Overformet POM-tandhjul med messingindsats: Hvorfor løsner navene sig?

Et gråt POM-tandhjul med en drejet messingkerne ser ud som et simpelt sammensat komponent, og netop derfor mislykkes så mange af dem. Job 260626003 ankom i juni 2025 fra en producent af kontorudstyr, hvis tidligere leverandør havde sendt en parti overformede POM-tandhjul, som bestod alle dokkemålinger – men som derefter mistede deres indsatser inde i maskinen: nogle drejede sig på akslen under omvendt drejningsmoment, nogle sprængte den formede kant under montering, og nogle forskydede sig så meget fra centrum, at drivmekanismen blev støjende og sikrings-skruerne ikke kunne holde.

Nedenfor beskrives, hvad vi ændrede, hvilke mål vi registrerede under hele produktionsomgangen, og hvilken fejl vi fandt i vores første halvtreds dele. Hvis du køber et overformet POM-tandhjul med en messingindsats, er fastholdelsesafsnittet det, der kræver din opmærksomhed – fordi det oplagte svar, nemlig at presse indsatserne fast og stole på friktion, var årsagen til, at den første parti mislykkedes.

Hvad den metalbaserede kerne faktisk bruges til

De to materialer udfører to forskellige funktioner, og netop denne opdeling gør komponenten funktionsdygtig.

Den formede POM-krop bærer tandgeometrien. POM er stift, dimensionelt stabil under belastning og så glat, at et lille tandhjulspar kører stille uden smøring. Messingkernen bærer alt, hvad der udsættes for punktbelastning: den centrale boring, der placerer akslen, de to flade overflader, der er drejet i den øverste ende og som overfører drejningsmoment til en tilsvarende del, samt de gevindskårne tværgange, der fastgør monteringen til akslen med sikringskruer.

At forme tænderne på en drejet kerne i stedet for at dreje hele tandhjulet fra messing eller stål giver stille drift, lavere vægt og ingen smøring, og det koster mindre end en fuldt drejet del ved stor seriestørrelse. Kompromiset er følgende: forbindelsen mellem plast og metal er nu en belastningssti, og den skal designes – ikke antages.

Fejltilstanden, som ingen måler

POM fortsætter med at bevæge sig, efter at formemaskinen er standset

POM krystalliserer, når det afkøles, og krymper ca. 1,8 procent fra formhulen. Det fortsætter også med at slappe af i timer efter, at emnet forlader formen, og det bevæger sig ca. fem til seks gange mere end messing ved samme temperaturændring. En pasform, der måles stram på arbejdsbordet om morgenen, kan måles løs i et varmt hus om eftermiddagen, uden at noget har været rørt.

Det er hele problemet i én sætning: en friktionsforbindelse mellem to materialer, der udvider sig med forskellige hastigheder, er en forbindelse med udløbsdato.

Kanten er den svageste ring i emnet

Når en glat kragen trykkes ind i en formgivet nav, påvirkes den omkringliggende plast i ringformet spænding. Den tyndeste, koldeste og mest spændte ring i hele komponenten er kanten omkring navet, og det er også stedet, hvor sprøjtestøbningens indgang og skillelinjen normalt befinder sig. Når presspassningen er dimensioneret for stramhed frem for passform, er det kanten, der bærer konsekvenserne – og sådan opstår der f.eks. et tandhjul, der revner på monteringsbordet og aldrig engang når frem til maskinen.

Forbindelsen skal udføre to opgaver samtidigt

Placering og drivkraft er ikke det samme krav. En navindsætning skal forblive koncentrisk med tandhjulets akse inden for få hundrededele millimeter, og den skal kunne modstå vekselret drejningsmoment uden den mindste rotation overhovedet. En friktionspassning udfører den første opgave rimeligt godt, når den er ny, men den anden opgave dårligt altid, fordi den normalkraft, den bygger på, er det første, der forsvinder, når plasten slapper af.

Tre måder at fastholde en messingindsætning – og hvornår hver enkelt virker

Metode	Hvordan den fastholdes	Momentstyrke	Koncentricitet	Hvor det passer
Presspassning på en glat kragen	Kun friktion, fra interferens mellem kragen og navet	Lav til medium; aftager, når POM slapper af og opvarmes	God kun, hvis navet skæres efter støbning	Lavmomentplacering, let belastning, prototyper
Rillekragen presset ind til en kontrolleret dybde	Formlåsning: rille-tænderne bidrager i plastikken, og drejningsmomentet overføres gennem tænderne	Høj, holder under omvendt belastning	0,02 mm, når navet skæres, efter at legemet har sat sig	Drivhjul, aksler med sikrings-skruelåsning
Indsats placeret i formhulen og støbt på plads	Polymeren krymper sig sammen omkring knurlen, når den køler af	Høj	Afhangende af værktøjets placering for indsatte dele	Høj kapacitet, én indsat geometri, fast orientering

For denne opgave valgte vi den midterste mulighed, og årsagen står i første række: Friktion er en kraft, som man skal bevare; form er en form, som man allerede har. En knurl, der har bidt sig fast i POM, fortsætter med at overføre drejningsmoment, selv efter at plastikken har sluppet af og interferensen er forsvundet.

