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ピニオンは小さいですが、精密機械装置で重要な役割を果たしていますが、動力を着実に送信し、動きを正確に制御する必要があります。この小さな部分を使用できる時間とそれがどれだけうまく機能するかは、実際にどの程度の材料を作成するかに大きく依存します。耐久性のある鋼、錆びない真鍮、軽量エンジニアリングプラスチックなどのさまざまな材料には、それぞれに独自の利点と短所、適用可能なシナリオがあります。

次に、一般的に使用される材料の特性を見てみましょうピニオンの機械加工次のプロジェクトに適した素材を選択し、材料選択の問題を簡単に解決できるようにします。

ピニオンの機械加工とは何ですか？

通常、モジュラスのギアは1mm未満で、直径が10mm未満のギアをピニオンと見なします。それらは、医療機器、ロボットジョイント、マイクロ還元剤など、コンパクトで非常に厳しいマイクロエクエッキに使用されます。これには、ピニオンの機械加工精度が非常に高くなければならず、表面は滑らかな伝送、低ノイズ、高効率、長寿命を確保するために鏡と同じくらい滑らかでなければなりません。

これらのピニオンを加工することは非常に困難です。サイズが小さいため、クランプが困難になり、小さな歯の形状、方向、間隔は非常に正確でなければなりません。サイズ、丸み、ランアウトなどの公差は非常に厳密に制御されています。同時に、歯の表面摩擦と摩耗を減らすために非常に滑らかでなければなりません。

ピニオンの加工はどのように機能しますか？

1。精密材料の準備

• 材料の選択：一般的に使用されているのは、高強度合金鋼、ステンレス鋼、またはハードエンジニアリングプラスチックです。
• 予備的な成形：材料を手に入れた後、最初のステップは、ギアの形状に近づいて空白を作ることです。材料を保存し、その後の処理の量を減らすために、精密なターニングまたは、コールドヘディング（つまり、金属形式の形状を粗い形状にするため）は、一般にこのステップを完了するために使用されます。

2。コアプロセス：歯形の機械加工

最初の空白で、最も重要な歯の形状の部分が処理され始めます。 2つの主な主流の方法があります。

（1）ギアホビング

• 原則は非常に単純です。高速回転、歯のあるホブと回転するワークピースを使用して、型を印刷して、正確なインボリュートの歯の形を展開します。
• 高い機械要件：コンピューター制御CNCギアホッビング非常に小さい超高精度のホブを装備したマシンを使用する必要があります（モジュラスは0.1-0.3と同じくらい小さく、ブレードはダイヤモンドメッキでなければなりません。
• 精度が重要です。マシン自体が特に安定している必要があり、位置エラーが繰り返されるたびに0.003 mmを超えることはできません。スピンドルは回転するときに1000分の1ミリメートル（1ミクロン）未満でスイングする必要があります。

（2）ギアホッビング

• 一般的に特別な構造を処理するために使用されます。いくつかのギアの形は、内部に歯がある人やいくつかのギアが一緒に積み重ねられている人（マルチリンクギア）など、ホブにすることはできません。
• 非常に小さな（2mm）小さなギアホビングカッターを使用して、高速で上下にジャンプして歯を1つずつ切り取ります。

3。細かいピニオンの機械加工と成形技術

時には、より良いパフォーマンスやプロセスを実現するために、特に困難な素材を処理するために、より洗練された成形方法が使用されます。

コールドエクストージョンモールディング：

• 要するに、非常に硬いカビを使用して、金属製のブランクをプラスチシンのこねのようなギアの形に直接絞ることです。これは切断されていません。
• 押し出されたギアのギア表面内の金属テクスチャは、痕跡がなく、全体的な強度を30％以上増加させることができず、連続的かつ完全です。したがって、私たちはしばしばこの方法を使用してそれらを小さく処理し、要求の厳しいギア時計で。

