Коротко
Инженерные пластики — капролон, полиамид, полиацеталь, фторопласт, ПЭ-1000 — ставят там, где металлу нужна смазка, он шумит, корродирует или изнашивает ответную деталь. Но пластик в десятки раз мягче стали и расширяется от тепла в 7–15 раз сильнее, поэтому деталь нельзя просто скопировать с металлической — меняются зазоры, модуль, крепление.
- Втулки и вкладыши скольжения, ролики, колёса, направляющие планки.
- Шестерни и звёздочки для лёгких приводов без смазки.
- Уплотнения, кольца, прокладки и изоляторы из фторопласта.
- Детали пищевого и упаковочного оборудования.
- Изготовление по образцу и подбор материала под условия работы.
Когда пластиковая деталь лучше металлической
- Работа без смазки — пищевое, фармацевтическое, текстильное оборудование, где масло недопустимо.
- Бережёт ответную деталь — изнашивается пластиковая втулка или шестерня, а стальной вал и дорогая шестерня остаются целыми.
- Тише работает — пластиковые шестерни и ролики гасят удар и шум.
- Не корродирует — вода, моющие средства, многие кислоты и щёлочи.
- Лёгкая и диэлектрическая — в 5–7 раз легче стали, не проводит ток.
- Дешевле бронзы — для малонагруженных втулок разница в цене заметная.
i
Пластик выигрывает, когда нагрузка небольшая, а среда сложная: вода, грязь, абразив, отсутствие смазки. При высокой нагрузке и температуре выше 100 °C почти всегда выигрывает металл.
Что делаем из пластиков
| Деталь | Материал | Где работает |
|---|---|---|
| Втулки и вкладыши скольжения | Капролон, полиамид, наполненный фторопласт | Конвейеры, сельхозтехника, подъёмники |
| Ролики и колёса | Капролон, ПЭ-1000 | Конвейеры, тележки, направляющие |
| Шестерни и звёздочки | Капролон, полиацеталь | Упаковочное оборудование, лёгкие приводы |
| Направляющие планки и полозья | ПЭ-1000, капролон | Цепные конвейеры, линии розлива |
| Уплотнения, кольца, прокладки | Фторопласт-4 | Арматура, химия, высокие температуры |
| Скребки и очистители | ПЭ-1000 | Транспортёры, бункеры |
| Изоляторы | Фторопласт, полиацеталь | Электротехника |
| Шнеки и дозаторы | Полиацеталь, ПЭ-1000 | Пищевое оборудование |
| Мелкие точные детали | Полиацеталь | Приборы, оснастка, фиксаторы |
Сравнение материалов
| Материал | Сильные стороны | Слабые стороны | Рабочая температура |
|---|---|---|---|
| Капролон (блочный ПА-6) | Прочность, износостойкость, крупные заготовки | Водопоглощение | до 80–100 °C |
| Полиамид ПА-6, ПА-66 | Прочность, упругость, стойкость к маслам | Водопоглощение | до 80–100 °C |
| Полиацеталь (ПОМ) | Стабильные размеры, низкое водопоглощение | Не держит сильные кислоты | до 90–100 °C |
| Фторопласт-4 | Минимальное трение, химическая стойкость | Мягкий, течёт под нагрузкой | от −200 до +260 °C |
| Наполненный фторопласт | Износостойкость выше в разы, меньше текучесть | Дороже, абразивен для мягкого вала | до 260 °C |
| ПЭ-1000 | Ударная вязкость, стойкость к абразиву, скольжение | Низкая жёсткость, хуже держит точность | до 80 °C |
| PEEK | Прочность и работа при высокой температуре | Высокая цена | до 250 °C |
Капролон: самый ходовой материал
Капролон — блочный полиамид, получаемый литьём в форму. Из него делают крупные втулки, ролики, шестерни и колёса, которые из экструдированного полиамида не получить по размеру.
- Износостойкость — в узлах трения без смазки служит дольше бронзы при малых нагрузках и скоростях.
- Модифицированный капролон — с графитом или дисульфидом молибдена: чёрного цвета, лучше скользит и меньше греется.
- Влага — главный недостаток: во влажной среде деталь растёт, в сухом тепле усыхает. Зазоры закладываются с учётом среды.
- Ударная нагрузка — держит хорошо, не колется, в отличие от текстолита.
