
Руководство по Конструированию Для Литья Под Давлением POM (Ацеталь/Delrin) — Шестерни, Подшипники и Скользящие Детали
Инженер-механик выбирает материал для зубчатой передачи в профессиональном аккумуляторном шуруповёрте. Шестерни диаметром 18–45 мм, модуль 1,0, с отверстием 6 мм, которое должно сохранять рабочий зазор 0,05–0,08 мм на стальном валу после литья и в течение всего срока службы изделия. Зубчатая передача передаёт пиковый крутящий момент 80 Н·м при 1 800 об/мин с консистентной смазкой при рабочей температуре 60–80°C. В списке материалов два кандидата: PA66 и POM. Неправильный выбор даёт шестерни, которые заклинивают при падении влажности с 60% до 20% — или теряют зубья, потому что материал не был рассчитан на циклические нагрузки изгиба в основании зуба.
Другой инженер — у поставщика автомобильных топливных систем — проектирует крыльчатку топливного насоса, работающую в погружении в бензине при 60°C. Крыльчатка должна сохранять зазор 0,03 мм по вершине относительно стенки корпуса, сопротивляться набуханию и изменению размеров после 5 000 часов погружения в топливо и выдерживать 100 000 циклов пуск-остановка. ABS и PC исключаются немедленно — ни один не выдерживает погружения в бензин. Нейлон набухает на 0,5–0,8% только от влаги — в бензине с 10% этанола изменение размеров непредсказуемо. POM — ответ не потому, что это самый прочный материал, а потому, что он самый размерно-стабильный в этой среде.
POM (полиоксиметилен), продаваемый под торговыми названиями Delrin (DuPont) и Hostaform (Celanese), — это материал, который инженеры выбирают, когда деталь должна скользить, изнашиваться или сохранять точную посадку — и когда размерное изменение нейлона из-за влаги является дисквалифицирующим. Это стандартный материал для шестерён, подшипников, кулачков, корпусов клапанов, компонентов насосов и любых применений, где низкое трение, износостойкость и стабильность размеров в эксплуатации важнее абсолютной прочности на разрыв.
Что Такое POM — Гомополимер Против Сополимера
POM — полукристаллический конструкционный термопласт с простой молекулярной структурой: повторяющаяся цепь –(CH₂–O)–. Химия на основе формальдегида создаёт полимер с исключительно высокой кристалличностью (обычно 70–80%), что непосредственно определяет его ключевые характеристики: высокую жёсткость, низкое трение, отличную усталостную прочность и низкое влагопоглощение.
Коммерчески доступны два семейства, и различие имеет значение для конструкции пресс-формы и переработки:
| Свойство | POM Гомополимер (Delrin) | POM Сополимер (Hostaform) |
|---|---|---|
| Кристалличность | 75–85% | 70–75% |
| Температура плавления | 175–180°C | 165–170°C |
| Прочность при растяжении (предел текучести) | 68–72 МПа | 60–65 МПа |
| Модуль упругости при изгибе | 2,8–3,2 ГПа | 2,5–2,8 ГПа |
| Ударная вязкость по Изоду с надрезом | 6–8 кДж/м² | 5–7 кДж/м² |
| Температура длительной эксплуатации | 90–100°C | 85–95°C |
| Усадка в пресс-форме | 1,8–2,2% | 1,8–2,2% |
| Термостабильность (переработка) | Более узкое окно — разлагается выше 190°C | Более широкое окно — стабилен до 200°C |
| Риск центральной пористости | Выше (быстрая кристаллизация) | Ниже |
| Химическая стойкость | Менее стоек к горячей воде и основаниям | Более стоек к горячей воде и основаниям |
| Относительная цена ($/кг) | $3,50–5,00 | $3,00–4,50 |
Гомополимер (Delrin) предлагает немного более высокие механические свойства — примерно на 10–15% выше прочность и модуль — и предпочтителен для механических компонентов, где эти свойства напрямую транслируются в более тонкие сечения зубьев шестерён или более высокую несущую способность.
Сополимер (Hostaform) предлагает более широкое технологическое окно — сомономерные звенья прерывают цепь POM и делают её более термически стабильной, снижая образование формальдегида при переработке. Он также имеет лучшую стойкость к горячей воде и щелочным средам, что важно для компонентов сантехники, посудомоечных и стиральных машин.
