Performuotas POM pavaros ratukas su vario lydinio įdėklais: kodėl centrinių dalių tvirtinimas susilpnėja?

Pilko POM dėžutės ratukas su apdirbto vario šerdimi atrodo kaip paprastas kompozitas, ir būtent todėl daugelis jų sugenda. Užsakymas Nr. 260626003 buvo pristatytas birželio mėnesį 2025 metais iš biuro įrangos gamintojo, kurio ankstesnis tiekėjas buvo pristatęs perlietų POM dėžutės ratukų partiją, kuri praeidavo visus pristatymo vietoje atliekamus patikrinimus, bet vėliau mašinoje prarisdavo įdėtines dalis: kai kurie sukosi aplink ašį veikiant kintamos krypties sukimo momentui, kai kurie suskildavo liejimo briaunoje montavimo metu, o kai kurie taip nukrypdavo nuo centro, kad pavaros veikimo metu pasigirstėdavo stiprus triukšmas ir fiksavimo sraigtais nebebuvo galima užtikrinti patikimo laikymo.

Toliau pateikiama informacija apie tai, ką mes pakeitėme, kokius matavimus atlikome visoje serijoje ir kokios klaidos buvo aptiktos pirmuosiuose penkiasdešimtyje mūsų gamintų detalių. Jei perkate perlietą POM dėžutės ratuką su vario įdėtine dalimi, ypatingo dėmesio verta laikymo sektorius, nes akivaizdus sprendimas – stipriai įspausti įdėtinę dalį ir pasitikėti trintimi – yra būtent tas, dėl ko pirmoji partija nepavyko.

Kokia iš tikrųjų yra metalinės šerdies paskirtis

Abu medžiagų tipai atlieka skirtingus uždavinius, ir būtent šis padalinimas leidžia detalei tinkamai veikti.

Formuotas POM korpusas neša dantų geometriją. POM yra standus, matmeniškai stabilus apkrovos sąlygomis ir pakankamai slidus, kad maža pavarų pora veiktų tyliai be tepalo.

Dantų formavimas ant apdirbto šerdies, o ne viso pavaros apdirbimas iš vario ar plieno, užtikrina tylesnį veikimą, mažesnį svorį ir nereikalauja tepimo; taip pat tai kainuoja mažiau nei visiškai apdirbta detalė dideliais kiekiais.

Niekas neįvertina šio gedimo režimo

POM tęsia judėjimą net po to, kai formavimo įrenginys sustoja

POM kristalizuojasi, atšaldant jį, ir susitraukia apie 1,8 procento nuo formos. Be to, jis tęsia relaksaciją valandas po to, kai detalė išimama iš formos, o temperatūros pokyčiui tą pačią temperatūrą jis juda maždaug penkis–šešis kartus labiau nei varis. Jungtis, kuri ryte matuojant ant stalo yra įtempta, po pietų šiltoje aplinkoje gali būti laisva, net jei nieko nepaliesta.

Tai visa problema viename sakinyje: trinties jungtis tarp dviejų medžiagų, kurios plečiasi skirtingais tempais, yra jungtis su galiojimo data.

Apsauga yra silpniausias žiedo elementas detales

Lygios apykaklės įspaudimas į formuotą centrinę dalį apkrauna aplinkinį plastiką žiedinėmis tempimomis. Visoje detalėje ploniausias, šaltiausias ir labiausiai įtemptas žiedas yra centrinės dalies kraštas, kurioje dažniausiai būna liejimo kanalo išėjimo vieta ir formavimo plyšys. Kai spaudžiamasis sujungimas projektuojamas ne dėl tikslios prideramosios tikslumo, o dėl stiprumo, šį brangų kainos skirtumą padengia būtent šis kraštas – todėl kartais gaunama pavaros ratukas, kuris suskyla montavimo stende ir net nepatekęs į įrenginį.