パウダー冶金：

• ウルトラファインメタルパウダーまたはセラミックパウダーを使用し、最初に注入のように金型に注入し、最終製品に非常に近い形状の緑のビレットを取得し、高温で加熱して焼結して形作ります。
• 明らかな利点：ヘリカルギアやヘリンボーンギアなど、複雑な形の歯を直接作成できます。完成品には基本的にバリがなく、その後のプロセスが節約されます。

4。最終仕上げプロセス

歯の形状の大まかな処理または形成の後、表面の精度は標準を満たさず、さらに仕上げが必要です。

• 精密シェービング：シェービングカッターを使用して特別なブレードを使用して、丸め/挿入されたギアの歯の表面をやさしくこすり、厚さ約5〜10ミクロンしか除去し、歯を作ります表面が滑らかですそしてもっと定期的です。
• ホーニング：ギアと研磨剤でコーティングされたセラミックのホイールを互いに噛ませ、回しながら連絡を取ります。それらの間の小さな摩擦と研磨剤の効果を使用すると、小さな欠陥は少しずつ離れて根拠があり、歯の表面はさらに磨かれ、表面の粗さは非常に低いレベルに達する可能性があります（RA値は0.1ミクロンよりも優れています）。
• 化学機械的研磨：歯の表面が非常に滑らかで、ミラー効果（精密な医療機器で使用されるなど）を実現する必要がある場合は、CMPを使用してください。この方法では、超高精度仕上げ（RA未満0.05ミクロン）の歯表面を取得できます。

5.品質を確保します

ギアがどれほどうまく作られていても、品質を確保するために厳密に検査する必要があります。

コア検査機器：JSは通常、特別なコンピューター制御された座標測定機を使用します。これは、主に以下を含むギアの重要なパラメーターを正確に測定できます。

• 歯のプロファイルは正確ですか？
• 歯の方向は歪んでいますか？
• すべての歯は中央の周りに均等に分布していますか？

リアルタイム調整：最も重要なことは、検出されたデータを処理機に直接通知できることです。マシンはすぐに微調整できますツールのモーション軌跡これらの結果に基づいて、次のワークピースまたはその後の処理手順で測定されたエラーを補正します。測定、修正、再処理の自動サイクルを形成して、ギアが完璧であることを確認します。

技術的な困難と解決策：

チャレンジ	JSの主要な技術的対策
切削工具は、変形/破損する傾向があります	ダイヤモンド/キュービック窒化ホウ素（CBN）コーティングされた切削工具。
小さなワークピースクランプ変形	真空吸引カップ/低応力弾性備品。
熱を切ると、寸法ドリフトが発生します	マイクロ潤滑（MQL）低温切断。
バリを取り除くのは困難です	電解burring/プラズマエッチング。

ピニオンの機械加工にはどの材料が使用されますか？

最も一般的に使用される金属材料

1。高強度合金鋼：

• 浸炭鋼：日本のSCM415、中国の20CRMNTI、米国8620など。
• クエンチングスチール：SUJ2やGCR15などの高炭素クロムベアリングスチール。

処理技術：

• 浸炭とクエンシング：ピニオンの表面を非常に硬く（HRC58-62まで）、非常に耐摩耗性を高めますが、コアは良好なタフネスを維持し、壊れやすくなります。小さい減速装置この方法では、車でよく使用されます。
• 真空熱処理：特に、非常に小さく、非常に高精度のピニオン（0.3mm未満のモジュール）の処理に適しているため、ギアの変形を効果的に削減できます。

利点：この材料で作られたピニオンは、特に耐久性があり、大きな力に耐えることができ、壊れやすく、耐性が良くありません。彼らはあなたが力をかけ、一生懸命働く必要がある場所に最も適しています。

2。ステンレス鋼

• オーステナイトステンレス鋼：非常に腐食耐性、錆びが簡単ではありません。頻繁に洗浄する必要があるか、特別な環境にさらされる必要がある医療用具または食品機械のピニオンでよく使用します。
• マルテンサイトステンレス鋼：熱処理によって強化される可能性があります（表面硬度はHRC50を超える可能性があります）。
• 特別な要件：手術ロボットのようなピニオンも特別な合格しなければなりませんバイオセーフティ認定（ISO 10993など）。