Практическое правило выбора: Выбирайте гомополимер для шестерён, подшипников и механических компонентов, где используется 10–15% преимущество в механических свойствах. Выбирайте сополимер, когда деталь будет подвергаться воздействию горячей воды, щелочных моющих средств или когда технологическое окно узкое — многогнёздные пресс-формы с длинными литниковыми системами, горячеканальные пресс-формы или детали с толстыми сечениями, приводящие к более длительным циклам. Сополимер прощает более длительное время пребывания; гомополимер — нет.
Ключевые Свойства — Почему Инженеры Выбирают POM
Низкое Трение и Самосмазывание
Коэффициент трения POM по стали составляет 0,2–0,3 всухую и 0,05–0,10 со смазкой — один из самых низких среди всех ненаполненных конструкционных термопластов. Это не эффект покрытия или добавки — это свойство, присущее химии поверхности материала и его высокой кристалличности, создающей гладкую, твёрдую поверхность на молекулярном уровне.
Практический результат: шестерня, отлитая из POM, работающая против стального зубчатого колеса или другой шестерни из POM, работает тихо, с низким износом и не требует внешней смазки при лёгких и умеренных нагрузках. Это исключает пресс-маслёнку, резервуар для смазки или периодическую операцию обслуживания из конструкции изделия.
Низкое трение POM делает его стандартным материалом для:
- Шестерён, реек и зубчатых колёс в принтерах, копирах и офисном оборудовании
- Сепараторов подшипников и упорных шайб в автомобильных трансмиссиях
- Скользящих элементов в мебельных петлях, направляющих ящиков и оконных механизмах
- Кулачков и рычагов в бытовой технике
- Звеньев конвейерных цепей в пищевом оборудовании (доступны марки FDA)
Стабильность Размеров — Отличие От Нейлона
POM поглощает 0,2–0,3% влаги в равновесии при 50% ОВ. Нейлон PA66 поглощает 1,5–2,5%. Это 10-кратное различие — самая важная причина выбрать POM вместо нейлона.
Шестерня, отлитая из нейлона с отверстием 6,00 мм в сухом после литья состоянии, будет иметь отверстие 6,03–6,05 мм после кондиционирования влагой. Рабочий зазор на валу изменяется, и в плотно допущенной зубчатой передаче изменяется боковой зазор. Шестерня, отлитая из POM с тем же отверстием 6,00 мм, будет иметь отверстие 6,01–6,02 мм после уравновешивания — изменение размеров пренебрежимо мало в большинстве конструкций.
Сценарии, где POM выигрывает у нейлона по стабильности размеров:
- Прецизионные шестерни и подшипники с рабочими зазорами 0,03–0,08 мм
- Детали, используемые в средах с широкими колебаниями влажности (улица, некондиционируемые помещения)
- Детали, которые не могут быть кондиционированы влагой перед сборкой (ограничения цепочки поставок или стоимости)
- Детали, где изменение размеров после литья повлияло бы на посадку или функцию сборки
Высокая Жёсткость и Усталостная Прочность
Модуль упругости при изгибе POM 2,5–3,2 ГПа на 10–15% выше, чем у ненаполненного нейлона (2,6–3,0 ГПа), и сопоставим с ненаполненным PC (2,2–2,5 ГПа). Но один лишь модуль недооценивает материал — преимущество POM в усталостной прочности при циклическом нагружении.
Зубья шестерён испытывают циклические напряжения изгиба при каждом зацеплении — 20-зубая шестерня при 1 800 об/мин испытывает 36 000 циклов нагружения зуба в минуту. За 500 часов службы основание зуба испытывает более миллиарда циклов напряжений. Ненаполненный нейлон в этом режиме в конечном итоге откажет из-за зарождения усталостной трещины в основании зуба — аморфные области между кристаллическими доменами накапливают повреждения в течение миллионов циклов, пока не образуется и не распространится микротрещина.
Исключительно высокая кристалличность POM (70–80%) означает, что очень мало аморфного материала для накопления усталостных повреждений. Кристаллические домены более эффективно сопротивляются циклическому нагружению, придавая POM предел усталостной выносливости выше, чем у ненаполненного нейлона, и конкурентоспособный со стеклонаполненными марками — без абразивности, которую стекловолокно привносит в формующую сталь.