- Шпоночный паз — в капролоновой шестерне под нагрузкой разбивается. Для передачи момента ставится металлическая ступица.
Фторопласт: трение и химия
- Самый низкий коэффициент трения среди конструкционных материалов, не прилипает и не смачивается.
- Химически инертен — стоек почти ко всем кислотам, щелочам и растворителям.
- Хладотекучесть — под постоянной нагрузкой медленно течёт. Уплотнения из чистого фторопласта со временем ослабевают, их подтягивают или ставят в замкнутую канавку.
- Наполненные марки — фторопласт с коксом, стекловолокном или углеволокном: износостойкость выше в разы, текучесть меньше. Для втулок и направляющих берут их, а не чистый Ф-4.
- Температура замера — при комнатной температуре около 19–20 °C у фторопласта фазовый переход с изменением объёма, поэтому точные детали меряют при стабильной температуре.
!
Фторопластовое уплотнение нельзя сильно зажимать при установке «с запасом»: оно продавится и потечёт. Правильно — рассчитанная канавка и умеренный натяг.
Полиацеталь и ПЭ-1000
- Полиацеталь — лучший выбор для точных мелких деталей: почти не набирает влагу, пружинит, держит размер. Шестерни, фиксаторы, втулки приборов, детали дозаторов.
- ПЭ-1000 — сверхвысокомолекулярный полиэтилен: лучший по стойкости к абразиву и удару, легче воды, не боится мороза. Направляющие планки конвейеров, скребки, футеровка бункеров, ролики.
- Ограничение ПЭ-1000 — мягкий и сильно расширяется от тепла, для точных посадок не подходит.
- Пищевой контакт — для оборудования, где деталь касается продукта, берём материалы с допуском к контакту с пищей.
Шестерни и звёздочки из пластика
- Пара пластик — сталь — самая удачная: пластиковое колесо гасит удары и шум, стальная шестерня почти не изнашивается.
- Модуль и ширина зуба — берутся больше, чем у стальной шестерни на ту же нагрузку.
- Нагрев — ограничивает нагрузку сильнее, чем прочность: пластик плохо отводит тепло, зуб размягчается.
- Боковой зазор — увеличен с учётом теплового расширения, иначе в нагретом приводе шестерню заклинит.
- Ступица — металлическая, запрессованная или закреплённая винтами: так момент не разбивает посадку.
Металлические зубчатые колёса — изготовление шестерён на заказ, звёздочки цепных передач — изготовление звёздочек.
Особенности механической обработки
1
Заготовка
Выдержка при комнатной температуре
2
Черновая
Съём с припуском, без перегрева
3
Отлёжка
Снятие внутренних напряжений
4
Чистовая
Размер и замер после остывания
- Острый инструмент — с большим передним углом. Тупой резец мнёт и греет пластик, поверхность оплавляется.
- Без перегрева — нагретая деталь меряется в размер, а после остывания уходит в минус.
- Мягкий зажим — пластик продавливается кулачками, тонкостенные детали зажимают на оправках.
- Длинная стружка — у капролона и полиамида наматывается на деталь, её отводят принудительно.
- Отверстия малого диаметра — после сверления сужаются, поэтому их делают с поправкой или развёртывают.
Зазоры, посадки и тепловое расширение
| Материал | Тепловое расширение, ×10⁻⁶/°C | Во сколько раз больше стали |
|---|---|---|
| Сталь | 11–12 | — |
| Бронза | 17–18 | ~1,5 |
| Капролон, полиамид | 70–100 | ~6–8 |
| Полиацеталь | 90–110 | ~8–9 |
| Фторопласт-4 | 100–160 | ~9–13 |
| ПЭ-1000 | 150–200 | ~13–17 |
- Зазор с валом — заметно больше, чем у металлической втулки: пластик растёт от тепла и влаги внутрь.
- Запрессовка в металлический корпус — отверстие втулки уменьшается, это закладывается в размер.
- Длинные направляющие — крепятся с компенсационными зазорами и через овальные отверстия, иначе летом их выгнет.
- Точность — на полиацетале и капролоне 0,03–0,05 мм, на фторопласте и ПЭ-1000 0,05–0,1 мм.
Когда пластик не подойдёт
- Высокая постоянная нагрузка — пластик ползёт, втулка становится овальной.