Sujungimas turi vienu metu atlikti du uždavinius

Vietos nustatymas ir sukimo momentų perdavimas – tai skirtingi reikalavimai. Varžto įdėklas turi išlaikyti koncentriškumą pavaros ašiai tik kelioms šimtosios milimetro, taip pat turi atlaikyti kintamą sukimo momentą be bet kokio pasukimo. Trinties sujungimas pirmąjį uždavinį atlieka pakankamai gerai, kai jis naujas, o antrąjį – visada prastai, nes jam reikalinga normalinė jėga pirmiausia sumažėja, kai plastikas susiliepia.

Trys būdai pritvirtinti vario įdėklą ir kada kiekvienas iš jų veikia

Metodas	Kaip jis laiko	Sukimo momento atsparumas	Koncentricumas	Kur ji tinka
Spaudžiamasis sujungimas lygiuoju apykakle	Tik trintis, kurią sukelia žieduko ir stabdymo būgno sąveika	Žema iki vidutinė; mažėja, kai POM medžiaga atsipalaiduoja ir įšyla	Gerai tik tuo atveju, jei stabdymo būgnas apdirbamas po formavimo	Žemo momento fiksavimas, lengvojo naudojimo ir prototipų panaudojimui
Šiurkštus žiedukas įspaudžiamas kontroliuojamu gyliais	Formos užraktas: šiurkščios kraštinės įsiskverbia į plastiką, o sukamasis momentas perduodamas per šias kraštines	Aukšta, išlaiko net keičiant sukamojo momento kryptį	0,02 mm, kai stabdymo būgnas apdirbamas po to, kai korpusas visiškai nusėda	Pavaros, velenai su fiksavimo varžtais
Įdėklas dedamas į formos ertmę ir įforminamas viename procese	Polimeras susitraukia ant knurl’o, kai atšyla	Aukšta	Priklauso nuo įterpimo įrankio vietos	Didelis gamybos apimtis, viena įterpimo geometrija, fiksuota orientacija

Šiam darbui pasirinkome vidurinę parinktį, o priežastis pateikta pirmoje eilutėje: trintis yra jėga, kurią reikia išlaikyti, o forma – tai jau turima figūra. Knurl’as, įsiskverbęs į POM, toliau perduoda sukimo momentą net tada, kai plastikas jau atsipalaidavo ir įtemptis dingo.

Kaip šis ratukas buvo sukurtas, žingsnis po žingsnio

1 žingsnis – suformuoti korpusą iš POM pagal piešinio pilką spalvą

Dantų ertmė ir stabdymo bumbulas yra apdirbami taip, kad bumbulas išeitų šiek tiek mažesnis už reikalaujamą matmenį, paliekant medžiagą vėlesniam apsukimui. Spalva nustatoma naudojant masterbatch mišinį pagal Pantone Cool Gray 7C etaloną, kas svarbiau, nei dauguma pirkėjų tikisi, nes būtent pilkoji spalva labiausiai rodo partijų nuokrypius.

2 žingsnis – leisti suformuotam korpusui nusistovėti 24 valandas

Detalės paliekamos ilsėtis visą parą prieš galutinį apdirbimą. Jei būtų apdirbamas centravimo elementas, kol detalė dar nevisiškai atsipalaidavo, tada po apdirbimo tikslus pritaikymas pasikeistų ir matavimai, gauti mašinoje, nebūtų tikslūs tiek, kiek reikia išsiunčiamai detalei.

Žingsnis 3 – vario įdėklas apdirbamas viename tvirtinime

Įdėklas visiškai apdirbamas viename tvirtinime: centrinė skylė, abu plokščieji paviršiai varomajame gale, orientacinis flanšas, kaklelis ir šiurkštus žiedas. Vienas tvirtinimas užtikrina, kad plokštieji paviršiai, skylė ir žiedas būtų toje pačioje ašyje, todėl vėliau surinktinė detalė bus koncentriška. Antras tvirtinimas leidžia tiksliai priderinti šerdį prie veleno, tačiau dėl to šerdies ašis gali būti pasvirusi gear’e.

