As engrenagens de plástico estão a evoluir para tamanhos maiores, geometria mais complexa e maior resistência, com resinas de alto desempenho e compósitos longos preenchidos com fibra de vidro a desempenharem um papel importante. Nos últimos 50 anos, as engrenagens de plástico passaram de um novo material para um importante material industrial.

Atualmente, estão incorporados em muitas aplicações diferentes, como automóveis, relógios, máquinas de costura, dispositivos de controlo estrutural e mísseis, para transferir binário e forma de movimento. Para além das aplicações existentes, continuarão a surgir novas e mais difíceis aplicações de engrenagens, e esta tendência está ainda em curso.

A indústria automóvel tornou-se uma das áreas de crescimento mais rápido das engrenagens de plástico, e esta mudança bem sucedida é encorajadora. Os construtores de automóveis estão a tentar encontrar sistemas auxiliares para todos os tipos de condução automóvel.

Precisam de motores e engrenagens em vez de energia, hidráulica ou cabos. Esta mudança levou à penetração de engrenagens de plástico numa vasta gama de aplicações, desde portas de elevadores, assentos e faróis de rastreio a actuadores de travões, segmentos de aceleradores eléctricos, reguladores de turbinas e muito mais.

A aplicação de engrenagens de plástico é ainda mais alargada. As engrenagens de plástico de precisão são frequentemente utilizadas para substituir as engrenagens metálicas maquinadas em aplicações em que são necessários tamanhos grandes, tais como accionamentos de máquinas de lavar roupa que utilizam plástico, o que altera o limite de tamanho das engrenagens.

As engrenagens de plástico também são utilizadas em muitas outras aplicações, tais como accionamentos de amortecimento de vibrações em sistemas de ventilação e ar condicionado (HVAC), accionamentos de válvulas em instalações de fluxo, purificadores automáticos em salas comuns, aparafusadoras de potência para estabilização de superfícies em pequenas aeronaves e medidores de peso e de parafuso e dispositivos de controlo em aplicações militares.

Uma engrenagem de plástico de grande dimensão e alta resistência

Devido às vantagens da moldagem de engrenagens de plástico que pode ser moldado em maiores dimensões, com caraterísticas de alta precisão e alta resistência, é uma razão importante para o desenvolvimento de engrenagens de plástico.

A conceção de uma configuração de engrenagem que maximize a potência de transmissão e minimize os erros de transmissão e o ruído é um desafio. Isto requer uma elevada precisão de maquinação para a concentricidade, a forma dos dentes e outras caraterísticas da engrenagem.

Algumas engrenagens helicoidais podem exigir acções de moldagem complexas para produzir o produto final, enquanto outras exigem dentes centrais em peças mais espessas para reduzir a contração.

Embora muitos moldagem por injeção Se os especialistas alcançaram a capacidade de produzir a nova geração de engrenagens de plástico utilizando os mais recentes materiais poliméricos, equipamento e técnicas de processamento, um verdadeiro desafio para todos os processadores será a forma de adaptar todo este produto de alta precisão.

A dificuldade de controlo

As tolerâncias permitidas para as engrenagens de alta precisão são geralmente difíceis de descrever como "boas", tal como referido pela Associação Americana da Indústria de Plásticos (SPI).

Mas, atualmente, a maioria dos especialistas em moldagem UTILIZA O MAIS RECENTE moldagem por injeção máquinas equipadas COM UNIDADES DE CONTROLO DE MÁQUINAS QUE CONTROLAM a precisão da temperatura de moldagem, a pressão de injeção e outras variáveis numa janela complexa para moldar engrenagens precisas.

Alguns especialistas em engrenagens utilizam uma abordagem mais avançada, colocando sensores de temperatura e pressão nas cavidades para melhorar a consistência e a repetibilidade.

A inspeção dos fabricantes de engrenagens de plástico também necessita de utilizar equipamento de inspeção especializado, como detectores de rolamento lateral de dentes duplos para controlar a qualidade das engrenagens e detectores controlados por computador para avaliar as superfícies dos dentes das engrenagens e outras caraterísticas. Mas ter o equipamento correto é apenas o começo.

