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Aunque el piñón es pequeño, juega un papel clave en el equipo mecánico de precisión, debe transmitir la potencia de manera constante y controlar el movimiento con precisión. Cuánto tiempo se puede usar esta pequeña parte y qué tan bien funciona realmente depende en gran medida del material que elija hacerlo. Diferentes materiales, como acero duradero, latón a prueba de óxido o plásticos de ingeniería livianos, cada uno tiene sus propias ventajas y desventajas y escenarios aplicables.

A continuación, echemos un vistazo a las características de los materiales comúnmente utilizados para Pinion Meckining Para ayudarlo a elegir el material adecuado para su próximo proyecto y resolver fácilmente el problema de selección de materiales.

¿Qué es el mecanizado de piñones?

Por lo general, Consideramos los engranajes con un módulo de menos de 1 mm y un diámetro menos de 10 mm como piñones . Se utilizan en micro-equipamiento compacto y extremadamente exigente, como dispositivos médicos, articulaciones de robots y micro reductores. Esto requiere que la precisión del mecanizado del piñón sea extremadamente alta, y la superficie debe ser tan suave como un espejo para garantizar la transmisión suave, el bajo ruido, la alta eficiencia y la larga vida útil.

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mecanizar estos piñones es muy desafiante: el tamaño pequeño dificulta la sujeción, y la forma, la dirección y el espacio de los dientes pequeños deben ser extremadamente precisos. Las tolerancias del tamaño, la redondez, la agitación, etc. están muy estrictamente controladas. Al mismo tiempo, La superficie del diente debe ser extremadamente suave para reducir la fricción y el desgaste.

¿Cómo funciona el mecanizado de piñones?

1. Preparación de material de precisión

• Selección de material: comúnmente se usa de acero de aleación de alta resistencia, acero inoxidable o plásticos de ingeniería dura.
• Moldado preliminar: después de obtener el material, el primer paso es hacer un blanco cerca de la forma del engranaje. Para ahorrar material y reducir la cantidad de procesamiento posterior, girando de precisión o encabezado en frío (es decir, hacer que el metal sea una forma áspera) se usa generalmente para completar este paso.

2. Proceso del núcleo: mecanizado de forma de dientes

Con el blanco inicial, La parte más crítica de la forma del diente comienza a procesarse . Hay dos métodos principales principales:

(1) Gear Hobbing

• El principio es muy simple: use una placa giratoria de alta velocidad, dientes y una pieza de trabajo giratoria para morderse entre sí, al igual que imprimir un molde, y lanza una forma de diente involutiva precisa.
• Requisitos de la máquina altas: Se debe usar una máquina de carpintería CNC de CNC de computadora. resistente al desgaste).
• La precisión es la clave: la máquina en sí misma debe ser particularmente estable, el error de posición no puede exceder 0.003 mm cada vez que se repite, y el huso debe balancear menos de una milésima de un milímetro (1 micrón) cuando gira.

(2) Gear Hobbing

• Generalmente se usa para manejar estructuras especiales. Algunas formas de engranajes no pueden ser aficionadas, como aquellas con dientes dentro o de varios engranajes apilados (engranajes múltiples), por lo que solo se pueden usar engranajes.
• Utiliza un cortador de giro pequeño (2 mm) muy pequeño que salta hacia arriba y hacia abajo a alta velocidad para cortar los dientes uno por uno.

3. Tecnología de mecanizado y moldeo de piñón fino

A veces, para lograr un mejor rendimiento o proceso, particularmente los materiales de extraer, Se usan métodos de moldeo más sofisticados :

moldeo de extrusión en frío:

• En resumen, es usar un molde muy duro, bajo una gran presión, para apretar directamente el blanco de metal en forma de engranaje como plastilina. Esto no es cortar.
• La textura de metal dentro de la superficie del engranaje del engranaje extruido es continua y completa, sin ningún rastro de corte, y la resistencia general puede aumentar en más del 30%. Por lo tanto, a menudo usamos este método para procesar aquellos pequeños y Equinaciones exigentes en los relojes .

metalurgia en polvo:

• Use polvo de metal ultra fino o polvo de cerámica, Primero inyectándolo en el molde como una inyección , y obtenga un tocho verde con una forma que está muy cerca del producto final, y luego calentarlo a alta temperatura a la sinter y la forma.
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• Ventajas obvias: los dientes de forma compleja se pueden hacer directamente, como engranajes helicoidales y engranajes de espiga, y el producto terminado básicamente no tiene rebabas, ahorrando el proceso posterior.