Химическая Стойкость
POM стоек к большинству органических растворителей, масел, смазок, топлив и нейтральных химикатов. По этой причине он является стандартным материалом для компонентов топливных систем, деталей химических дозирующих насосов и корпусов аэрозольных клапанов.
Уязвимости POM к химикатам специфичны и важны для знания:
- Сильные кислоты (pH ниже 4) атакуют ацетальные связи, вызывая поверхностное травление и последующее охрупчивание. Концентрированные соляная, серная и азотная кислоты разрушат детали из POM.
- Сильные основания (pH выше 10) атакуют гомополимер POM более агрессивно, чем сополимер. Горячий раствор гидроксида натрия протравит и охрупчит гомополимер POM в течение нескольких часов.
- Горячая вода выше 80°C — POM гидролитически нестабилен в горячей воде в течение длительного времени. Ацетальные связи гидролизуются, снижая молекулярную массу и охрупчивая деталь. Для применений в горячей воде сополимер POM предпочтительнее гомополимера, а PPS или PSU следует рассматривать для непрерывного воздействия выше 80°C.
- Хлор и окислители — отбеливатель (гипохлорит натрия), пероксид водорода и другие сильные окислители атакуют POM. Компоненты посудомоечных машин, например, должны выдерживать щелочные моющие средства и воду 70°C — сополимер POM погранично приемлем; усиленный PP или PPS безопаснее.
Переработка POM — Параметры, Имеющие Значение
Сушка
POM поглощает мало влаги и менее гигроскопичен, чем нейлон или PC. Однако сушка всё же требуется — не для удаления воды, а потому что поверхностная влага на гранулах может создавать паровые полосы и потому что влага ускоряет образование формальдегида при переработке.
| Параметр | POM Гомополимер | POM Сополимер |
|---|---|---|
| Температура сушки | 80–90°C | 80–90°C |
| Время сушки | 2–4 часа | 2–4 часа |
| Максимальная влажность | <0,10% | <0,10% |
| Метод сушки | Адсорбционный или горячевоздушный бункерный сушитель | Адсорбционный или горячевоздушный бункерный сушитель |
Требования к сушке POM менее жёсткие, чем у нейлона (4–6 часов при 80°C до <0,15%) или PC (3–4 часа при 120°C до <0,02%). Горячевоздушный бункерный сушитель достаточен для POM в большинстве производственных условий, хотя адсорбционный сушитель даёт запас в условиях высокой влажности.
Температура Цилиндра — Окно Деструкции
Это самый важный параметр переработки POM. Материал перерабатывается при 180–210°C — но быстро разлагается выше 210°C с выделением газообразного формальдегида. Окно между «достаточно горячо для плавления» и «достаточно горячо для разложения» составляет 20–30°C, что уже, чем у нейлона (40–50°C) или ABS (60–80°C).
| Зона | POM Гомополимер | POM Сополимер |
|---|---|---|
| Загрузка (задняя) | 170–180°C | 165–175°C |
| Сжатие | 180–195°C | 175–190°C |
| Дозирование (передняя) | 190–205°C | 185–200°C |
| Сопло | 190–205°C | 185–200°C |
Риск деструкции реален: если температура расплава превышает 210°C более нескольких минут, основная цепь POM начинает разворачиваться — выделяется газ формальдегид (CH₂O), и молекулярная масса полимера падает. Формальдегид немедленно обнаруживается по резкому, раздражающему запаху. Производственная среда, сильно пахнущая формальдегидом, указывает на то, что материал разлагается и необходимо снизить температуру цилиндра или время пребывания.
Критические правила переработки POM:
Минимизировать время пребывания. При 200°C POM выдерживает 10–15 минут пребывания. При 210°C безопасное время пребывания падает до 5–8 минут. Подбирайте вес впрыска так, чтобы время пребывания в цилиндре было менее 5 минут — POM никогда не должен находиться в горячем цилиндре в ожидании следующего впрыска.
Продувка перед остановкой. Никогда не оставляйте POM в горячем цилиндре во время остановки производства. Продуйте цилиндр LDPE, PP или коммерческим продувочным компаундом перед остановкой. POM, оставленный в цилиндре при 180–200°C на длительную остановку, разложится, выделит формальдегид и образует коррозионную муравьиную кислоту как вторичный продукт разложения — которая может вызвать питтинг поверхностей цилиндра и шнека.
