에 코어 톱니가 필요한 경우도 있습니다.

많은 사출 성형 전문가들이 최신 폴리머 소재, 장비 및 가공 기술을 사용하여 차세대 플라스틱 기어를 생산할 수 있게 되었으며, 모든 가공업체의 진정한 과제는 이 고정밀 제품 전체를 어떻게 맞출 것인가 하는 것입니다.

제어의 어려움

고정밀 기어에 허용되는 공차는 일반적으로 미국 플라스틱 산업 협회(SPI)에서 말하는 "양호"라고 설명하기 어렵습니다.

그러나 오늘날 대부분의 성형 전문가는 최신 사출 성형 성형 온도, 사출 압력 및 기타 변수의 정밀도를 제어하는 가공 제어 장치가 장착된 기계는 복잡한 창에서 정밀한 기어를 성형합니다.

일부 기어 성형 전문가는 일관성과 반복성을 개선하기 위해 캐비티에 온도 및 압력 센서를 배치하는 고급 접근 방식을 사용합니다.

플라스틱 기어 제조업체는 기어 품질을 관리하기 위해 이중 톱니 측면 롤링 감지기와 기어 톱니 표면 및 기타 기능을 평가하기 위해 컴퓨터 제어 감지기와 같은 특수 검사 장비를 사용해야 합니다. 하지만 올바른 장비를 갖추는 것은 시작에 불과합니다.

정밀 기어 산업에 진출하려는 사람들은 또한 사출 성형 환경을 통해 모든 사출과 캐비티에서 가능한 한 일관된 기어를 생산할 수 있도록 합니다.

기계공의 행동은 종종 금형 정밀 기어 생산에서 결정적인 요소이기 때문에 직원 교육과 작업 프로세스 제어에 집중해야 합니다.

기어의 크기는 계절에 따른 온도 변화에 영향을 받기 쉽고 문을 열고 지게차를 통과시켜 발생하는 온도 변동조차도 기어의 치수 정확도에 영향을 미칠 수 있기 때문입니다. 사출 성형 제조업체 성형 영역의 환경 조건을 엄격하게 제어해야 합니다.

고려해야 할 다른 요소로는 안정적인 전원 공급 장치, 폴리머 온도와 습도를 제어하는 적절한 건조 장비, 일정한 공기 흐름을 제공하는 냉각 장치 등이 있습니다.

경우에 따라 자동 기술을 사용하여 동일한 냉각 방법을 달성하기 위해 한 번의 반복적인 동작으로 성형 위치에서 기어를 제거하고 이송 장치에 배치합니다.

중요한 성형 냉각 단계

고정밀 부품의 가공은 일반 성형 가공의 요구 사항과 비교하여 정밀한 측정 수준을 달성하는 데 필요한 세부 사항과 측정 기술에 더 많은 주의를 기울여야 합니다.

이 도구는 사출 성형 온도 및 캐비티의 냉각 속도는 각 성형마다 동일합니다. 정밀 기어 가공에서 가장 일반적인 문제는 기어의 대칭 냉각과 각 금형 캐비티의 일관성을 어떻게 처리할 것인가 하는 것입니다.

정밀 기어 금형은 일반적으로 4개의 캐비티를 초과하지 않습니다. 1세대 금형에서는 특정 지침이 거의 없는 기어 하나만 생산했기 때문에 2차 절삭 비용을 줄이기 위해 톱니 인서트가 자주 사용되었습니다.

정밀 기어는 기어 중앙의 게이트에서 주입해야 합니다. 여러 개의 게이트는 융합 라인을 형성하고 압력 분포와 수축을 변경하며 기어 공차에 영향을 미치기 쉽습니다.

유리섬유 강화 소재의 경우, 섬유가 용접선을 따라 방사형으로 배열되어 있기 때문에 여러 게이트를 사용할 때 편심 반경 '충돌'이 발생하기 쉽습니다.

성형 전문가는 좋은 장비, 성형 설계, 사용 된 재료의 신축성 및 가공 조건을 전제로하여 치아 홈의 변형을 제어하고 제품의 제어 가능하고 일관되며 균일 한 수축 능력을 얻을 수 있습니다.

성형 시에는 성형 표면의 온도, 사출 압력, 냉각 공정을 정확하게 제어해야 합니다.

기타 중요한 요소로는 벽 두께, 게이트 크기 및 위치, 패킹 유형, 양 및 방향, 유량, 성형 내부 응력 등이 있습니다.

가장 일반적인 플라스틱 기어는 직선 톱니, 원통형 웜 기어, 헬리컬 기어입니다. 금속으로 만들어진 거의 모든 기어는 플라스틱으로 만들 수 있습니다.