Žingsnis 4 – centravimo elemento apdirbimas iki galutinio pritaikymo

Po atsipalaidavimo centravimo elementas apdirbamas iki reikiamo įtempimo, kuris reikalingas spaudžiant. Štai čia ir slypi šio proceso skirtumas nuo nepavykusio proceso: pritaikymas apdirbamas stabilioje plastmassoje, o ne toje, kuri vis dar susitraukia.

Žingsnis 5 – spaudžiama šildoma spaustuve iki kontroliuojamo gylies

Įdėklas įdedamas šildomu presu 1,2–1,6 kN jėgos intervalu, kol jis pilnai įsitvirtina nustatyta gylia, kurį nustato flanšas. Kontroliuojamas būtent gylis, o ne vien tik jėga: jėga rodo, kad sujungimas yra patikimai priveržtas, o gylis – kad flanšas yra tinkamai įsitvirtinęs ir šerdies ašis yra statmena pavaros paviršiui.

6 žingsnis – po presavimo suveržkite skersines skyles

Abu reguliuojamųjų varžtų skylių įpjovos atliekamos po to, kai įdėklas jau pilnai įsitvirtinęs, todėl sriegis išpjoviamas detalių galutinėje padėtyje, o ne įdėkle, kuris vėliau gali pasislinkti kelias šimtąsias milimetro. Sriegis, išpjovtas prieš presavimą, gali pasirodyti nestatmenas.

7 žingsnis – patikrinkite sujungimą, o ne tik matmenis

Tikrinama įdėklo koncentriškumas, ašinis ištraukimo jėgos bandymas sunaikinant pavyzdį, sukimo momentas ratuko centre atliekant atvirkštinius ciklus, dantų forma bei vizualinis patikrinimas, ar bėglio krašte nėra įtrūkimų. Po to detalės supakuojamos taip, kad formuoti dantys dėžėje vienas kito nelietų.

Pirmieji penkiasdešimt gamybos vienetų ir aptikta klaida

Penkiasdešimties pavarų bandymo veikimas nepavyko, ir klaida buvo mūsų, o ne medžiagos.

Iš preso išėjo dvylika detalių su plonu įtrūkimu ratuko krašte. Pirmąją partiją mes presavome su centrine dalimi, supjaustyta nominaliu dydžiu, tiesiogiai po formavimo, praleisdami „settling“ (susitvirtinimo) žingsnį. Likusios bandymo grupės detalės, presuotos po pilnos paros poilsio, visiškai neturėjo įtrūkimų. Ši skirtis nebuvo susijusi su sėkme: neapvaldytos detalės vis dar susitraukė, kai į jas buvo įstatoma apmaukalė, todėl tarpinės įtempties efektyvus dydis tuo metu, kai presas pasiekė vainikinį kraštą, buvo didesnis nei nurodyta brėžinyje.

Gamyon įvesti du pakeitimai. Pirma, į kūną, kurio amžius mažesnis nei 24 valandos, įstatomas joks įterpimas, o kūno amžius įrašomas į technologinę kortelę. Antra, preso įrenginys įstatant įterpimą remiasi kietu sustabdymo tašku vainikinio krašto lygyje, o ne pasiekia jėgos ribą, todėl kūnas, kuris šiek tiek labiau susitraukė nei tikėtasi, negali būti perapkraunamas siekiant pasiekti reikiamo padėjimo.

Raštuotas kraštas taip pat buvo šiek tiek su trumpintas formuojamoje zonoje, kad jis sąveikautų tik su viršutinės žiedo plastiku ir niekada neliestų įtrūkimams linkusių sričių prie skyrybos linijos, kur įdėta danties dalis galėtų pradėti skilimą. Tarp bandymo ir gamybos įtrūkimų kategorija visiškai išnyko.