4. Proceso de finalización final

Después del procesamiento o formación rugoso de la forma del diente, la precisión de la superficie puede no cumplir con el estándar y se requiere más acabado:

• Afeitado de precisión: use un cortador de afeitar con una cuchilla especial para raspar suavemente la superficie del diente de engranaje enrollado/insertado, Eliminar solo un poco de metal de aproximadamente 5 a 10 micras de espesor , haciendo que la superficie del diente sea más suave y más regular.
• Dinterina: deje que el equipo y una cerámica recubierta abrasiva se morden la rueda, contactándose mientras giran. Usando la pequeña fricción entre ellos y el efecto de los abrasivos, los pequeños defectos se muelen poco a poco, y la superficie del diente se pule aún más, y la rugosidad de la superficie puede alcanzar un nivel muy bajo (el valor de AR es mejor que 0.1 micras).
• Pulido mecánico químico: si la superficie del diente debe ser extremadamente suave y lograr un efecto espejo (como se usa en equipos médicos de precisión), use CMP. Este método puede obtener una superficie del diente con acabado de precisión ultra-High (RA menos de 0.05 micras).

5. Asegurar la calidad

No importa qué tan bien se hagan los engranajes, deben ser estrictamente inspeccionados para garantizar la calidad:

Equipo de inspección de núcleo: JS generalmente usa una máquina de medición de coordenadas controlada especial de computadora , que puede medir con precisión los parámetros clave de los engranajes, principalmente incluyendo:

• ¿El perfil del diente es preciso?
• ¿La dirección de los dientes sesgó?
• ¿Se distribuyen todos los dientes uniformemente alrededor del centro?

Ajuste en tiempo real: lo más importante es que los datos detectados se pueden contar directamente a la máquina de procesamiento. La máquina puede ajustar inmediatamente la trayectoria de movimiento de la herramienta en función de estos resultados y compensar el error que se acaba de medir en la siguiente pieza de trabajo o pasos de procesamiento posteriores. Forma un ciclo automático de medición, corrección y reprocesamiento para garantizar que los engranajes sean perfectos.

dificultades y soluciones técnicas:

desafío	contramedidas técnicas clave para JS
Las herramientas de corte son propensas a la deformación/rotura	herramientas de corte recubiertas con nitruro de boro cúbico/cúbico (CBN).
pequeña pieza de trabajo de sujeción de sujeción	Copa de succión de vacío/accesorio elástico de bajo estrés.
cortar calor causa deriva dimensional	Micro lubricación (MQL) Corte de baja temperatura.
Las reboritas son difíciles de eliminar	grabado electrolítico/grabado de plasma.

¿Qué materiales se utilizan para el mecanizado de piñones?

Materiales metálicos más utilizados

1. Acero de aleación de alta resistencia:

• Acero de carburación: como SCM415 de Japón, 20crmnti de China y el 8620 de los Estados Unidos
• Acero de enfriamiento: acero con cromo de carbono alto como SUJ2 y GCR15.

Tecnología de procesamiento:

• Ciburación y enfriamiento: haga que la superficie del piñón sea muy dura (hasta HRC58-62), muy resistente al desgaste, mientras que el núcleo mantiene una buena resistencia y no es fácil de romper. Los pequeños engranajes de reducción en los automóviles a menudo se usan de esta manera .
• Tratamiento térmico del vacío: especialmente adecuado para procesar piñones muy pequeños y extremadamente altos (módulo menos de 0.3 mm), lo que puede reducir efectivamente la deformación del engranaje.

Ventajas: el piñón hecho de este material es particularmente duradero, puede soportar una gran fuerza y ​​no es fácil de romper y tienen una buena resistencia al impacto. Son más adecuados para lugares donde necesitas ejercer fuerza y ​​trabajar duro.

2. Acero inoxidable

• Acero inoxidable austenítico: muy resistente a la corrosión, no es fácil de oxidar, a menudo lo usamos en piñón en equipos médicos o maquinaria de alimentos que necesita limpiarse con frecuencia o expuesto a entornos especiales.
• Acero inoxidable martensítico: se puede endurecer mediante el tratamiento térmico (la dureza de la superficie puede exceder HRC50) y es relativamente resistente al desgaste.
• Requisitos especiales: el piñón como los de los robots quirúrgicos también debe pasar certificación especial de bioseguridad (como ISO 10993) .