Адекватная вентиляция цилиндра. Зона вокруг сопла машины и линии разъёма пресс-формы должна вентилироваться — не потому, что переработка POM опасна (уровни формальдегида при нормальной переработке значительно ниже пределов профессионального воздействия), а потому, что запах неприятен и является чувствительным индикатором проблем процесса. Усиление запаха формальдегида во время производственной партии сигнализирует о том, что температура расплава растёт или время пребывания слишком велико.
Температура Пресс-Формы
Температура пресс-формы POM контролирует кристалличность, усадку и качество поверхности:
| Применение | Рекомендуемая Т. Пресс-Формы | Причина |
|---|---|---|
| Прецизионные шестерни (жёсткий допуск) | 90–110°C | Максимальная кристалличность, минимальная пост-усадка |
| Общие механические детали | 70–90°C | Хорошая кристалличность, контролируемая усадка |
| Косметические детали (без размерной критичности) | 60–80°C | Приемлемая поверхность, более быстрый цикл |
Температура пресс-формы ниже 60°C создаёт деталь из POM с низкой кристалличностью в поверхностном слое — расплав при контакте с холодной стенкой пресс-формы застывает до того, как полимерные цепи смогут организоваться в кристаллические домены. Этот аморфный поверхностный слой имеет толщину 0,05–0,2 мм и отличается по плотности, усадочному поведению и износостойкости от кристаллического ядра.
Для прецизионных шестерён, где пост-формовочное изменение размеров должно быть минимизировано, температура пресс-формы 90–100°C является стандартной — она создаёт близкую к равновесной кристалличность в отлитой детали, минимизируя изменение размеров, которое иначе происходило бы по мере медленного приближения детали к равновесной кристалличности при комнатной температуре в течение дней и недель.
Скорость Впрыска и Давление Подпитки
POM имеет более низкую вязкость расплава, чем PC или стеклонаполненный нейлон. Он течёт легко — литники диаметром 0,8–1,5 мм обычно достаточны для ненаполненного POM. Эта низкая вязкость имеет два технологических следствия:
Быстрый впрыск является стандартным. Низкая вязкость расплава и быстрая кристаллизация POM создают материал, который быстро заполняет и быстро затвердевает. Время заполнения 0,5–1,5 секунды типично, а следы задержки на переходах толщины стенки встречаются реже, чем у материалов с более высокой вязкостью.
Давление подпитки критично для контроля утяжин. Высокая усадка POM (1,8–2,2%) означает, что давление подпитки должно подать достаточно дополнительного материала в полость для компенсации увеличения плотности при кристаллизации. Недостаточное давление подпитки вызывает утяжины в толстых сечениях, пустоты в центре толстых рёбер и размерные отклонения. Давление подпитки для POM обычно составляет 60–80% от давления впрыска, поддерживаемое до застывания литника.
Предотвращение Центральной Пористости
Гомополимер POM подвержен центральной пористости — микроскопическим пустотам вдоль центральной линии толстых сечений (обычно >4 мм), вызванным объёмной усадкой при кристаллизации, отводящей материал от центра быстрее, чем давление подпитки может его восполнить. Пустоты обычно имеют диаметр 0,05–0,3 мм и уменьшают эффективное сечение детали.
Решения: используйте сополимер POM (меньшая и более контролируемая усадка кристаллизации), увеличьте размер литника и давление подпитки или перепроектируйте деталь, чтобы избежать сечений толще 4 мм. Если толстое сечение неизбежно, анализ течения расплава с прогнозированием усадки может определить расположение пустот и помочь с repositionirovaniem литника или оптимизацией давления подпитки.
Конструкция Пресс-Формы Для POM
Усадка и Размеры Полости
Усадка POM в пресс-форме 1,8–2,2% высока — примерно в 3–4× выше, чем у ABS (0,4–0,7%), и сопоставима с ненаполненным нейлоном (1,2–1,8%). Полость должна быть изготовлена с увеличенными размерами относительно чертежа детали на эту величину, и усадка анизотропна — она варьирует в зависимости от направления течения (выше в направлении течения из-за молекулярной ориентации при заполнении), толщины стенки (выше в толстых сечениях) и температуры пресс-формы (выше при более высокой температуре пресс-формы из-за повышенной кристалличности).