기어는 일반적으로 분할된 다이 캐비티로 형성됩니다. 헬리컬 기어를 가공할 때는 톱니를 형성하는 기어 또는 기어 링을 사출 중에 회전시켜야 하므로 세부 사항에 주의를 기울여야 합니다.

웜 기어는 작동 시 직선 톱니보다 소음이 적으며, 성형 후에는 캐비티를 회전시키거나 여러 개의 슬라이딩 메커니즘을 사용하여 제거합니다. 슬라이딩 메커니즘을 사용하는 경우 기어에 명백하게 갈라진 스티치가 생기지 않도록 고정밀로 작동해야 합니다.

새로운 공정과 새로운 수지

보다 진보된 플라스틱 기어 성형 방법이 개발되고 있습니다. 예를 들어, 두 번째 사출 성형 방식은 휠 샤프트와 톱니 사이의 탄성 몸체 설계를 통해 기어가 갑자기 작동을 멈출 때 기어가 더 조용하게 작동하고 진동을 더 잘 흡수하고 톱니 손상을 방지 할 수 있습니다.

액슬은 더 유연하거나 더 가치 있는 자가 윤활 복합재를 선택하여 다른 재료로 재성형할 수 있습니다.

동시에 가스 보조 방식과 사출 압축 성형 기어 톱니의 품질과 기어의 전반적인 정밀도를 향상시키고 내부 응력을 줄이기 위한 방법으로 연구되었습니다.

기어 자체 외에도 성형 담당자는 기어의 설계 구조에도 주의를 기울여야 합니다.

구조물 내 기어 샤프트의 위치는 하중과 온도가 변하더라도 기어가 일직선으로 움직일 수 있도록 선형으로 정렬되어야 하므로 구조물의 치수 안정성과 정확성이 매우 중요합니다.

이를 고려하여 특정 강성을 가진 기어 구조는 유리 섬유 강화 소재 또는 미네랄 충전 폴리머와 같은 소재로 만들어야 합니다.

이제 정밀 기어 제조 분야에서는 다양한 엔지니어링 열가소성 플라스틱의 등장으로 그 어느 때보다 다양한 옵션이 제공됩니다.

아세탈, PBT, 폴리 아미드 등 가장 일반적으로 사용되는 소재는 내피로성, 내마모성, 부드러움, 높은 접선 응력 강도, 왕복 모터의 작동으로 인한 진동 하중을 견딜 수 있는 우수한 기어 장비를 생산할 수 있습니다.

결정 성 폴리머는 재료의 완전한 결정화를 보장하기에 충분히 높은 온도에서 형성되어야하며, 그렇지 않으면 성형 온도 이상의 온도 상승으로 인해 사용 중에 재료가 2 차 결정화가 발생하여 다음과 같이 이어집니다. 사출 성형 기어 크기 변경.

아세탈은 중요한 사출 성형 플라스틱 기어 제조 재료로 40년 이상 자동차, 가전제품, 사무기기 및 기타 분야에서 널리 사용되어 왔습니다.

크기 안정성과 높은 내피로성 및 내화학성으로 최대 90°C 이상의 온도를 견딜 수 있습니다. 금속 및 기타 플라스틱 소재에 비해 윤활성이 뛰어납니다.

PBT 폴리에스테르는 매우 매끄러운 표면을 만들 수 있으며, 최대 작동 온도는 충전 수정 없이 150℃에 도달할 수 있으며 유리 섬유 강화 제품 작동 온도는 170℃에 도달할 수 있습니다. 아세탈, 다른 유형의 플라스틱 및 금속 재료와 비교하여 잘 작동하며 기어 구조에 자주 사용됩니다.

폴리아미드 소재는 다른 플라스틱 및 금속 소재에 비해 인성과 내구성이 우수하여 터빈 변속기 설계 및 기어 프레임 애플리케이션에 자주 사용됩니다.

폴리아미드 기어의 작동 온도는 충전하지 않은 경우 최대 150℃, 유리섬유 강화 제품의 작동 온도는 최대 175℃입니다.

그러나 폴리아미드는 흡습성이나 윤활제 특성으로 인해 크기가 변하기 때문에 정밀 기어 분야에서는 사용하기에 부적합한 소재입니다.

폴리페닐렌 설파이드(PPS)는 높은 경도, 치수 안정성, 내피로성 및 최대 200°C의 내화학성을 가지고 있으며, 까다로운 작업 조건, 자동차 산업 및 기타 최종 용도의 응용 분야에 널리 사용되고 있습니다.