- Температура выше 100 °C — кроме фторопласта и PEEK.
- Точная посадка при меняющейся температуре — зазоры будут «гулять».
- Солнце и открытый воздух — полиамид и полиацеталь стареют без стабилизаторов.
- Высокая скорость скольжения под нагрузкой — пластик перегревается и плавится в зоне контакта.
В нагруженных узлах трения лучше работает медный сплав — см. детали из бронзы и латуни и изготовление и ремонт втулок.
Что нужно для заказа
- Чертёж или образец — изношенная деталь подходит.
- Условия работы — нагрузка, скорость, температура, вода, химия, пищевой контакт.
- Ответная деталь — вал, шестерня, направляющая: по ним считаются зазоры.
- Материал, если задан, или жалоба на прежний: быстро изнашивался, разбухал, плавился.
- Количество — от одной штуки до серии.
Сроки и стоимость
| Позиция | Цена от | Срок |
|---|---|---|
| Кольцо, прокладка, уплотнение из фторопласта | 400 ₽ | 1–3 дня |
| Втулка из капролона Ø до 50 мм | 600 ₽ | 1–3 дня |
| Ролик или колесо из капролона | 1 500 ₽ | 2–4 дня |
| Шестерня из капролона или полиацеталя | 3 500 ₽ | 3–6 дней |
| Металлическая ступица в пластиковую шестерню | 800 ₽ | +1–2 дня |
| Направляющая планка из ПЭ-1000 | по расчёту | 2–5 дней |
| Деталь из наполненного фторопласта | по расчёту | 3–7 дней |
| Деталь из PEEK | по расчёту | после подбора заготовки |
| Серия деталей от 100 штук | по расчёту | по графику |
Цена пластиковой детали складывается из стоимости заготовки и обработки; крупные детали из фторопласта и PEEK заметно дороже из-за материала. Отвечаем в течение двух часов. Производство — Москва, Казань, Набережные Челны, отправка по России.
Вопросы и ответы
Что лучше для втулки: капролон или фторопласт?
+
Капролон прочнее, лучше держит нагрузку и износ, но набирает влагу и работает примерно до 80–100 °C. Фторопласт даёт минимальное трение, химически инертен и терпит до 260 °C, но он мягкий и течёт под нагрузкой. Для нагруженной втулки берут капролон, для скольжения в агрессивной или горячей среде — наполненный фторопласт.
Почему капролоновая деталь меняет размер?
+
Полиамиды впитывают воду. Во влажной среде капролон набирает влагу и заметно увеличивается в размере, а в сухом тепле, наоборот, усыхает. Для точных деталей во влажной среде лучше полиацеталь, у которого водопоглощение в разы ниже, либо в капролоновой детали закладывают увеличенный зазор.
Можно ли сделать шестерню из пластика?
+
Да, из капролона, полиацеталя и полиамида делают шестерни для малонагруженных и тихоходных передач. Они работают тише металлических, без смазки и не изнашивают стальную ответную шестерню. Модуль и ширину зуба при этом берут больше, чем у стальной шестерни на ту же нагрузку.
Какую температуру выдерживают эти пластики?
+
Ориентировочно при длительной работе: ПЭ-1000 — до 80 °C, капролон и полиамид — до 80–100 °C, полиацеталь — до 90–100 °C, PEEK — до 250 °C, фторопласт-4 — до 260 °C. Под нагрузкой допустимая температура ниже.
Какую точность можно получить на пластиковой детали?
+
На полиацетале и капролоне реально держать 0,03–0,05 мм, на фторопласте и ПЭ-1000 — 0,05–0,1 мм. Размер проверяется после остывания детали, а для полиамидов учитывается влажность, при которой деталь будет работать.
Сделаете пластиковую деталь по образцу?
+
Да. Снимаем размеры с образца, материал определяем по назначению и внешним признакам: фторопласт белый, жирный на ощупь и тонет в воде, ПЭ-1000 легче воды, капролон жёсткий и звонкий. Если материал был выбран неудачно и деталь быстро изнашивалась, предложим более подходящий.
Нужна деталь из капролона или фторопласта?
Пришлите чертёж или образец и опишите условия работы — подберём материал, заложим правильные зазоры и изготовим от одной штуки до серии.
