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 paramecanizado de piñonesPara ayudarlo a elegir el material adecuado para su próximo proyecto y resolver fácilmente el problema de selección de material.
¿Qué es el mecanizado de piñones?
Por lo general, consideramos los engranajes con un módulo inferior a 1 mm y un diámetro inferior a 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.
El mecanizado de 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, elsuperficie del dienteDebe 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 utilizado son 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 espacio en blanco cerca de la forma del engranaje. Para ahorrar material y reducir la cantidad de procesamiento posterior,giro de precisióno el encabezado en frío (es decir, para hacer que el metal sea una forma rugosa) generalmente se usa para completar este paso.
2. Proceso del núcleo: mecanizado de forma de diente
Con el blanco inicial, la parte más crítica de la forma del diente comienza a ser procesada. Hay dos métodos principales principales:
(1) Entrega
- 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 extender una forma de diente involutiva precisa.
- Requisitos altos de la máquina: una computadora controladaCNC Gear HobbingLa máquina debe usarse, equipada con una placa ultra pequeña y ultra precisión (el módulo es tan pequeño como 0.1-0.3, y la cuchilla debe estar chapada en diamantes, que es más difícil y más resistente al desgaste).
- La precisión es la clave: la máquina en sí debe ser particularmente estable, el error de posición no puede exceder 0.003 mm cada vez que se repite, y el huso debe balancearse menos de una milésima de milímetro (1 micras) cuando gira.
(2) Entrega
- Generalmente utilizado 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 tope pequeño (2 mm) de engranaje 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, se utilizan materiales particularmente difíciles de cortar, se utilizan métodos de moldeo más sofisticados:
Moldeo por extrusión en frío:
- En resumen, es para usar un molde muy duro, bajo una gran presión, para apretar directamente el blanco de metal en forma de engranaje como el plastilina de amasado. Esto no es corte.
- 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 yengranajes exigentesen relojes.
Metalurgia en polvo:
- Use el polvo de metal ultra fino o el polvo de cerámica, primero inyectéelo en el molde como una inyección y obtenga una palanquilla verde con una forma que esté muy cerca del producto final, y luego caliéntelo a alta temperatura para sinterizar y darle forma.
- 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 acabado final
Después del procesamiento o formación 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, eliminando solo un poco de metal de unos 5 a 10 micras de espesor, haciendo que el dientesuperficie más suavey 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 dental con acabado de precisión ultra alta (AR menos de 0.05 micras).
5. Asegúrese de calidad
No importa qué tan bien sean los engranajes, deben ser estrictamente inspeccionados para garantizar la calidad:
Equipo de inspección del núcleo: JS generalmente utiliza una máquina de medición de coordenadas controlada especial de computadora, que puede medir con precisión los parámetros clave de los engranajes, principalmente incluyendo:
- ¿Es el perfil del diente preciso?
- ¿Está sesgada la dirección de los dientes?
- ¿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 el finoTrayectoria de movimiento de la herramientaSegún 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 de nitruro de boro cúbico/diamante (CBN). |
Pequeña pieza de trabajo de sujeción de sujeción | Copa de succión al vacío/accesorio elástico de bajo estrés. |
El corte de calor causa deriva dimensional | Micro lubricación (MQL) Corte de baja temperatura. |
Las rebabas son difíciles de eliminar | Decuración electrolítica/grabado de plasma. |
¿Qué materiales se utilizan para el mecanizado de piñones?
Materiales de metal 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 alto carbono como SUJ2 y GCR15.
Tecnología de procesamiento:
- Carburización 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. Pequeñoengranajes de reducciónEn los automóviles a menudo se usan de esta manera.
- Tratamiento térmico al 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 resistir una gran fuerza y no son fáciles 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 el piñón en equipos médicos o maquinaria de alimentos que deben limpiarse con frecuencia o expuestos 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 deben pasar especialescertificación de bioseguridad(como ISO 10993).