3. Aleaciones especiales

• aleación de titanio: luz, fuerte y particularmente resistente a la corrosión. Se usa en Small y Sistemas de accionamiento crítico en aviones y naves espaciales .
• Aleación de cobre: ​​tiene un cierto efecto de lubricación y buena capacidad de absorción de choque. A menudo se usa en transmisión engranajes pequeños en algunos instrumentos de precisión.

Ingeniería de plásticos

1. Ingeniería Común Plastics

material	característica	escenarios de aplicación
pom (polioximetileno)	alta rigidez, coeficiente de baja fricción, fácil de procesar.	engranaje de alimentación de papel de impresora.
PA66+fibraBlass	Resistencia a la temperatura mejorada (120 ℃) ​​y resistencia a la fluencia.	engranaje de accionamiento de la máquina de la ventana del automóvil.
peek (polietheretherketona)	260 ℃ Resistencia a la temperatura y resistencia a la corrosión química.	Transmisión de alta temperatura de equipos de semiconductores.

2. Plastics modificados especiales

• Lleno de grafito/PTFE: Mejore la auto-lubricación (entorno sin aceite).
• Refuerzo de fibra de carbono: mejorar la rigidez y la estabilidad dimensional (engranajes de la articulación del robot).

¿Qué factores se deben considerar al elegir el material adecuado para el mecanizado de piñones?

1. Condiciones de trabajo y requisitos de carga

(1) Tipo de carga y tamaño:

• El par y la tensión de flexión del mecanizado del piñón afectan directamente el nivel de fuerza de la raíz del diente y la superficie del diente. Cuanto mayor sea la carga, mayor es la resistencia del material requerida.
• Si el sistema tiene comienzos frecuentes, se detiene, sobrecargas o choques externos, el material debe tener buena resistencia para resistir estas fuerzas repentinas.

(2) Velocidad:

Cuanto más rápido gira el engranaje, más calor se genera y cuanto mayor sea la carga dinámica y la fuerza de inercia a la que se somete. Esto impone mayores demandas sobre la alta resistencia a la temperatura del material, la capacidad de resistir el daño por fatiga y la resistencia al desgaste. A altas velocidades, el peso del material también puede afectar el momento de la inercia, que debe considerarse.

(3) Entorno de trabajo:

• Temperatura: la temperatura alta hará que el material sea más suave, reducirá la resistencia y la dureza, e incluso puede causar una deformación lenta. La baja temperatura hará que el material sea frágil y reducirá la tenacidad. Al seleccionar materiales, asegúrese de que los materiales puedan mantener el rendimiento requerido a la temperatura de trabajo.
• Corrosión: si el mecanizado del piñón está expuesto a la humedad, el ácido, el álcali, el aerosol de sal u otros entornos corrosivos, la corrosión reducirá en gran medida la resistencia de la fatiga del material. En este caso, es necesario seleccionar materiales resistentes a la corrosión o proteger la superficie del piñón (como recubrimiento, electro sobre).

2. Requisitos funcionales de piñón

• La resistencia y la rigidez son la base: la raíz del diente es anti-flexión y rotura anti-doliente, y el contacto de la superficie del diente es anti-apetitis y espalda. La clave es la resistencia al rendimiento, la resistencia a la tracción, la flexión y la resistencia de la fatiga de contacto del material.
• La superficie del diente debe ser dura y resistente al desgaste: la dureza de la superficie de contacto debe ser alta para resistir los rasguños abrasivos y el desgaste adhesivo, y La resistencia al desgaste depende directamente de la dureza de la superficie .
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• Hardedad: el material debe ser resistente y evitar la fractura quebradiza. La alta fuerza y ​​la alta dureza son difíciles de tener en cuenta. El acero carburizado a menudo se selecciona para el impacto, y el acero apagado de alta duración se selecciona para la carga estable.
• Función de resistencia a la fatiga: el piñón se estresa repetidamente, y el daño por fatiga (rotura del diente, picaduras) es la causa principal. Los límites de flexión y fatiga de contacto son cruciales.
• Estabilidad dimensional: los requisitos de precisión para el mecanizado de piñones son altos. La selección de materiales debe considerar la enduribilidad, la pequeña deformación del tratamiento térmico y la conveniencia para la corrección posterior de molienda.
• Ligero: cuando la aviación, los automóviles, etc. necesitan reducir el peso, los materiales livianos (aleación de aluminio, plásticos de ingeniería, metalurgia de polvo) o un diseño liviano se pueden seleccionar al tiempo que garantiza la resistencia y la rigidez.