Sådan blev dette tandhjul fremstillet, trin for trin

Trin 1 – Støb kroppen i POM efter tegningens grå farve

Tandkaviteten og navet er skåret således, at navet kommer ud let underdimensioneret, hvilket efterlader materiale til en senere drejeoperation. Farven justeres med en masterbatch i forhold til en Pantone Cool Gray 7C-prøve, hvilket er mere afgørende end de fleste købere forventer, da grå er den farve, hvor batchafvigelse først bliver synlig.

Trin 2 – Lad den støbte krop ligge i 24 timer

Dele hviler i en hel dag, før der udføres nogen afsluttende bearbejdning. At dreje navet, mens dele stadig er i afspændingsfasen, betyder, at pasformen ændrer sig efter bearbejdningen, og den måling, du tog ved maskinen, beskriver ikke længere den del, du afsender.

Trin 3 – Drej messingindsatsen i én opsætning

Indsatsen drejes fuldstændigt i én opsætning: den centrale boring, de to flade overflader på drivenden, lokaliseringsskiven, halsen og den rillede kragen. Én opsætning sikrer, at de flade overflader, boringen og kragen deler én fælles akse – det er netop dette, der sikrer koncentricitet i samlingen senere. Ved brug af to opsætninger opnår man en kerne, der passer perfekt til akslen, men sidder skævt i tandhjulet.

Trin 4 – Drej navet til den endelige pasform

Efter afspænding drejes navet til den interferens, som presning kræver. Dette er det trin, der adskiller denne proces fra den mislykkede proces: pasformen drejes i stabil plastik, ikke i plastik, der stadig krymper.

Trin 5 – Pres på en opvarmet presse til en kontrolleret dybde

Indsatsen sættes ind ved hjælp af en opvarmet presse inden for et kraftinterval på 1,2–1,6 kN og sænkes til en fast bestemt dybde, som er fastsat af flangen. Dybden – ikke kun kraften – er den afgørende parameter: Kraften viser, at forbindelsen er stram, mens dybden viser, at flangen er på plads og at kernen står vinkelret på tandhjulsfladen.

Trin 6 – Gå til tværgange efter presningen

De to fastspændingsskrueløber bores efter, at indsatserne er sat på plads, så gevindet skæres i komponentens endelige position i stedet for i en indsat, der vil bevæge sig et par hundrededele millimeter bagefter. Et gevind, der bores før presning, kan ende med at stå skråt.

Trin 7 – Inspectér forbindelsen – ikke kun målene

Inspektionen omfatter indsatsernes koncentricitet, aksial trækstyrke på en destruktiv prøve, drejningsmoment ved navet gennem omvendte cyklusser, tandprofil og en visuel kontrol for revner ved kanten. Komponenterne pakkes derefter, så de formstøbte tænder ikke rører hinanden i kassen.

De første halvtreds stykker og fejlen, vi fandt

Prøveproduktionen af halvtreds gear mislykkedes, og fejlen lå hos os, ikke ved materialet.

Tolv dele kom ud af pressemaskinen med en hairline-crack ved kanten. Vi havde presset den første parti med navet skåret til nominalmål direkte efter støbning, uden at inkludere et afklingetrin. Resten af prøvegruppen, som blev presset efter en fuld dags hvile, viste slet ingen revner. Forskellen skyldtes ikke held: De ubeskyttede dele skrumpede stadig, da kragen blev sat på, så interferensen var effektivt højere end angivet på tegningen, på det tidspunkt pressemaskinen nåede flangen.

To ændringer gik i produktion. For det første presses der ikke indsatte dele i et karrosseri, der er under 24 timer gammelt, og alderen registreres på transportbilletten. For det andet justerer pressefikturen indsatte delen mod en fast stop ved flangen i stedet for at køre til en kraftgrænse, så et karrosseri, der har trukket lidt mere sammen end forventet, ikke kan overbelastes for at nå det ønskede mål.

Rillerne blev også let forkortet i den formede zone, så de kun griber i plasten i den øvre navdel og aldrig rører den område, hvor flash ofte opstår nær delingslinjen, hvor en indskåret tand kunne have forårsaget en spaltning. Mellem prøveproduktionen og den endelige produktion forsvandt spalte-kategorien helt.

Hvad den 15.000-dels serie målte

Check	Tegningsspec	Fastholdt gennem hele serien
Indsættelsens koncentricitet i forhold til tandhjulsaksen	0.02 mm	Inden i båndet på hver enkelt del efter presning
Aksial trækud af indsættelsen	Mindst 900 N	Ingen dele under grænsen i det destruktive stikprøve
Drejningsmoment ved navdelen	2,5 N·m gennem 50 skiftevis drejningscyklusser	Ingen rotation ved riblerne
Trykmonteringskraft	vindue på 1,2 til 1,6 kN	Holdt inden for vinduet; dybde indstillet på flangestoppen
Gearkrop	24 tænder, boring og flader langs én akse	Tandform og akse kontrolleret ved første emne hver skift
Formstøbte tænder	Ingen revner, ingen flash ved tandhjulsmeshen	Nul revnede fælge ved endelig inspektion
Farve	Pantone Cool Gray 7C	Grå farve, matchet batch til batch mod den godkendte prøve

Femten tusind gear leveret på 21 dage, og de første monterede drivhjul kørte stille på kundens produktionslinje uden rapporteret bevægelse af indstøbte dele.