3. Aleaciones especiales
- Aleación de titanio: luz, fuerte y particularmente resistente a la corrosión. Se utiliza en sistemas de accionamiento pequeños y críticos en aviones y naves espaciales.
- Aleación de cobre: tiene un cierto efecto de lubricación y una buena capacidad de absorción de choque. A menudo se usa en engranajes pequeños de transmisión en algunos instrumentos de precisión.
Ingeniería de plásticos
1. Ingeniería común plástica
Material | Característica | Escenarios de aplicación |
POM (polioximetileno) | Alta rigidez, coeficiente de baja fricción, fácil de procesar. | Engranaje de alimentación de papel de impresora. |
PA66+fibra de vidrio | Resistencia a la temperatura mejorada (120 ℃) y resistencia a la fluencia. | Engranaje de conducción de la máquina de la ventana del automóvil. |
PIEK (polietheretherketona) | 260 ℃ Resistencia a la temperatura y resistencia a la corrosión química. | Transmisión de alta temperatura de equipos 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 articulación de robots).
¿Qué factores deben considerarse 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, paradas, sobrecargas o choques externos, el material debe tener una buena resistencia para resistir estas fuerzas repentinas.
(2) Velocidad:
Cuanto más rápido gire el engranaje, más calor se genera y mayor es la fuerza dinámica de carga e 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 seleccionarmateriales resistentes a la corrosióno proteger la superficie del piñón (como el recubrimiento, la electroplatación).
2. Requisitos funcionales del 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-apegamiento y espalda. La clave es la resistencia al rendimiento, la resistencia a la tracción, la flexión y la resistencia a 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.
- Hardness: 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 una 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 posteriorcorrección de molienda.
- Ligero: cuando la aviación, los automóviles, etc. necesitan reducir el peso, los materiales livianos (aleación de aluminio, plásticos de ingeniería, metalurgia en polvo) o un diseño liviano se pueden seleccionar al tiempo que garantiza la resistencia y la rigidez.
3. Tratabilidad térmica de los materiales
- La enduribilidad: 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 maltratación 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 fuerza de fatiga ydurabilidad de la superficie.
- Tamaño del 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, de 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 planos o exprimidos fuera de forma.
- Resistencia al calor y presión: puede soportar mayores temperaturas de trabajo, mayor presión y fuerza torsional, y no es fácil cansarse y deformarse o agrietarse después de mucho tiempo de trabajo duro.
- Ventaja de la 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:
- Temeroso al calor y la deformación: los plásticos tienden a suavizarse y deformarse cuando se exponen a altas temperaturas, y su resistencia 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 silenciosos: las ventajas del plástico son el peso ligero, la operación tranquila 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 te importa más el peso ligero, el bajo ruido y pocas restricciones ambientales,engranaje de plásticoPuede ser utilizado y más rentable. Por ejemplo, el mecanizado del piñón en juguetes y los engranajes cargados de luz en los temporizadores de electrodomésticos.
¿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. Cambie 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, se usan o se agrietan bajo alta fuerza, alta velocidad o alta temperatura, y la vida se acorta en gran medida.
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 es mayor.
Por ejemplo, el acero barato puede tener más impurezas, un tratamiento térmico deficiente o un nivel de menor resistencia. 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 comobuen 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 a 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 está girando a alta velocidad en una máquina de fábrica, ahorrar dinero en materiales es muy arriesgado, y existe una alta probabilidad de desguace temprano.
- ¿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 adecuado.
- 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 unfabricante de la 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 profesionalComprenderá profundamente las características de los diferentes materiales, combinará de cerca los escenarios de trabajo y los requisitos de rendimiento del mecanizado de piñones y tomaron decisiones precisas.
Recuerde que para los sistemas de transmisión de precisión, los materiales de alto rendimiento que JS coincide con 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 piñón 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 alta resistencia, el acero inoxidable se selecciona en entornos corrosivos y se utiliza acero económico en carbono 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 una 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 una 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 de costos.
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.