کاربرد ورق پلی آمید در ساخت چرخ دنده، بوش و قطعات ضد سایش

در صنایع پیشرفته امروزی، کاهش وزن سازه ها، استهلاک مکانیکی و حذف نیاز به روغن کاری مداوم قطعات متحرک، از اولویت های اصلی طراحان و مهندسان مکانیک به شمار می رود. استفاده سنتی از فلزاتی چون برنج، برنز، چدن و فولاد در ساخت اجزای دوار اگرچه استحکام بالایی فراهم می کند، اما معایبی نظیر سایش متقابل، تولید صدای گوش خراش، نیاز دائمی به گریس کاری و زنگ زدگی در محیط های مرطوب را به همراه دارد. به همین دلیل، پلیمرهای مهندسی جایگزین بی نقصی برای فلزات شده اند. در این رده صنعتی، ورق پلی آمید یا همان نایلون صنعتی به دلیل مقاومت سایشی فوق العاده، ضریب اصطکاک پایین و استحکام ضربه پذیری عالی، در صدر انتخاب سازندگان قطعات صنعتی قرار دارد.

پلی آمیدها خانواده ای از ترموپلاستیک های نیمه کریستالی هستند که در گریدهای مختلف تولید می شوند. پرمصرف ترین فرم مصرفی این پلیمر در کارگاه های تراشکاری و فرزکاری، ورق و میلگرد پلی آمید PA6 و PA66 است. در این مقاله به بررسی علل برتری ورق های نایلون صنعتی، کاربرد آن در ماشین کاری چرخ دنده ها و بوش ها، ویژگی های ضد سایش و نکات اساسی در فرآیند تولید قطعات مهندسی می پردازیم.

ورق پلی آمید چیست و چرا نایلون صنعتی نامیده می شود؟

ورق پلی آمید نوعی پلاستیک مهندسی مستحکم و با چگالی مولکولی متراکم است که اولین بار با نام تجاری نایلون وارد بازار شد. در ساختار این پلیمر زنجیره های پیوند آمیدی تکرار شونده ای وجود دارند که به ماده سختی ذاتی، نقطه ذوب بالا و مقاومت الاستیک کم نظیری می بخشند. این ورق ها با دو روش عمده اکستروژن (Extrusion) و ریخته گری تحت فشار کم (Cast Nylon) تولید می شوند.

گریدهای کست یا ریخته گری شده، تنش پسماند کمتری دارند، دارای دانسیته بالاتری هستند و برای ماشین کاری دقیق و بدون تابیدگی قطعات بسیار مناسب می باشند. کارگاه های صنعتی و مهندسان برای تامین متریال خام قطعه سازی و خرید ورق پلی آمید در ابعاد و ضخامت های متنوع با کیفیت استاندارد، می توانند به وبسایت پارت پلیمر مراجعه کنند.

ویژگی های مکانیکی ورق پلی آمید در ساخت قطعات متحرک

علت تمایل روزافزون به جایگزینی فلزات با پلی آمید ناشی از تلفیق خواص مکانیکی و فیزیکی منحصربه فرد آن است:

۱. مقاومت فوق العاده در برابر سایش و فرسایش

پلی آمید ساختار کریستالی فشرده ای دارد که مقاومت به خراش، سایش تماسی و فرسایش ناشی از بارهای دینامیکی را به اوج می رساند. این خاصیت در محیط هایی که براده یا ذرات غبار وجود دارد طول عمر قطعه را بسیار افزایش می دهد.

۲. ضریب اصطکاک پایین و خاصیت خود روانکاری

سطح پلی آمید لغزنده است و حرکت چرخ دنده ها روی یکدیگر اصطکاک ناچیزی تولید می کند. در برخی گریدها مانند پلی آمید روغنی (Nylon with Oil Lubricant) یا گریدهای حاوی مولیبدن دی سولفید (MoS2)، قطعه کاملا بدون نیاز به روغن کاری خارجی به کار خود ادامه می دهد.

۳. جذب ارتعاش و عملکرد بسیار بی صدا (Noise Dampening)

برخلاف دنده های فلزی که حین درگیری ضربه های صوتی و لرزش های مکانیکی تولید می کنند، پلی آمید انرژی ضربه را در ساختار خود مستهلک می کند. این ویژگی سر و صدای خطوط تولید و گیربکس ها را به حداقل می رساند.

۴. مقاومت به بارهای فشاری و ضربه پذیری

نایلون صنعتی شکننده نیست. این پلیمر رفتار الاستیک کنترل شده ای از خود نشان می دهد و در برابر ضربه های ناگهانی، بدون شکستن یا ترک برداشتن، بار وارده را پخش می کند.