Farve er også en tolerance, især i gråtoner

Mellemtoner i gråt er utålmodige. En ændring på et par enheder i lysstyrke opfattes som et andet materiale af en køber, der holder to dele side om side, og som et andet produkt af en kunde, der åbner et servicekit seks måneder senere. Tre rutiner sikrer stabilitet: én masterbatch-lot pr. ordre, når mængden tillader det; en gemt, godkendt prøve opbevaret i en mørk skuffe i stedet for på en arbejdsbænk i dagslys; og en farvekontrol mod denne prøve ved begyndelsen og slutningen af hver støbningsskift – ikke kun ved den første artikel.

Hvad driver omkostningerne ved et indstøbt gear

Fire elementer afgør prisen, og kun ét af dem er plastikken:

·Formen. Hulantal, tændform og om navet kræver en massiv i stedet for en kernebolt. Dette er den største enkeltpris, og den betales én gang.

·Den drejede indstøbning. Flader, flange, riller og en boring, der skal dele én akse. En indstøbning med én opsætning koster mere pr. styk end en med to operationer, men besparer mere, end den koster.

·Stilfalds- og anden snitproces. Du betaler for en dag på lager og en afsluttende bearbejdning, der kun findes, fordi POM bevæger sig.

·Inspektionsdybde. Træktest og drejningsmomenttest er destruktive, så prisen inkluderer stikprøvetagning i stedet for 100 % test, og stikprøvestørrelsen bør aftales skriftligt.

Spørg enhver leverandør om deres stilfaldstid og hvordan pressestyret foregår – efter dybde eller kraft. Svaret fortæller dig, om forbindelsen blev designet eller blot håbet på.

Ofte stillede spørgsmål

Kræver en overstøbt POM-tandhjul en ridset indstøbning?

Kun hvis leddet skal overføre drejningsmoment. Riller konverterer leddet fra friktion til form, så drejningsmomentet overføres gennem rillernes tænder i stedet for gennem kontakttrykket, som aftager, når plastikken slapper af. For en komponent, der kun skal placere en aksel uden drivbelastning, kan en glat kile med korrekt pasform være tilstrækkelig.

Kan indstøbningen trykkes ind efter støbning i stedet for at blive støbt på plads?

Ja, og at trykke ind efter støbning er ofte den bedste fremgangsmåde, når indstøbningen har flade overflader eller en boring, der skal forblive justeret, fordi navet kan fræses efter, at kroppen har sat sig, og indstøbningen kan drejes i én opsætning. Indstøbning er velegnet til høj volumenproduktion med én fast geometri, hvor værktøjet kan lokalisere kernen, og krympningen virker til din fordel.

Hvorfor får messingindstøbninger revner i plastikkransen?

Fordi pressepassningen er dimensioneret for tæthed frem for pasform, og fordi komponenten ofte stadig krymper, når indsatserne sættes ind. Kanten rundt om navet er den tyndeste ring i komponenten og det sted, hvor sprøjtestøbningens indgang og skillefladen mødes, så den påvirkes af ringsspændingen først. Ved at justere kropshøjden og styre indsætningsdybden i stedet for kraften elimineres begge årsager.

Hvordan kontrollerer du indsatshold fast, uden at ødelægge gode komponenter?

Det gør du ikke for trækud-nummeret. Du udtager et tværsnit af en prøve for at bekræfte knurl-gribningen, trækker en prøve til brud for at bevise sikkerhedsmargenen og udsætter en prøve for cyklisk belastning ved driftsmomentet for at bevise, at forbindelsen ikke roterer. Produktionskomponenter kontrolleres derefter via presseparametrene og koncentricitet, som kan måles uden beskadigelse.

Hvad der skal angives på din tegning

De fleste argumenter i denne artikel afklares med fem linjer på en tegning:

1. Angiv indsatstypen og plastmaterialet, inklusive farvereferencen og den accepterede farveafvigelse.

2. Angiv indstøbningens koncentricitet i forhold til tandhjulsaksen som en reel tolerance, ikke som en note.

3. Angiv den aksiale fastholdelseskraft som en minimumskraft, og angiv, om den er verificeret ved prøve eller beregning.

4. Specificer, hvordan drejningsmomentet overføres: flader, tænder eller riller, og hvor rillerne må placeres.

5. Angiv, om indstøbningen trykkes på efter støbning eller anbringes i formen, og hvis du ikke har nogen præference, skal det angives, så processen kan træffe beslutningen.

At forbinde metal med et bevægeligt polymer er ikke en detalje, der kan overlades til en standardtolerance. Gør forbindelsen rigtig, og resten af tandhjulet er almindeligt arbejde: stille tænder, en præcis akse og en farvetone, der stadig matcher prøven et år senere.