Ką matavo 15 000 vienetų serija

Patikrinta	Brėžinio spec.	Išlaikyta visoje serijoje
Įterpimo koncentriškumas į pavara ašį	0.02 mm	Kiekviename dalyje po spaudimo – juostoje viduje
Įterpimo ašinis ištraukimas	Ne mažiau kaip 900 N	Nė vienas gaminys nebuvo žemiau ribos sunaikinamajame mėginyje
Sukos momentas žiede	2,5 N·m per 50 keičiamų ciklų	Nėra sukimosi ant nubraižytos dalies
Sėdimoji spaudimo jėga	1,2–1,6 kN langas	Laikoma viduje lango, gylis nustatomas ant flanšo stabdymo elementų
Pavaros korpusas	24 dantys, skylė ir plokščiosios sritis vienoje ašyje	Dantų forma ir ašis tikrinama pirmojo gaminio kiekvieno poslinkio metu
Lieti dantys	Jokių įtrūkimų, jokio ištekėjusio medžiagos kampuose tarp dantų	Galutinėje apžiūroje nėra įtrūkusių ratų
Spalva	Pantone Cool Gray 7C	Pilnas atitikimas pilkos spalvos partijoms prieš patvirtintą pavyzdį

Penkiolika tūkstančių pavarų išsiųsta per 21 dieną, o pirmosios surinktos pavaros veikė tyliai kliento gamybos linijoje, nepranešus apie įdėklo judėjimą.

Spalva taip pat turi leistiną nuokrypį, ypač pilkos spalvos atveju

Vidutinės pilkos spalvos yra negailestingos. Kelias šviesumo vienetas pasislinkus sukelia įspūdį, kad tai kitas medžiagos tipas, kai pirkėjas laiko šalia vienas kito du detalės egzempliorius, ir sukelia įspūdį, kad tai kitas produktas, kai klientas atverčia techninės priežiūros rinkinį po šešių mėnesių. Trys įpročiai padeda išlaikyti stabilumą: viena pagrindinė mišinio partija kiekvienam užsakymui, kai kiekis leidžia; patvirtintas pavyzdys saugomas tamsiame stalčiuje, o ne ant darbo paviršiaus šviesoje; spalvos matavimas palyginus su tuo pavyzdžiu kiekvienos liejimo pampos pradžioje ir pabaigoje, o ne tik pirmojo gaminio metu.

Kas lemia įdėkluotos pavaros kainą

Kainą nulemia keturi elementai, iš kurių tik vienas – plastikas:

· Forma. Kavitetų skaičius, dantų forma ir tai, ar ratukui reikia kietosios, o ne šerdies adatos. Tai didžiausia vienkartinė sąnauda, kuria mokama tik vieną kartą.

· Apdorotas įstatomas elementas. Plokščiosios srities, flanšas, sukraštinimas ir skylė, kuri turi būti vienoje ašyje. Vieno etapo įstatomojo elemento kaina vienam gaminui yra didesnė nei dviejų etapų, tačiau jis taip pat sutaupo daugiau nei kainuoja.

· Nusėdimas ir antrasis apdirbimas. Mokate už vieną dieną sandėliavimo laiko ir baigiamąjį apdirbimą, kuris egzistuoja tik todėl, kad POM medžiaga juda.

· Kontrolės gylis. Ištraukimo ir sukimo momentų bandymai yra naikinantys, todėl kaina apima tik atrankinę, o ne 100 % kontrolę, o atrankos dydį verta sutarti raštu.

Paklauskite bet kurio tiekėjo, koks yra jų nusėdimosi laikas ir kaip valdomas presas – pagal gylį ar jėgą. Atsakymas parodo, ar jungtis buvo suprojektuota, ar tik tikėtasi jos veikimo.

DUK

Ar perliejamos POM pavaros ratukui reikia sukraštinio įstatomojo elemento?