3。特別な合金

• チタン合金：軽く、強く、特に腐食耐性。航空機と宇宙船の小規模で重要な駆動システムで使用されています。
• 銅合金：特定の潤滑効果と良好な衝撃吸収能力があります。いくつかの精密機器の小さなギアの送信でよく使用されます。

エンジニアリングプラスチック

1.一般的なエンジニアリングプラスチック

材料	特性	アプリケーションシナリオ
POM（ポリオキシメチレン）	高剛性、低摩擦係数、処理が簡単です。	プリンターペーパー給餌装置。
PA66+ファイバーグラス	温度抵抗（120℃）とクリープ抵抗の改善。	カーウィンドウマシンドライブギア。
ピーク（ポリエーテルケトン）	260℃温度抵抗と化学腐食抵抗。	半導体機器の高温感染。

2.特別な修正プラスチック

• グラファイト/PTFEで満たされています：自己潤滑（オイルフリー環境）を改善します。
• 炭素繊維の補強：剛性と寸法の安定性を改善する（ロボットジョイントギア）。

ピニオン加工に適切な材料を選択する際には、どのような要因を考慮する必要がありますか？

1。労働条件と負荷要件

（1）負荷の種類とサイズ：

• ピニオンの機械加工のトルクと曲げ応力は、歯の根と歯の表面の力レベルに直接影響します。負荷が大きいほど、材料強度は必要です。
• システムが頻繁に起動し、停止、過負荷、または外部ショックがある場合、材料はこれらの突然の力に耐えるために良いタフネスを持つ必要があります。

（2）速度：

ギアが回転するほど速く、熱が生成され、動的荷重と慣性力が大きくなります。これにより、材料の高い温度強度、疲労損傷に抵抗する能力、耐摩耗性に対する需要が高まります。高速では、材料の重量も慣性のモーメントに影響を与える可能性があり、検討する必要があります。

（3）作業環境：

• 温度：高温は材料をより柔らかくし、強度と硬さを減らし、変形が遅くなることさえあります。低温は材料を脆くし、靭性を減らします。材料を選択するときは、材料が作業温度で必要なパフォーマンスを維持できることを確認してください。
• 腐食：ピニオンの機械加工が水分、酸、アルカリ、塩スプレー、またはその他の腐食性環境にさらされている場合、腐食は材料の疲労強度を大幅に減らします。この場合、選択する必要があります腐食耐性材料または、ピニオンの表面（コーティング、電気めっきなど）を保護します。

2。ピニオンの機能要件

• 強度と剛性は基礎です。歯の根は、屈曲防止と歯の破損であり、歯の表面接触はアンチピッティングとスパリングです。重要なのは、材料の降伏強度、引張強度、曲げ、接触疲労強度です。
• 歯の表面は硬くて耐摩耗性でなければなりません。接触表面の硬度は、研磨型の傷や接着摩耗に抵抗するために高くなければなりません。耐摩耗性は表面の硬度に直接依存します。
• 靭性：材料は丈夫で、脆性骨折を防ぐ必要があります。高強度と高い靭性を考慮するのは困難です。浸炭鋼は衝撃のためにしばしば選択され、安定した負荷のために高硬度の消光スチールが選択されます。
• 疲労抵抗機能：ピニオンは繰り返しストレスを受け、疲労損傷（歯の破損、孔食）が主な原因です。曲げおよび接触疲労の制限が非常に重要です。
• 寸法の安定性：ピニオン加工の精度要件が高くなっています。材料の選択は、その後の硬化性、少量の熱処理の変形、および利便性を考慮する必要があります研削補正。
• 軽量：航空、自動車などが、強度と剛性を確保しながら、軽量、軽量材料（アルミニウム合金、エンジニアリングプラスチック、粉末冶金）または軽量設計を選択できます。

