Пластиковые формы для шестерен

Переход от металлических к пластиковым шестерням: бесшумность, малый вес и экономическая эффективность

Традиционные стальные и латунные шестерни быстро заменяются полимерными шестернями в автомобильных приводах внутренних механизмов, механизмах электрических стеклоподъёмников, интеллектуальной бытовой технике, медицинских дозирующих устройствах и модулях роботизированных сочленений. Шестерни, изготовленные из инженерных пластиков, обеспечивают снижение массы до 75% по сравнению с металлами, не требуют обслуживания благодаря способности к самосмазыванию (self-lubricating) и, что наиболее важно, обеспечивают сверхтихую работу, поглощая резонанс и высокий уровень рабочего шума (уровень в децибелах), создаваемый металлическими шестернями.

Однако проектирование пресс-формы для пластиковой шестерни полностью отличается от изготовления стандартной пресс-формы для корпуса или крышки. Даже отклонение всего на 5 микрон (0.005  мм) в эвольвентном профиле или шаге шестерни может привести к заеданию, перегреву из-за высокого трения и преждевременному разрушению зубьев.

Стандарты качества пластиковых шестерён: нормы AGMA и DIN

Размерная точность и допустимые отклонения профиля зубьев прецизионных пластиковых шестерён определяются международными стандартами:

AGMA 2000-A88 и классы качества ISO/DIN 3967

Согласно стандартам Американской ассоциации производителей зубчатых передач (AGMA), классы качества классифицируются от Q3 до Q15. Чем выше номер, тем выше точность шестерни:

• AGMA Q6 - Q8: Игрушки, бытовая электроника и простые механизмы с низким крутящим моментом.

• AGMA Q9 - Q10 (Прецизионный класс): Автомобильные приводы, двигатели заслонок HVAC и механизмы принтеров. Это целевой промышленный стандарт для литья под давлением.

• AGMA Q11 - Q12 (Ультрапрецизионный класс): Медицинские роботизированные руки, хирургические инструменты и зубчатые передачи аэрокосмических датчиков. Они требуют очень строгого контроля процесса и датчиков давления внутри пресс-формы.

Критерии полной композитной погрешности (TCE) и погрешности от зуба к зубу (TTE)

При контроле качества шестерён используются два основных показателя погрешности:

• TTE (Tooth-to-Tooth Composite Error): показывает угловое отклонение и отклонение формы между двумя соседними зубьями; непосредственно влияет на уровень шума при работе.

• TCE (Total Composite Error): суммарная эксцентриситетная погрешность и погрешность высоты зубьев за один полный оборот шестерни; определяет способность шестерни вращаться без заедания.

4 ключевых инженерных правила проектирования пресс-форм для пластиковых шестерён

Для достижения целевого класса AGMA Q10 при литье пластиковых деталей под давлением применяются следующие инженерные методы:

1. Анизотропная усадка (Shrinkage) и модификация эвольвентного профиля

Пластиковый материал при охлаждении не даёт одинаковую усадку во всех направлениях. Поскольку вершина зуба, основная окружность и тело зуба имеют разную толщину стенки, усадка является анизотропной. Если стандартная геометрия шестерни будет непосредственно обработана в стали пресс-формы, эвольвентный профиль готовой шестерни получится уплощённым и искажённым. Проектировщик пресс-формы должен смоделировать тензоры усадки полимера и намеренно обработать профиль зуба в стали с деформированной (модифицированной эвольвентной) геометрией.

2. Архитектура диафрагменного и многоточечного симметричного литникового питания (Gating)

Сохранение круглой формы прямозубых шестерён (предотвращение овальности) является основной сложностью. Литниковый вход ни в коем случае не должен располагаться непосредственно на зубьях или только с одной стороны. Шестерня, питаемая из одной точки, охлаждается асимметрично и приобретает форму яйца (погрешность биения). Идеальным решением является диафрагменный литник (diaphragm gate), подающий материал через центральное отверстие вала шестерни, либо архитектура с 3/4 туннельными литниками, подающими материал от ступицы под равными углами.