Os que pretendem entrar no sector das engrenagens de precisão devem também adaptar as suas moldagem por injeção para garantir que produzem engrenagens tão consistentes quanto possível em cada injeção e em cada cavidade.

Uma vez que o comportamento dos mecânicos É muitas vezes o FACTOR decisivo na produção de engrenagens de precisão de moldes, devem concentrar-se na formação dos seus empregados e no controlo do processo de funcionamento.

Uma vez que o tamanho da engrenagem é suscetível a mudanças de temperatura sazonais, e mesmo as flutuações de temperatura causadas pela abertura da porta e pela passagem de um empilhador podem afetar a precisão dimensional da engrenagem, a fabricante de moldagem por injeção precisa de controlar rigorosamente as condições ambientais na área de moldagem.

Outros factores a considerar incluem uma fonte de alimentação estável, equipamento de secagem adequado que controla a temperatura e a humidade do polímero e uma unidade de arrefecimento com fluxo de ar constante.

Em alguns casos, a tecnologia automática é utilizada para retirar a engrenagem da posição de formação e colocá-la na unidade de transferência numa única ação repetitiva para obter o mesmo método de arrefecimento.

Passos importantes para o arrefecimento do molde

A maquinação de peças de alta precisão é comparada com os requisitos do processamento geral de moldagem, que precisa de prestar mais atenção aos detalhes e às técnicas de medição necessárias para atingir o nível de medição preciso.

Esta ferramenta deve garantir que o temperatura de moldagem por injeção e a taxa de arrefecimento na cavidade são os mesmos para cada moldagem. O problema mais comum na maquinação de precisão de engrenagens é como lidar com a simetria de arrefecimento das engrenagens e a consistência de cada cavidade do molde.

Os moldes para engrenagens de precisão não excedem geralmente 4 cavidades. Uma vez que a primeira geração de moldes produzia apenas uma engrenagem com poucas instruções específicas, as inserções de dentes eram frequentemente utilizadas para reduzir o custo do corte secundário.

As engrenagens de precisão devem ser injectadas a partir de um portão no centro da engrenagem. As portas múltiplas são fáceis de formar linhas de fusão, alteram a distribuição da pressão e o encolhimento e afectam a tolerância da engrenagem.

No caso dos materiais reforçados com fibra de vidro, uma vez que a fibra está disposta radialmente ao longo da linha de soldadura, é fácil provocar a "colisão" do raio excêntrico quando se utilizam várias portas.

Um perito em moldagem pode controlar a deformação da ranhura do dente e obter uma capacidade de contração controlável, consistente e uniforme do produto com base em bom equipamento, design de moldagem, capacidade de alongamento do material utilizado e condições de processamento como premissa.

Ao formar, é necessário controlar com precisão a temperatura da superfície de formação, a pressão de injeção e o processo de arrefecimento.

Outros factores importantes incluem a espessura da parede, o tamanho e a localização da comporta, o tipo, a quantidade e a direção do empanque, o caudal e a tensão interna de formação.

As engrenagens de plástico mais comuns são as engrenagens de dentes rectos, as engrenagens cilíndricas sem-fim e as engrenagens helicoidais. Quase todas as engrenagens feitas de metal podem ser feitas de plástico.

As engrenagens são geralmente moldadas por uma cavidade de matriz dividida. Ao maquinar engrenagens helicoidais, uma vez que a engrenagem ou o anel de engrenagem que forma os dentes tem de ser rodado durante a injeção, deve prestar-se atenção aos seus detalhes.

A engrenagem sem-fim produz menos ruído do que os dentes rectos durante o funcionamento e, após a formação, é removida rodando para fora da cavidade ou utilizando vários mecanismos de deslizamento. Se for utilizado um mecanismo de deslizamento, este deve ser operado com elevada precisão para evitar pontos de divisão óbvios na engrenagem.

Novo processo e nova resina

Estão a ser desenvolvidos métodos mais avançados de engrenagens de plástico. Por exemplo, o segundo moldagem por injeção método, através da conceção de um corpo elástico entre o eixo da roda e os dentes, faz com que a engrenagem funcione mais silenciosamente, quando a engrenagem pára subitamente de funcionar, pode absorver melhor a vibração e evitar danos nos dentes.