액정 폴리머(LCP)로 만든 정밀 기어를 생산하면 치수 안정성이 우수합니다. 최대 220°C의 온도를 견딜 수 있으며 내화학성이 높고 성형 수축 변화가 적습니다. 이 플라스틱 소재는 머리카락 지름의 2/3에 해당하는 약 0.066mm 두께의 톱니를 가진 기어를 만드는 데 사용되었습니다.

열가소성 플라스틱 탄성은 기어가 더 조용하게 작동하도록 하여 기어가 더 유연하고 충격 하중을 잘 흡수할 수 있도록 합니다. 예를 들어, 코폴리에스터로 만든 저전력, 저속 기어의 경우

열가소성 엘라스토머는 적절한 치수 안정성과 경도를 유지하면서 약간의 편차를 허용하는 동시에 작동 소음을 줄여줍니다. 이러한 응용 분야의 예로는 커튼 액추에이터에 사용되는 기어가 있습니다.

폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 초고분자량 폴리에틸렌과 같은 소재도 비교적 저온, 부식성 화학물질 또는 마모가 심한 환경에서 기어 생산에 사용되어 왔습니다. 다른 고분자 재료도 고려되었지만 기어 애플리케이션에는 많은 제약이 따릅니다;

폴리카보네이트는 윤활성, 내화학성, 내피로성이 떨어집니다. ABS 및 LDPE 소재는 일반적으로 정밀 기어의 윤활, 내피로성, 치수 안정성, 내열성, 크리프 저항 및 기타 성능 요구 사항을 충족할 수 없습니다. 이러한 폴리머의 대부분은 기존, 저부하 또는 저속 기어 애플리케이션에 사용됩니다.

플라스틱 기어 사용의 장점

같은 크기의 플라스틱 기어에 비해 금속 가공 플라스틱 기어는 온도와 습도가 변해도 잘 작동하고 치수 안정성이 우수합니다. 그러나 금속 소재에 비해 플라스틱은 비용, 디자인, 가공 및 성능 면에서 많은 장점이 있습니다.

플라스틱 성형의 고유한 디자인 자유도는 금속 성형보다 더 효율적인 기어 제조를 보장합니다.

내부 기어, 기어 세트, 웜 기어 및 기타 제품은 다음과 같습니다. 사출 성형 금속 재료로 성형하기 어려운 플라스틱으로 합리적인 가격으로 제작할 수 있습니다. 플라스틱 기어는 금속 기어보다 더 다양한 용도로 사용되기 때문에 더 높은 하중을 견디고 더 많은 동력을 전달할 수 있는 방향으로 기어를 밀어줍니다.

플라스틱 기어는 또한 높은 정밀도, 새로운 톱니 모양, 우수한 윤활성 또는 재료의 유연성이 요구되는 저소음 작동 요건을 충족하는 중요한 소재입니다.

플라스틱으로 만든 기어는 일반적으로 2차 가공이 필요하지 않으므로 스탬핑 및 기계로 만든 금속 기어에 비해 비용이 50%에서 90%까지 절감됩니다.

플라스틱 기어는 금속 평 기어보다 가볍고 불활성이어서 수도 계량기나 화학 장비 제어와 같이 금속 기어와 달리 부식 및 성능 저하가 발생하기 쉬운 환경에서 사용할 수 있습니다.

플라스틱 기어는 금속 기어와 달리 편향 변형에 의한 충격 하중을 흡수할 수 있으며, 샤프트의 편향과 실수로 인한 국부적인 하중 변화를 더 잘 분산시킬 수 있습니다.

많은 플라스틱의 고유한 윤활 특성으로 인해 윤활유를 사용하지 않는 프린터, 장난감 및 기타 저부하 작동 메커니즘에 이상적인 기어 소재입니다. 기어는 건조한 환경에서 작동하는 것 외에도 그리스나 오일로 윤활할 수 있습니다.

소재의 향상

내부 기어 및 구조 재료의 사양에서 수지 재료의 특성에서 섬유와 필러의 중요한 역할을 고려해야 합니다.

예를 들어 아세탈 공중합체에 25% 짧은 유리 섬유(2mm 이하)를 채우면 인장 강도가 2배 증가하고 고온에서 경도가 3배 증가합니다.

긴 유리 섬유(10mm 이하) 필러를 사용하면 강도, 크리프 저항, 치수 안정성, 인성, 경도, 마모 등을 개선할 수 있습니다.

LFRP 강화 소재는 필요한 경도와 우수한 열팽창 제어 특성으로 인해 대형 기어 및 구조물 분야에 매력적인 후보로 떠오르고 있습니다.