3。材料の熱治療可能性

• 硬化性：特にサイズが大きい場合は、必要な硬度を得る材料の能力。ピニオンのサイズは小さく、硬化性は通常大きな問題ではありませんが、均一性を考慮する必要があります。
• 熱処理変形：異なる材料と熱処理プロセスによって引き起こされるサイズと形状の変化は大きく異なります。熱処理変形は、ピニオンの精度に影響を与える主な要因の1つです。優れた熱処理処理性と小さな変形を備えた材料を選択するか、その後の仕上げに十分なマージンを留保する必要があります。浸炭クエンチングと誘導消光は、しばしば硬い歯の表面に使用されます。

4。ピニオンの特殊性

• 故障リスク：ギアトレインでは、ピニオンの機械加工には歯が少なく、各歯がより多くの回数に関与しています。理論的には、大きなギアよりも疲労障害が発生しやすいです。材料の選択は、その疲労強度にもっと焦点を合わせる必要があり、表面の耐久性。
• 設計サイズ：小さいサイズは比較的硬化しやすく、熱処理プロセスは選択の余地が増える可能性があります。

より耐久性のあるもの、スチールまたはプラスチック製のギアはどれですか？

1.スチールピニオンは通常、より耐久性があり、寿命が長くなります。

• 材料は強くて硬いです。スチール自体は非常に強くて硬く、多くの力に耐えることができ、特に摩耗に耐性があります。これは、同じハードワークの下で、鋼の歯が平らに簡単に摩耗したり、形状から絞られたりしないことを意味します。
• 熱と圧力抵抗：より高い作業温度、より高い圧力、ねじれの力に耐えることができ、長い時間の努力の後に疲れて変形したり割れたりするのは簡単ではありません。
• 人生の利点：一般的に、重い仕事、強力、高速、または高周囲温度が必要な場所では、スチールピニオンの機械加工により時間が長くなります。

2。プラスチックピニオンは、一般に鋼ほど耐摩耗性ではありません。

• 熱と変形を恐れる：プラスチックは高温にさらされると柔らかくなり、変形する傾向があり、その強さも貧弱です。連続強力な力または高速回転の下で、直接摩耗、亀裂、または変形する可能性が高くなります。
• 老化を恐れる：一部のプラスチックは時間とともに脆くなるか、特定のオイルや化学物質との接触後にパフォーマンスが悪化します。
• 軽量で静か：プラスチックの利点は軽量で、静かな操作であり、多くの場合、追加の給油とメンテナンスは必要ありません。錆びません。

私たちの選択の推奨事項：

• 摩耗や裂け目に耐えて長い間使用する必要がある場合は、スチールギアが最初の選択肢です。たとえば、車のギアボックスの重要なギアと、工場マシンの高出力トランスミッションの原因となる部品。
• 軽量、低ノイズ、および環境制限がほとんどない場合は、プラスチックギア使用することができ、より費用対効果が高い場合があります。たとえば、おもちゃのピニオンの機械加工と、家電タイマーの光装填ギア。

安価な材料を選択すると、ピニオンの寿命が短くなりますか？

一般的に言えば、安価な材料を選択すると、小さなギアの寿命が短くなる可能性がありますが、これは材料の変更方法とギアの使用方法に依存します。 ​​

1。より悪い材料に変更します（プラスチックから鋼など）：

これにより、ほぼ確実にピニオンの機械加工の寿命が短くなります。プラスチックは、強度、耐熱性、耐摩耗性が鋼鉄よりもはるかに劣っています。お金を節約するために鋼を使用する必要がある場所でプラスチックが使用される場合、ギアは簡単に変形したり、高速、高速、または高温で摩耗したり、亀裂したりし、寿命は大幅に短くなります。