Tik tuo atveju, jei jungtis turi perduoti sukimo momentą. Šiurkštinimas pakeičia jungtį iš trinties į formos jungtį, todėl sukimo momentas perduodamas per šiurkštinimo dantukus, o ne per sąlyčio paviršiaus slėgį, kuris silpnėja, kai plastikas susileidžia. Jei detalė turi tik tinkamai pozicijuoti ašį be jokios varomosios apkrovos, pakanka lygaus žiedo su tikslia pritampančiu matmeniu.

Ar įdėklą galima įspausti po liejimo vietoje vietoje, o ne įliejant į detalę?

Taip, ir įspaudimas po liejimo dažnai yra geriausias sprendimas, kai įdėklas turi plokščiąsias kraštines arba skylę, kuri turi išlaikyti tikslų išdėstymą, nes ratukas gali būti apdirbtas po to, kai korpusas nusistovi, o įdėklas gali būti apdirbtas viename technologiniame cikle. Įdėklų įliejimas tinka didelėms serijoms su vienu fiksuotu geometriniu sprendimu, kai įrankis gali tiksliai padėti šerdį, o medžiagos susitraukimas veikia mūsų naudai.

Kodėl varinės įdėklos sutrūkdo plastikinį vainiką?

Kadangi spaudimo jungtis projektuojama sandarumui, o ne tik tiksliam pritaikymui, ir kadangi detalė dažnai vis dar susitraukia, kai įstatoma įdėklų dalis. Ratukas aplink ašį yra ploniausias žiedo pavidalo elementas detales ir vieta, kur susitinka liejimo anga ir skyrimo linija, todėl jis pirmasis patiria žiedinę įtempimą. Kūno nusėdimą ir įdėklo įstatymo gylį reguliuojant vietoj spaudimo jėgos pašalinami abu šie veiksniai.

Kaip patikrinti įdėklo laikymąsi, neardant tinkamų detalių?

Tikslaus ištraukimo jėgos skaičiaus nustatyti negalima. Reikia pjaustyti pavyzdinę detalę, kad patikrintumėte įdėklo sukibimą su įpjovomis, ištraukti kitą pavyzdinę detalę iki sugadinimo, kad įrodytumėte saugos ribą, ir cikluoti trečią pavyzdinę detalę darbo sukimo momentu, kad įrodytumėte, jog jungtis nesisuka. Gamybos metu naudojamų detalių kokybė kontroliuojama pagal spaudimo parametrus ir koncentriškumą, kurį galima matuoti be detalių pažeidimo.

Ką reikia nurodyti brėžinyje

Dauguma šio straipsnio argumentų išsprendžiamos penkiomis eilutėmis brėžinyje:

1. Nurodyti įdėklo medžiagą ir plastiką, įskaitant spalvos nuorodą bei leistiną spalvų skirtumą.

2. Nurodyti įterpimo koncentriškumą atžvilgiu į pavaros ašį kaip tikrąją nuokrypio ribą, o ne kaip pastabą.

3. Nurodyti ašinę fiksavimo jėgą kaip minimalią jėgą ir nurodyti, ar ji patikrinama bandymo būdu ar skaičiavimu.

4. Nurodyti, kaip perduodamas sukamasis momentas: plokščiomis sienelėmis, dantytomis jungtimis arba šiurkščiu paviršiumi (knurl), taip pat nurodyti, kur leidžiama įrengti šiurkščiąją dalį.

5. Nurodyti, ar įterpimas po formavimo yra įspaudžiamas ar dedamas į formos ertmę, o jei jūsų nuomonės nėra, tai nurodyti ir leisti procesui nuspręsti.

Metalo su judančiu polimeru sujungimas – tai ne smulkmena, kurią galima palikti standartiniam nuokrypiui. Teisingai suprojektuokite sujungimą – likusi pavaros dalis bus paprasta: tylūs dantys, tikroji ašis ir spalva, kuri po metų vis dar atitiks pavyzdį.