Os eixos podem ser remodelados noutros materiais, com a escolha de compósitos mais flexíveis ou mais valiosos e auto-lubrificantes.

Ao mesmo tempo, o método assistido por gás e moldagem por injeção e compressão foram estudados como um método para melhorar a qualidade dos dentes da engrenagem e a precisão global da engrenagem e reduzir as tensões internas.

Para além da própria engrenagem, o pessoal de moldagem também tem de prestar atenção à estrutura de conceção da engrenagem.

A posição dos veios das engrenagens na estrutura deve ser alinhada linearmente para assegurar que as engrenagens funcionam em linha reta, mesmo quando a carga e a temperatura mudam, pelo que a estabilidade dimensional e a precisão da estrutura são muito importantes.

Para ter em conta este facto, as estruturas de engrenagens com uma certa rigidez devem ser feitas de materiais como materiais reforçados com fibra de vidro ou polímeros com enchimento mineral.

Atualmente, no domínio do fabrico de engrenagens de precisão, o aparecimento de uma gama de termoplásticos de engenharia oferece mais opções do que nunca.

OS MATERIAIS MAIS UTILIZADOS, COMO O ACETAL, O PBT E A POLIAMIDA, PODEM produzir equipamentos de engrenagens com excelente resistência à FADIGA, resistência ao DESGASTE, suavidade, elevada resistência à tensão TANGENCIAL e capacidade de suportar cargas de vibração causadas pelo funcionamento de motores alternativos.

Para que o polímero cristalino seja formado a uma temperatura suficientemente elevada para garantir a cristalização total do material, caso contrário, durante a utilização, devido ao aumento da temperatura acima da temperatura de moldagem, o material sofre uma cristalização secundária e origina moldado por injeção mudança de tamanho das engrenagens.

O acetal, como um importante plástico moldado por injeção material de fabrico de engrenagens, tem sido amplamente utilizado em automóveis, electrodomésticos, equipamento de escritório e outros domínios há mais de 40 anos.

A sua estabilidade de tamanho e a sua elevada resistência à fadiga e aos produtos químicos podem suportar temperaturas até 90 ° C e superiores. Em comparação com o metal e outros materiais plásticos, tem excelentes propriedades de lubrificação.

O poliéster PBT Pode produzir UMA superfície Muito lisa, a temperatura máxima de funcionamento Pode atingir 150℃ SEM modificação de enchimento, e a temperatura de funcionamento do Produto reforçado com fibra de vidro Pode atingir 170℃. Funciona bem em comparação com acetal, outros tipos de plásticos e materiais metálicos e é frequentemente USADO EM estruturas de engrenagens.

Os materiais de poliamida, em comparação com outros plásticos e materiais metálicos, têm as propriedades de boa resistência e durabilidade e são frequentemente utilizados na conceção de transmissões de turbinas e em aplicações de estruturas de engrenagens.

A temperatura de operação da engrenagem de poliamida é de até 150 ℃ quando não é preenchida, e a temperatura de operação do produto reforçado com fibra de vidro é de até 175 ℃.

No entanto, as poliamidas têm caraterísticas de higroscopicidade ou de lubrificação que resultam em variações de tamanho, o que as torna inadequadas para utilização no domínio das engrenagens de precisão.

O sulfureto de polifenileno (PPS) tem elevada dureza, estabilidade dimensional, resistência à fadiga e resistência química até 200 ° C. A sua aplicação está a penetrar no campo de aplicação de condições de trabalho exigentes, na indústria automóvel e noutras utilizações finais.

A produção de engrenagens de precisão feitas de polímero de cristais líquidos (LCP) tem uma boa estabilidade dimensional. Pode tolerar temperaturas de até 220 ° C e tem alta resistência química e baixas mudanças de encolhimento de formação. O material plástico tem sido utilizado para fabricar engrenagens com dentes de cerca de 0,066 mm de espessura, equivalente a 2/3 do diâmetro do cabelo humano.