2。より安い同様の素材を使用してください。

これは危険です。何かがうまくいかないことは100％確実ではありませんが、何かが間違っている可能性は高くなります。
たとえば、安価な鋼は、より多くの不純物、貧弱な熱処理、または強度レベルが低い場合があります。この種のピニオンの機械加工は、大量の負荷の下で変形したり、より速く摩耗したり、簡単に金属疲労を引き起こす可能性が高くなります。すぐに壊れないかもしれませんが、間違いなく耐久性はありません良い鋼、そして寿命は知らないうちに減少するかもしれません。

または、より柔らかく、熱を恐れ、老化しやすくなりやすい、より安価なプラスチックを使用してください。同じ使用環境では、より速く壊れます。

注意すべき重要なポイント：

• ピニオンの機械加工が家庭用ブレンダーで穏やかな回転である場合、安価な材料を使用すると問題ないかもしれません。しかし、工場のマシンで高速で回転している場合、材料にお金を節約することは非常に危険であり、早期廃棄の可能性が高いです。
• 安いとはどういう意味ですか？たとえば、プラスチックは鋼を使用するときに使用されますか？それとも、品質が低いのと同じ材料ですか？明らかに、最初のものには大きな影響がありますが、2番目のものには大きなリスクがある場合があります。

私たちのお金を節約するヒント：

• ギアが必要な力について慎重に考えてください。力が本当に小さく、速度が遅く、環境が厳しくない場合、適切なプラスチックを選択できる場合があります。
• 信頼できるサプライヤーを見つける：同じナイロンまたはスチール、さまざまなメーカーが品質が非常に異なります。通常、通常の安価な材料を使用することは、通常、ブランドメーカー。

まとめ

ピニオンの機械加工、そのための材料を選択するのは簡単ではありません。 JSでは、これには、材料の強度、靭性、耐摩耗性、および処理と製造の実現可能性の包括的な評価が必要であることがわかっています。私たちのプロのチームさまざまな材料の特性を深く理解し、作業シナリオとピニオン加工のパフォーマンス要件を密接に組み合わせて、正確な選択をします。

精密伝送システムの場合、JSが一致する高性能材料は、システム全体が長期的かつ確実に動作できるかどうかを直接決定することを忘れないでください。

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FAQ

1.材料を選択する際の主な考慮事項は何ですか？

ピニオン材料を選択するための主な考慮事項は、労働条件のパフォーマンス要件を満たし、処理技術の実現可能性と一致させ、最終的に費用対効果を最適化することです。たとえば、合金鋼は頑丈なシナリオで使用され、ステンレス鋼は腐食性環境で選択され、経済的な炭素鋼は通常の労働条件で使用されます。

2。ステンレス鋼をいつ使用するのですか？

ステンレス鋼は、高い腐食または厳格な清潔さの要件を備えたシナリオに適しています。たとえば、食品加工装置のギアが酸およびアルカリの洗剤にさらされると、船のギアは塩スプレー環境にさらされたり、医療機器を頻繁に消毒する必要があります。現時点では、一部の切断経済は腐食抵抗と引き換えに犠牲にされていますが、コストは炭素鋼よりも40％〜60％高くなっています。

3.合金鋼の利点は何ですか？

合金鋼は、クロムやニッケルなどの要素を追加することにより、コアの性能を向上させます。良好な靭性を維持しながら、強度と硬度を大幅に向上させます。耐摩耗性と疲労抵抗を強化し、ギアの寿命を延ばします。熱処理を通じてパフォーマンスの細かい調整を可能にします。重い負荷や高速などの過酷な労働条件に適していますが、コストは炭素鋼よりも高くなりますが、優れたコストパフォーマンスがあります。

4。仕上げ要件は材料に関連していますか？

仕上げ要件は、材料特性に直接関連しています。材料の硬度は、ツールの選択と表面仕上げに影響します。延性はBURRコントロールに関連しています。熱処理安定性により、寸法の精度が決まります。異なる材料には、切断パラメーターのターゲット調整が必要です。

リソース

プラスチック

ラックとピニオン

ギアシェーピング