Для прецизионных шестерён, где точность профиля зуба критична, единый равномерный коэффициент усадки, применяемый ко всей полости, редко достаточен. Полость должна изготавливаться на основе анализа течения расплава с прогнозированием усадки, а профиль зуба шестерни должен проверяться на образцах T1 и корректироваться при необходимости.
Литниковая Система
Низкая вязкость расплава POM означает, что он легко течёт через малые литники. Однако расположение литника определяет поле молекулярной и кристаллической ориентации в детали — а для POM это напрямую влияет на механические свойства и стабильность размеров.
Правила расположения литника для шестерён из POM:
- Подводить в ступицу или диск шестерни, не в зубья. Литник на фланке зуба создаёт ориентацию через зуб, ослабляющую его у основания — именно там, где напряжение изгиба максимально.
- Использовать диафрагменный литник или трёхточечный штифтовой литник на ступице для шестерён диаметром менее 60 мм. Это создаёт радиальное течение от центра наружу, ориентируя полимерные цепи вдоль радиального направления зуба — направления изгибного напряжения.
- Для шестерён свыше 60 мм кольцевой литник или несколько штифтовых литников на ступице обеспечивают сбалансированное заполнение без создания линий спая в зубчатом венце.
Общее конструирование литников для POM:
- Туннельные (подводящие) литники работают хорошо — жёсткость POM при температуре выталкивания позволяет чистое отделение по литнику.
- Флажковые литники предпочтительны для толстых сечений, где прямой литник вызвал бы длительное время охлаждения в зоне литника.
- Горячеканальные системы для POM должны проектироваться с учётом узкого технологического окна — температура коллектора горячего канала должна оставаться ниже 210°C во избежание деструкции материала. Сополимер POM предпочтительнее гомополимера для горячеканальных пресс-форм.
Вентиляция
POM выделяет газ формальдегид при переработке — даже в нормальных условиях с правильной температурой цилиндра. Газ должен отводиться из полости; в противном случае он сжимается в последней точке заполнения, создавая подгары (фактически следы термической деструкции от дизельного эффекта — формальдегидо-воздушная смесь воспламеняется при сжатии).
Глубина вентиляции 0,015–0,02 мм и ширина 3–6 мм в последней точке заполнения является стандартом для POM. Рекомендуется дополнительная вентиляция в местах линий спая — газ, принесённый к линии спая сходящимися фронтами течения, может оказаться захваченным, ослабляя линию спая и создавая поверхностные дефекты.
Выталкивание
POM жёсток при температуре выталкивания и имеет более высокий коэффициент теплового расширения, чем сталь — он крепко схватывает знак при охлаждении. Выталкиватели должны иметь достаточную площадь, чтобы избежать прокалывания поверхности детали, а технологические уклоны должны быть ≥1° на стороне знака для деталей глубиной более 20 мм.
Твёрдость поверхности и низкое трение POM делают его менее склонным к задирам при выталкивании, чем более мягкие материалы, такие как PP. Это преимущество — следы выталкивателей обычно минимальны, и деталь отделяется чисто, если технологические уклоны и усилия выталкивания правильно рассчитаны.
POM Против Нейлона Против PBT — Быстрый Выбор Для Скользящих и Механических Деталей
Когда инженер выбирает между POM, нейлоном и PBT для механического компонента, решение обычно зависит от одного или двух требований:
| Критерий | POM | PA66 (Нейлон) | PBT |
|---|---|---|---|
| Коэффициент трения (всухую по стали) | 0,2–0,3 | 0,2–0,3 | 0,25–0,35 |
| Износостойкость | Отличная | Хорошая | Удовлетворительная |
| Прочность на разрыв | 68–72 МПа | 80–85 МПа | 55–60 МПа |
| Жёсткость | 2,8–3,2 ГПа | 2,8–3,0 ГПа | 2,3–2,5 ГПа |
| Удар (кондиционированный) | 6–8 кДж/м² | 8–15 кДж/м² | 3–5 кДж/м² |
| Влагопоглощение (24ч) | 0,2–0,3% | 1,2–1,6% | 0,1% |
| Изменение размеров (DAM до EMC) | ~0,1% | 0,5–0,8% | <0,05% |
| Усталостная прочность | Отличная | Хорошая | Удовлетворительная |
| Химическая стойкость | Хорошая (кроме кислот, оснований) | Хорошая (кроме кислот) | Отличная |
| Усадка в пресс-форме | 1,8–2,2% | 1,2–1,8% | 1,5–2,0% |
| Технологическое окно | Узкое (20–30°C) | Среднее (40–50°C) | Широкое (50–70°C) |
Выбирайте POM, когда деталь должна сохранять точные размеры независимо от влажности, когда низкое трение и износостойкость являются главными требованиями или когда деталь работает в среде топлива, масла или растворителей. Типичные применения POM: шестерни, подшипники, кулачки, компоненты топливных систем, аэрозольные клапаны, застёжки-молнии.
