9、聚合物复合材料齿轮的制造与精度评估

聚合物复合材料齿轮的制造与精度评估

1. 结构聚合物复合材料的应用特点

结构聚合物复合材料在齿轮制造等领域展现出独特的优势。其极限强度与样品填充因子密切相关，随着填充因子从 40%增加到 100%，极限强度呈正比增加，同时会出现额外的粘性分子桥，赋予材料粘性流动性。

在小批量生产具有复杂轮缘配置的齿轮时，可采用成型模具，且模具采用复合材料制造较为合适。制成的成品能具备多种物理和机械性能，如刚性（类似 ABS 属性）、半刚性、弹性、耐热性、透明性以及组合性能等。

为确保齿轮传动可靠运行，关键在于所选材料的性能要最大程度符合运行要求。例如，高负载工况下应选择硬质塑料，特别是增强热塑性塑料。研究表明，为保证齿轮工作面质量，推荐使用复合热塑性塑料通过铸造或模塑到壳形成型模具中制造齿轮。模具由热固性塑料制成，如酚醛 - 甲醛和环氧树脂聚合物。

以下是制造模具的一些要点：
- 金属壳设计 ：形成型腔的内表面应采用金属壳形式。可使用冷轧低碳钢带，沿主模型轮廓弯曲制成金属壳齿轮轮缘。主模型建议使用 3D 打印机制作。
- 表面处理 ：金属带一侧需创建具有指定功能参数的微浮雕，另一侧要设置足够的粗糙度，以增强与成型模具材料的连接强度，因为粗糙度增加会提高粘合强度。

2. 聚合物复合材料齿轮的精度评估

2.1 评估的必要性

结构聚合物材料广泛用于制造各种用途的机械装置，当前使用结构复合聚合物材料（PCM）制造齿轮的趋势日益明显。PCM 齿轮具有减轻产品重量、减少摩擦和磨损等优点，对产品质量和成本有显著影响。