کاربرد ورق نایلون صنعتی در ساخت چرخ دنده

چرخ دنده های ساخته شده از ورق پلی آمید در انواع گیربکس ها، خطوط انتقال، دستگاه های چاپ، نساجی و ماشین آلات بسته بندی به وفور استفاده می شوند. مزایای ساخت چرخ دنده از شیت های نایلون عبارتند از:

• عملکرد روان در غیاب روانکارهای روغنی در صنایعی که آلودگی روغن ممنوع است (مانند داروسازی و صنایع غذایی).
• کاهش ملموس مصرف انرژی به دلیل کاهش وزن چرخ دنده (پلی آمید حدود یک هفتم فولاد وزن دارد).
• جلوگیری از سایش دنده های مجاور؛ اگر یک دنده پلی آمیدی با یک دنده فولادی درگیر شود، قطعه گران قیمت فولادی هیچ آسیبی نمی بیند.
• ساخت آسان از طریق تراشکاری CNC با سرعت پیشروی بالا و دقت ابعادی میلی متری.

ساخت بوش و یاتاقان ضد سایش از ورق پلی آمید

بوش ها (Bushings) و گاید ریل های خطی از جمله قطعاتی هستند که در معرض بار شعاعی و سایش مداوم قرار دارند. ساخت بوش های لغزشی از پلی آمید به دلایل زیر یک مزیت مهندسی است:

• مقاومت شیمیایی در برابر گریس، گازوئیل، نفت و حلال های هیدروکربنی صنعتی.
• عدم ایجاد خط و خش روی شفت های متحرک حین کارکرد طولانی مدت.
• عملکرد مطلوب در دمای کاری پیوسته تا ۱۰۰ درجه سانتی گراد و دمای لحظه ای تا ۱۵۰ درجه.
• مقاومت بالا در برابر تغییر شکل تحت بار دائمی (Creep Resistance).

مقایسه خواص مکانیکی پلی آمید PA6 با تفلون و فسفر برنز

نکات مهم در ماشین کاری و تراش ورق های پلی آمید

پلی آمید پلیمری با قابلیت ماشین کاری عالی است، اما برای دستیابی به بالاترین دقت ابعادی باید به این موارد توجه شود:

۱. خنک کاری حین براده برداری: پلاستیک ها هدایت حرارتی کمی دارند. تجمع حرارت در لبه ابزار تراش می تواند باعث دفرمگی سطح کار شود؛ استفاده از جریان هوای فشرده یا آب صابون مناسب توصیه می شود.

۲. تیزی و زاویه ابزار برش: از ابزارهای تنگستن کارباید (HSS یا الماسه) با لبه های بسیار تیز و زاویه براده برداری مثبت استفاده شود تا قطعه تمیز و بدون پلیسه تراشیده شود.

۳. توجه به جذب رطوبت پلی آمید: پلی آمید خاصیت رطوبت پذیری طبیعی دارد که باعث افزایش انعطاف پذیری و تغییرات جزئی ابعادی در حد صدم میلی متر می شود. برای قطعات بسیار دقیق در محیط های خیس، تلورانس ابعادی باید با در نظر گرفتن این فاکتور طراحی گردد.

خرید مستقیم پلیمرهای ضد سایش از پارت پلیمر

کیفیت ماده اولیه ورق پلی آمید نقشی مستقیم در طول عمر قطعات تراش خورده دارد. وجود حفره های هوایی یا ناخالصی در ورق های بی کیفیت، هنگام دور بالا در چرخ دنده موجب شکست فاجعه بار می شود. مجموعه پارت پلیمر با سال ها تجربه در بازار پلیمرهای مهندسی تهران (خیابان امیرکبیر، ناظم الاطباء شمالی)، تامین کننده انواع ورق پلی آمید ساده، روغنی و گرافیتی از معتبرترین برندهای اروپایی و آسیایی با ضمانت یکنواختی ساختار است.

سوالات متداول

چرا پلی آمید PA66 از PA6 برای دنده زنی گران تر است؟

پلی آمید PA66 دارای ساختار کریستالی منظم تری است که نقطه ذوب بالاتر، سختی سطحی بیشتر و مقاومت سایشی بهتری نسبت به PA6 معمولی دارد، از این رو برای کاربردهای سنگین تر با قیمت بالاتری عرضه می شود.

آیا ورق پلی آمید برای قطعات در تماس با اسید غلیظ مناسب است؟

خیر، پلی آمید مقاومت بی نظیری در برابر روغن ها، سوخت ها و مواد قلیایی دارد اما در برابر اسیدهای معدنی قوی و اکسیدکننده مانند اسید سولفوریک دچار آسیب می شود؛ برای محیط های اسیدی شدید تفلون PTFE پیشنهاد می شود.

چگونه می توان تابیدگی ورق نایلون صنعتی را هنگام تراشکاری کاهش داد؟

استفاده از ورق های کست نایلون (Cast Nylon) که تنش زدایی شده اند و انجام عملیات براده برداری با گام های آرام و ابزار تیز مانع از تاب برداشتن قطعه نهایی می شود.