Выбирайте нейлон, когда деталь нуждается в более высокой ударной вязкости (особенно кондиционированный нейлон 8–15 кДж/м² против POM 6–8 кДж/м²), более высокой термостойкости (PA66 при 100–120°C длительно против POM 90–100°C) или меньшей стоимости за килограмм. Типичные применения нейлона: конструкционные кронштейны, автомобильные подкапотные компоненты, корпуса электроинструментов.
Выбирайте PBT, когда деталь нуждается в электроизоляционных свойствах, максимальной стабильности размеров (0,1% влагопоглощения) или стойкости к автомобильным жидкостям при более высоких температурах, чем выдерживает POM. Типичные применения PBT: электрические разъёмы, корпуса датчиков, компоненты реле.
Конструирование Деталей Из POM — Правила, Предотвращающие Отказы
Толщина Стенки
Равномерная толщина стенки более важна для POM, чем для аморфных материалов, таких как ABS — полукристаллическая природа означает, что более толстые сечения охлаждаются медленнее, кристаллизуются в большей степени и дают большую усадку. Переход толщины стенки с 2 мм на 4 мм создаёт дифференциальную усадку 0,2–0,4% на переходе, создавая внутренние напряжения и потенциальное коробление.
Цель проектирования: номинальная стенка 2,0–3,5 мм для большинства механических деталей. Минимум 1,0 мм для малых шестерён и тонких сечений (низкая вязкость расплава POM хорошо заполняет тонкие стенки). Максимум 4,0 мм — сечения выше 4 мм рискуют центральной пористостью у гомополимера и удлинённым временем цикла у обоих типов.
Радиусы и Углы
POM чувствителен к надрезу — острый внутренний угол концентрирует напряжения и инициирует усталостные трещины при циклической нагрузке. Это особенно важно для оснований зубьев шестерён, где изгибное напряжение максимально, а концентрация напряжений от радиуса основания напрямую определяет усталостную долговечность шестерни.
Минимальный внутренний радиус: 0,5 мм для статических применений, 1,0 мм для циклического нагружения (шестерни, пружины, защёлки). Радиус основания зуба шестерни из POM должен быть максимально большим, насколько позволяет геометрия зуба — каждое увеличение радиуса основания на 0,1 мм приводит к измеримому улучшению усталостной долговечности при циклическом нагружении зуба.
Защёлки и Живые Шарниры
POM может использоваться для защёлок и живых шарниров — хотя он менее прощающий, чем PP для шарниров, и менее ударопрочный, чем нейлон для защёлок. Правила конструирования:
- Прогиб защёлки должен быть ограничен 1,5–2,0% деформации в основании балки (против 2,5–3,5% для нейлона). Более низкое удлинение при разрыве POM (8–12% против 15–25% у нейлона) означает меньший прогиб до остаточной деформации.
- Живые шарниры в POM возможны, но должны использовать сополимер и выигрывают от циклического изгиба после литья (согнуть шарнир 5–10 раз для ориентации полимерных цепей по линии шарнира перед передачей детали в эксплуатацию). Живые шарниры из POM имеют меньший ресурс по изгибу, чем PP — проектировать максимум на 5 000–10 000 циклов против 100 000+ для PP.
Применения
Шестерни
POM — материал, стоящий за большинством литьевых шестерён в потребительских товарах, офисном оборудовании и автомобильных приводах. Прямозубая шестерня из POM в механизме подачи бумаги принтера работает при 200–500 об/мин против стального зубчатого колеса с консистентной смазкой в течение 200 000–500 000 страниц — примерно 50–100 миллионов циклов нагружения зуба. Усталостная прочность, низкое трение и стабильность размеров материала делают это возможным в детали, стоимость литья которой составляет $0,05–0,20.
