Ingranaggi in plastica : composizione e nuovi materiali

Le materie plastiche più comuni utilizzate nella produzione di ingranaggi includono acetale e nylon. Tuttavia, all’interno di questo gruppo ci sono molte varianti. Vari acetali sono prodotti con nomi commerciali come Delrin, Duracon e Celcon. Ciascuno di questi nomi di marca include varie formulazioni che manipolano le proprietà meccaniche del prodotto. Possono aggiungere lubrificazione o migliorare la resistenza alla trazione o possono rendere il materiale adatto al contatto con gli alimenti. Allo stesso modo, ci sono vari nomi commerciali per nylon tra cui MC901, MC602ST, Nylaton GSM e molti altri. I nylon utilizzati per la trasmissione sono tipicamente di tipo sei, sebbene sia noto anche il tipo 12. La designazione del tipo di nylon è determinata dal numero di atomi di metil etilene (CH2) su ciascun lato dell’atomo di azoto nella catena poliammidica. Pertanto, il Nylon 12 ha 12 atomi di metil etilene su ciascun lato, che indica anche un più alto grado di cristallizzazione. La cristallizzazione è importante da notare in quanto inibisce l’assorbimento dell’acqua, quindi il nylon 12 maneggia meglio l’umidità rispetto al nylon 6.

Nella maggior parte delle applicazioni, l’acetale viene utilizzato per ingranaggi stampati e il nylon viene utilizzato per ingranaggi lavorati. L’acetale è dimensionalmente stabile, è resistente alla maggior parte delle sostanze chimiche e non assorbe l’umidità. Tuttavia, richiede una lubrificazione continua quando è soggetto a carichi elevati. Il nylon è meno dimensionalmente stabile in quanto varia di forma in risposta a temperatura e umidità. Il vantaggio del nylon per l’uso nella trasmissione è che è tipicamente autolubrificante. Quando si usa l’acetale come materiale per ingranaggi, c’è sempre la preoccupazione che la materia prima possa contenere vuoti. Questo non è un problema quando si usa il nylon fuso.

Molti progettisti sono restii a utilizzare le materie plastiche per il loro design degli ingranaggi a causa della minore resistenza del materiale rispetto ai metalli. Uno dei modi per migliorare la resistenza degli ingranaggi in nylon è quello di gettare il materiale in forma di barra e aggiungere un certo tipo di fibra alla miscela, aumentando così la resistenza alla compressione.

Uno di questi materiali è MC602ST. Questo è un nylon di tipo sei con un riempimento in fibra di vetro al 30%. Un ingranaggio realizzato con riempimento in fibra di vetro al 30% che comprende un’anima in acciaio al carbonio può essere forato, calettato e maschiato per qualsiasi configurazione di montaggio dell’albero, tuttavia il bordo esterno ha tutti i vantaggi di essere un ingranaggio di plastica.

Alcuni dei vantaggi di questo nuovo materiale, la plastica rinforzata con fibra di carbonio (CFRP), sono:
– Elimina lo svantaggio di una capacità di carico inferiore in quanto è uguale all’acciaio nella resistenza alla flessione.
– Ha una densità che è 1/6 quella dell’acciaio e ½ quella dell’alluminio.
– Ha una resistenza alla trazione che è doppia rispetto a quella del nylon normale, è 1,5 volte maggiore rispetto al nylon caricato vetro e uguale all’alluminio.
– La sua elasticità di flessione è 4,5 volte maggiore rispetto al nylon solido MC901 e raddoppia rispetto al nylon caricato con vetro.
– È autolubrificante e può essere forato, calettato e maschiato a tolleranze elevate, poiché lavora esattamente come l’acciaio.

Sebbene il costo iniziale sia elevato, i vantaggi in molte applicazioni potrebbero essere giustificati come un investimento a lungo termine. Considerare un’applicazione spaziale in cui è necessaria la resistenza di un ingranaggio in acciaio, ma le dimensioni e le limitazioni di peso limitano il design all’uso della plastica. Il CFRP sarebbe una scelta eccellente grazie alla sua elevata resistenza, peso ridotto e proprietà autolubrificanti. Un’altra opportunità sarebbe all’interno di una macchina che impiega diversi giorni a smontare per la manutenzione. Utilizzando un ingranaggio CFRP all’interno di questo meccanismo, il ciclo di manutenzione potrebbe essere esteso, risparmiando tempo prezioso per la produzione.

I vari tipi di materie plastiche si prestano a diverse applicazioni. Gli ingranaggi acetali modellati sono comuni nella maggior parte degli articoli casalinghi come i distruggidocumenti, i distributori di ghiaccio per frigorifero, le stampanti a getto d’inchiostro e la maggior parte degli utensili elettrici domestici. Questo materiale è tipicamente selezionato per queste applicazioni perché il costo dello stampaggio di migliaia di pezzi è abbastanza economico e poiché il materiale è durevole nella maggior parte delle condizioni ambientali.

Gli ingranaggi in nylon lavorati sono tipicamente utilizzati in applicazioni che gestiscono più coppia e potenza. Le applicazioni tipiche degli ingranaggi in nylon sono sistemi di trasporto, attrezzature di imballaggio e automazione industriale. Molte volte il nylon viene utilizzato come materiale per ingranaggi per ridurre il rumore di un ingranaggio metallico o per ridurre le vibrazioni.

Gli ingranaggi in nylon possono anche essere introdotti come failsafe in un complesso di trasmissione. Se utilizzato come dispositivo di sicurezza, il progettista riconosce che il sistema potrebbe subire un guasto catastrofico e, inserendo un ingranaggio in nylon sacrificale nel sistema, può prevenire danni al resto dell’unità. Quando il sistema sperimenta un carico di picco superiore a quello del progetto, il primo componente a fallire sarà l’ingranaggio di plastica. Questo può far risparmiare migliaia di dollari di attrezzature o risparmiare la vita a qualcuno vicino.

Con tutti questi materiali disponibili, è importante trovare quello giusto per la propria applicazione e comprendere la nuova tecnologia che sta evolvendo l’industria degli ingranaggi in applicazioni che potrebbero non esistere ancora.

© FAIZANE' s.p.a.Via Monte Pasubio, 150 - 36010 Zanè(VI) - Italy - Tel. 39 0445 318318 - Fax 0445 318300 - E-mail:info@faizane.com - C.F. & P.IVA 00731010245 VI116-10474 Cap. Soc. Interamente Versato
© FAIZANE' s.p.a. - il presente sito e tutti i contenuti, fotografie e materiale di download riportati, sono di proprietà esclusiva di Faizane s.p.a e ne è vietata la riproduzione senza esplicito consenso.