A elasticidade termoplástica permite que a engrenagem funcione mais silenciosamente, tornando-a mais flexível e capaz de absorver bem as cargas de impacto. Por exemplo, uma engrenagem de baixa potência e alta velocidade de rotação feita de copoliéster

Os elastómeros termoplásticos permitem alguns desvios, mantendo a estabilidade dimensional e a dureza adequadas, ao mesmo tempo que reduzem o ruído de funcionamento. Um exemplo de tal aplicação é a engrenagem utilizada em actuadores de cortinas.

Materiais como o polietileno, o polipropileno e o polietileno de peso molecular ultra-elevado também têm sido utilizados para a produção de engrenagens em ambientes com temperaturas relativamente baixas, produtos químicos corrosivos ou de elevado desgaste. Outros materiais poliméricos também foram considerados, mas estão sujeitos a muitas restrições severas em aplicações de engrenagens;

O policarbonato tem baixa lubrificação, resistência química e resistência à fadiga. Os materiais ABS e LDPE normalmente não conseguem satisfazer os requisitos de lubrificação, resistência à fadiga, estabilidade dimensional, resistência ao calor, resistência à fluência e outros requisitos de desempenho das engrenagens de precisão. A maioria destes polímeros é utilizada em aplicações de engrenagens convencionais, de baixa carga ou de baixa velocidade.

A vantagem de utilizar engrenagens de plástico

Em comparação com as engrenagens de plástico do mesmo tamanho, as engrenagens de plástico maquinadas em metal funcionam bem e têm uma boa estabilidade dimensional quando a temperatura e a humidade mudam. Mas, em comparação com os materiais metálicos, os plásticos têm muitas vantagens em termos de custo, design, processamento e desempenho.

A liberdade de conceção inerente à moldagem de plástico garante um fabrico de engrenagens mais eficiente do que a moldagem de metal.

As engrenagens interiores, os conjuntos de engrenagens, as engrenagens sem-fim e outros produtos podem ser moldado por injeção de plástico, que é difícil de moldar a partir de materiais metálicos a um preço razoável. As engrenagens de plástico são utilizadas numa gama mais vasta de aplicações do que as engrenagens de metal, pelo que as engrenagens suportam cargas mais elevadas e fornecem mais potência.

A engrenagem de plástico é também um material importante para satisfazer os requisitos de funcionamento baixo e silencioso, o que requer uma elevada precisão, uma nova forma de dente e uma excelente lubrificação ou flexibilidade dos materiais.

Em geral, as engrenagens em PLÁSTICO não necessitam de tratamento secundário, pelo que, em comparação com as engrenagens metálicas estampadas e fabricadas à máquina, é garantida uma redução do custo de 501 a 90%.

As engrenagens de plástico são mais leves e mais inertes do que as engrenagens de metal e podem ser utilizadas em ambientes onde, ao contrário das engrenagens de metal, são propensas à corrosão e à degradação, tais como contadores de água e controlo de equipamento químico.

Em comparação com as engrenagens de metal, as engrenagens de plástico podem absorver a carga de impacto através da deformação por deflexão e podem dispersar melhor as alterações de carga locais causadas pela deflexão do eixo e pelo desvio.

As caraterísticas de lubrificação inerentes a muitos plásticos tornam-nos materiais de engrenagem ideais para impressoras, brinquedos e outros mecanismos de funcionamento de baixa carga, sem incluir lubrificantes. Para além de funcionarem em ambiente seco, as engrenagens também podem ser lubrificadas com massa lubrificante ou óleo.

A valorização dos materiais

Na especificação da engrenagem interna e dos materiais estruturais, deve ser tido em conta o papel importante das fibras e das cargas nas propriedades dos materiais de resina.

Por exemplo, quando o copolímero de acetal é preenchido com fibra de vidro curta 25% (2 mm ou menos), a sua resistência à tração aumenta duas vezes e a sua dureza aumenta três vezes a altas temperaturas.

A utilização de cargas de fibra de vidro longas (10 mm ou menos) melhora a força, a resistência à fluência, a estabilidade dimensional, a tenacidade, a dureza, o desgaste e muito mais.

Os materiais reforçados com LFRP estão a tornar-se um candidato atrativo para grandes engrenagens e aplicações estruturais devido à dureza necessária e às boas propriedades de expansão térmica controlada.