Специфические для POM соображения по конструированию шестерён:
- Профиль зуба: используйте стандартный эвольвентный профиль с модификацией головки для снижения удара в начале зацепления. Шестерни из POM обычно нарезаются или шлифуются после литья только при необходимости точности AGMA Q8–Q10; точность AGMA Q5–Q7 достижима в состоянии после литья при правильно спроектированной полости.
- Конструкция ступицы: ступица должна иметь наружный диаметр 2,0–2,5× диаметра отверстия и длину 1,5–2,0× диаметра отверстия. Стальной вал, вращающийся в отверстии из POM, создаёт подшипник — ступица POM действует и как ступица шестерни, и как подшипник скольжения, устраняя отдельный подшипниковый компонент.
- Тепловое расширение: коэффициент линейного теплового расширения POM 1,0–1,2 × 10⁻⁴ /°C примерно в 10× выше, чем у стали. Шестерня с отверстием 6,00 мм при 23°C будет иметь отверстие 6,03–6,04 мм при 80°C. Рабочий зазор при комнатной температуре должен учитывать это дифференциальное расширение во избежание заклинивания при рабочей температуре.
Подшипники и Втулки
Подшипники скольжения из POM работают при значениях PV (давление × скорость) до 0,1–0,2 МПа·м/с всухую и 0,3–0,5 МПа·м/с с консистентной смазкой. Толщина стенки подшипника должна составлять 2,0–3,0 мм — достаточно толстой для распределения радиальной нагрузки, достаточно тонкой для сохранения размерной стабильности и предотвращения центральной пористости.
Для применений с высоким PV, марки POM с внутренней смазкой, содержащие PTFE, силиконовое масло или MoS₂, снижают коэффициент трения до 0,10–0,15 всухую и расширяют предел PV до 0,3–0,5 МПа·м/с.
Компоненты Для Работы С Жидкостями
Стойкость POM к топливам, маслам и большинству органических растворителей делает его материалом выбора для крыльчаток топливных насосов, карбюраторных поплавков, корпусов аэрозольных клапанов и компонентов химических дозирующих насосов. Для этих применений предпочтителен сополимер POM — его лучшая стойкость к горячей воде и щелочным средам обеспечивает запас против загрязнителей топлива, воды в топливной системе и процедур очистки.
Контроль Качества
- Проверка ПТР (Показатель Текучести Расплава) — ПТР POM является чувствительным индикатором деструкции. ПТР выше спецификации означает, что молекулярная масса была снижена при переработке — деталь будет иметь меньшую прочность на разрыв и усталостную прочность, чем по спецификации. ПТР следует проверять на входном материале и на отлитых деталях из каждой производственной партии.
- Размерный контроль после 48-часового уравновешивания — детали из POM продолжают незначительно усаживаться после литья по мере приближения кристаллической структуры к равновесию. Критические размеры следует измерять через 48 часов при 23°C для проверки соответствия детали допускам чертежа в уравновешенном состоянии, а не только сразу после литья.
- Профиль зуба шестерни — для прецизионных шестерён измерение профиля зуба на зубоизмерительном приборе (двухпрофильная или однопрофильная проверка качением) подтверждает, что отлитая форма зуба соответствует классу точности. Образцы T1 должны проверяться, а корректировки полости выполняться до запуска в производство.
- Мониторинг запаха формальдегида — при переработке усиление запаха формальдегида является самым ранним предупреждением о превышении температуры расплава или чрезмерном времени пребывания. Формализованная процедура реагирования на изменение запаха — проверка и корректировка температуры цилиндра, сокращение времени пребывания — более эффективна, чем использование пост-формовочного контроля качества для выявления деструктированных деталей.
POM — не самый прочный конструкционный пластик, не самый ударопрочный и не самый дешёвый. Его выбирают потому, что он делает ряд вещей, которые ни один другой ненаполненный термопласт не делает так же хорошо: сохраняет точные размеры независимо от влажности, сопротивляется износу при скользящем контакте, выдерживает миллиарды циклов усталости в зубьях шестерён и надёжно работает в топливах и растворителях, разрушающих другие пластики.
Шестерня, отлитая из нейлона, работает отлично при 50% ОВ и заклинивает при падении влажности до 15%. Шестерня, отлитая из POM, работает одинаково в обоих условиях. Вот почему существует POM.