3. Tratabilidad térmica de los materiales

• Endurabilidad: la capacidad de un material para obtener la dureza requerida, especialmente cuando el tamaño es grande. Los piñones son de tamaño pequeño, y la enduribilidad generalmente no es un gran problema, pero la uniformidad debe considerarse.
• Deformación del tratamiento térmico: el tamaño y los cambios de forma causados ​​por diferentes materiales y procesos de tratamiento térmico varían mucho. La deformación del tratamiento térmico es uno de los principales factores que afectan la precisión de los piñones . Es necesario seleccionar materiales con buena procesabilidad del tratamiento térmico y pequeña deformación, o reservar el margen suficiente para el acabado posterior. El enfriamiento de carburación y el enfriamiento de inducción a menudo se usan para superficies de dientes duros.

4. La particularidad de los piñones

• Riesgo de falla: en el tren de engranajes, el mecanizado de piñones tiene una pequeña cantidad de dientes y cada diente participa en el malhato más veces. En teoría, es más propenso a la falla de fatiga que los engranajes grandes. La selección de materiales debería centrarse más en su resistencia de fatiga y su durabilidad de la superficie.
• Tamaño de diseño: el tamaño pequeño es relativamente más fácil de endurecer, y el proceso de tratamiento térmico puede tener más espacio para la selección.

¿Cuál es más duradero, acero o engranajes de plástico?

1. Los piñones de acero suelen ser más duraderos y tienen una vida útil más larga:

• El material es fuerte y duro: el acero en sí es muy fuerte y duro, y puede soportar mucha fuerza y ​​es particularmente resistente al desgaste. Esto significa que bajo el mismo trabajo duro, los dientes de acero no se usan fácilmente o exprimidos fuera de forma.
• Resistencia al calor y presión: puede soportar temperaturas de trabajo más altas, mayor presión y fuerza torsional, y no es fácil cansarse y deformarse o agrietarse después de un largo tiempo de trabajo duro.
• Ventaja de vida: en general, en lugares donde se requiere trabajo pesado, alta fuerza, alta velocidad o alta temperatura ambiente, el mecanizado de piñones de acero le dará un tiempo de uso más largo.

2. Los piñones de plástico generalmente no son tan resistentes al desgaste como el acero:

• miedo al calor y la deformación: los plásticos tienden a suavizarse y deformarse cuando se exponen a altas temperaturas, y su fuerza también es pobre. Bajo una fuerza fuerte continua o rotación de alta velocidad, es más probable que se use, se rompa o se deforman directamente.
• miedo al envejecimiento: algunos plásticos se volverán frágiles con el tiempo, o su rendimiento se deteriorará después del contacto con ciertos aceites y productos químicos.
• Ligeros y tranquilidad: las ventajas del plástico son el peso ligero, la operación silenciosa y, en muchos casos, no se requieren engrasamiento y mantenimiento adicionales, y no se oxidará.

nuestras recomendaciones de selección:

• Si necesita resistir el desgaste y usarlo durante mucho tiempo, los engranajes de acero son la primera opción. Por ejemplo, los engranajes clave en la caja de cambios de automóvil y las piezas responsables de la transmisión de alta potencia en las máquinas de fábrica.
• Si le importa más el peso ligero, el bajo ruido y pocas restricciones ambientales, los engranajes de plástico pueden usarse y más rentables. Por ejemplo, el mecanizado del piñón en juguetes y los engranajes cargados de luz en los temporizadores de dispositivos domésticos .

La elección de materiales baratos acortará la vida del piñón?

En términos generales, es probable que elegir materiales baratos acorte la vida útil de los engranajes pequeños, pero esto depende de cómo cambiar los materiales y dónde se usan los engranajes.

1. Cambiar a peores materiales (como plástico a acero):

Esto seguramente acortará la vida del mecanizado de piñones. Los plásticos son muy inferiores al acero en resistencia, resistencia al calor y resistencia al desgaste. Si se usa plástico donde el acero debe usarse para ahorrar dinero, los engranajes se deforman fácilmente , usan o se agrietan bajo la fuerza, alta velocidad o alta temperatura, y la vida es muy corta.