3. Изготовление полостей с микронной точностью методом электроэрозионной обработки проволокой (Wire EDM)

Полости для зубчатых передач невозможно обработать обычными фрезерными станками с ЧПУ. Полости вырезаются и переносятся в сталь с использованием высокоточных станков электроэрозионной обработки проволокой (Wire EDM) с точностью позиционирования pm 0.002 mm и латунной или молибденовой проволокой толщиной 0.10  mm. В качестве стали пресс-формы используется нержавеющая сталь DIN 1.2083 ESR твёрдостью 54 HRC, обеспечивающая высокую износостойкость и отличную способность к зеркальной полировке.

4. Гомогенизация толщины стенок ступицы, обода и кольца

Корпусная часть между основаниями зубьев шестерни и центральным валом не должна оставаться массивной. Массивные участки при охлаждении тянут зубья внутрь и нарушают шаг шестерни. В корпусе шестерни следует применять конструкцию с ободом и спицами, уменьшать толщину стенок, а конструкционную прочность обеспечивать слегка наклонёнными рёбрами и перемычками (web and rib).

Выбор материала при производстве шестерён: POM vs. PA66 vs. PEEK

Протоколы измерения зубчатых передач с двойным фланкирующим зацеплением (Double Flank Tester) для B2B-поставщиков

Шестерни, выходящие из линии литья под давлением, невозможно измерить обычным штангенциркулем. В kaucukplastikkalip.com мы проверяем партии прецизионных шестерён на приборе для двухфланкового контроля зубчатых передач (Double Flank Gear Roll Tester), сопрягая детали с эталонными шестернями (Master Gear). Пока деталь, соединённая с эталонной шестернёй, поворачивается на 360^, подпружиненный измерительный щуп графически фиксирует осевое биение, радиальное отклонение и композитные погрешности на микронном уровне. Каждая партия поставки сопровождается сертификатом качества AGMA и DIN.

Часто задаваемые вопросы

Какой максимальный угол наклона зубьев можно использовать для пластиковых шестерён?

При литье пластиковых деталей под давлением косозубые шестерни не могут быть извлечены из пресс-формы прямо; деталь должна вращаться вокруг собственной оси во время открытия пресс-формы и извлекаться с помощью механизма отвинчивания (unscrewing mechanism). Для обеспечения бесперебойной работы этого механизма угол наклона зубьев обычно ограничивается диапазоном от 15^ до 30^ максимум.

Почему во влажной среде следует выбирать шестерни из POM (ацеталя), а не из PA66?

Полиамид (PA66) поглощает влагу из воздуха и расширяется в объёме. Расширившаяся шестерня уменьшает межосевое расстояние, прижимается к сопряжённой шестерне и может заблокировать механизм. Поскольку POM не поглощает влагу, он сохраняет стабильную геометрическую форму в воде или влажном климате.

Каков срок службы пресс-форм для пластиковых шестерён?

При переработке неабразивных полимеров, таких как ненаполненный POM или PA66, зубчатые полости, изготовленные из закалённой нержавеющей стали DIN 1.2083 твёрдостью 52-54 HRC, легко выдерживают более 1 000 000 (1 миллиона) циклов.

Бесшумные и высокоточные решения для пластиковых шестерён по стандартам AGMA

Устраните чрезмерный рабочий шум, разрушение зубьев и проблемы с осевым биением ваших шестерён с помощью нашей современной инженерии пресс-форм. В kaucukplastikkalip.com мы изготавливаем пресс-формы с модифицированными эвольвентными профилями с использованием нашей инфраструктуры Wire EDM и производим бесшумные пластиковые шестерни из POM, PA66 и PEEK в соответствии со стандартами AGMA Q10. Отправьте нам 3D CAD-модели с указанием модуля шестерни, количества зубьев и требуемого крутящего момента, и получите наше корпоративное B2B ценовое предложение и предложение на изготовление уже сегодня.