2. Use materiales similares más baratos:

Esto es arriesgado. No es 100% seguro de que algo saldrá mal, pero la probabilidad de que algo salga mal sea mayor.
Por ejemplo, el acero barato puede tener más impurezas, un tratamiento térmico deficiente o un nivel de resistencia más bajo. Es más probable que este tipo de mecanizado de piñones se deforme, use más rápido o produzca fácilmente fatiga de metal bajo cargas pesadas. Puede que no se rompa de inmediato, pero definitivamente no es tan duradero como el buen acero, y la vida útil puede reducirse sin saberlo.

o use plástico más barato, que puede ser más suave, más miedo al calor y más propenso al envejecimiento y la fragilidad. En el mismo entorno de uso, se romperá más rápido.

Puntos clave para tener en cuenta:

• Si el mecanizado del piñón es solo una rotación suave en una licuadora doméstica, puede estar bien usar materiales más baratos. Pero si es Rotar a alta velocidad en una máquina de fábrica , ahorrar dinero en materiales es muy arriesgado, y hay una alta probabilidad de desechos tempranos.
• ¿Qué significa barato? Por ejemplo, ¿se usa plástico cuando se debe usar el acero? ¿O es el mismo material de mala calidad? Obviamente, el primero tiene un mayor impacto, pero el segundo también puede tener grandes riesgos.

nuestros consejos de ahorro de dinero:

• Piense cuidadosamente sobre cuánta fuerza necesita el equipo: si la fuerza es realmente pequeña, la velocidad es lenta y el medio ambiente no es duro, es posible que pueda elegir el plástico correcto.
• Encuentre un proveedor confiable: el mismo nylon o acero, los diferentes fabricantes tienen una calidad muy diferente. Encuentra un proveedor de buena reputación , el uso de materiales regulares y más baratos suele ser más seguro que encontrar un fabricante de marca.

Resumen

Mecanizado de piñones, no es fácil elegir materiales para él. En JS, sabemos que esto requiere una evaluación integral de la resistencia, la dureza, la resistencia al desgaste del material, y la viabilidad de procesamiento y fabricación. Nuestro equipo profesional Comprenderá profundamente las características de los diferentes materiales, combinará de cerca los escenarios de trabajo y los requisitos de rendimiento del mecanizado de piñones y tomará decisiones precisas.

Recuerde que para los sistemas de transmisión de precisión, los materiales de alto rendimiento que JS coincide para los piñones determinan directamente si todo el sistema puede operar a largo plazo y de manera confiable, que es el valor central de nuestra acumulación de tecnología.

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Preguntas frecuentes

1. ¿Cuál es la consideración principal al seleccionar materiales?

La consideración principal para seleccionar materiales de piñion es cumplir con los requisitos de rendimiento de las condiciones de trabajo, coincidir con la viabilidad de la tecnología de procesamiento y finalmente optimizar la rentabilidad. Por ejemplo, el acero de aleación se usa en escenarios de servicio pesado, el acero inoxidable se selecciona en entornos corrosivos y el acero de carbono económico se usa en condiciones de trabajo ordinarias.

2. ¿Cuándo usar acero inoxidable?

El acero inoxidable es adecuado para escenarios con alta corrosión o estrictos requisitos de limpieza. Por ejemplo, cuando los engranajes de los equipos de procesamiento de alimentos están expuestos a los detergentes ácidos y álcali, los engranajes de naves están expuestos a entornos de spray de sal, o el equipo médico debe desinfectarse con frecuencia. En este momento, se sacrifica cierta economía de corte a cambio de resistencia a la corrosión, pero el costo es 40% -60% más alto que el acero al carbono.

3. ¿Cuáles son las ventajas del acero de la aleación?

El acero de aleación

mejora el rendimiento del núcleo al agregar elementos como el cromo y el níquel: mejora significativamente la fuerza y ​​la dureza mientras se mantiene la buena resistencia. Mejora la resistencia al desgaste y la resistencia a la fatiga y extiende la vida útil del equipo. Permite un ajuste fino del rendimiento a través del tratamiento térmico. Adecuado para condiciones de trabajo duras, como cargas pesadas y altas velocidades, aunque el costo es más alto que el acero al carbono, tiene un excelente rendimiento del costo.

4. ¿Los requisitos de acabado están relacionados con los materiales?

Los requisitos de acabado están directamente relacionados con las propiedades del material. La dureza del material afecta la selección de herramientas y el acabado superficial. La ductilidad está relacionada con el control de las rebabas. La estabilidad del tratamiento térmico determina la precisión dimensional. Diferentes materiales requieren un ajuste dirigido de los parámetros de corte.

recurso

plástico

rack y pin

cambia de marcha