Gesinterde tandwielen: poedermetallurgie en MIM-productie van tandwielen
Hydroforce vervaardigt net-shape gesinterde tandwielen via conventionele poedermetallurgie en metaalpoederspuitgieten (MIM): rechte tandwielen en tandwielen met schuine vertanding, kettingwielen, pomptandwielen en MIM-miniatuurtandwielen, geperst en gesinterd op onze eigen productielijn met einddichtheden tot 97% en toleranties van ±0,05 mm in gesinterde toestand tot ±0,02 mm voor MIM-onderdelen.
Wanneer een tandwielkast, pomp of actuator van prototype naar serieproductie gaat, verandert de kostenafweging bij de productie van tandwielen volledig. Elke tand frezen op een tandwielfreesmachine is het juiste antwoord voor grote, zwaar belaste reductortandwielen, en die route hebben wij beschreven in ons artikel over tandwielen op maat voor industriële reductoren. Maar voor kleine en middelgrote tandwielen die in duizenden stuks worden geproduceerd, is het direct persen en sinteren van het tandwiel in de eindvorm meestal sneller, beter herhaalbaar en aanzienlijk goedkoper. Dit artikel behandelt die tweede route: gesinterde tandwielen, gemaakt via poedermetallurgie (PM) en metaalpoederspuitgieten (MIM) op onze poedermetallurgielijn.
Waarom gesinterde tandwielen
Poedermetallurgie bouwt het tandwiel op uit metaalpoeder in een matrijs, in plaats van het uit een ruw werkstuk te verspanen. Het tandprofiel wordt gevormd door het persgereedschap zelf, zodat elk onderdeel dat de pers verlaat dezelfde geometrie heeft. Voor inkopers van tandwielen betekent dit concrete voordelen:
- Net-shape, zonder tanden te frezen. De evolvente wordt direct geperst. Tandwielfrezen, tandwielstoten en ontbramen verdwijnen grotendeels uit de productieroute.
- Tot 30% materiaalbesparing. Het poeder gaat in het onderdeel, niet in de spanen. Bij grote aantallen is dit een zichtbare post in de stuksprijs.
- Hoge herhaalbaarheid. Eén persgereedschap, één sintercyclus, duizenden identieke tandwielen. Procesbeheersing vervangt correctie per onderdeel.
- Complexe vormen in één cyclus. Combinatietandwielen, tandwielen met geïntegreerde nokken, naven, uitsparingen en asymmetrische lijfplaten worden zonder montagehandelingen geproduceerd.
- Stillere loop. De restporositeit van een gesinterd tandwiel dempt trillingen, een eigenschap die veel wordt benut in aandrijvingen in de automobielindustrie en in huishoudapparaten.
De keerzijde is de grootte en de belasting: poedermetallurgie komt het best tot haar recht bij kleine en middelgrote modules en een gemiddeld koppel. Waar een aandrijving een groot, inzetgehard en geslepen tandwiel nodig heeft, wint de route via verspanen, en wij bieden beide onder één dak.
Van poeder tot precisietandwiel: ons proces
Onze conventionele PM-route volgt de volgorde die in de hele tandwielindustrie is beproefd, met de procesvensters die wij op onze eigen apparatuur hanteren:
| Processtap | Wat er gebeurt | Belangrijkste parameters op onze lijn |
|---|---|---|
| Poedervoorbereiding | Staalpoeder gemengd met legeringselementen en smeermiddel | Koolstofstaal en gelegeerd staal, roestvast staal, koperlegeringen, titanium |
| Verdichten | Tandprofiel geperst in een stijve matrijs | Persdruk tot 800 MPa, groene dichtheid boven 95% |
| Sinteren | Metallurgische binding in een gecontroleerde atmosfeer | 1.100 tot 1.400 °C, aangehouden binnen ±5 °C, vacuüm, argon of stikstof |
| Kalibreren | Napersen voor een nauwkeurigere geometrie | Toleranties van ±0,05 mm na het sinteren, nauwer na het kalibreren |
| Warmtebehandeling | Harding waar de tekening dat vereist | Harden en ontlaten, inzetharden, oppervlakteharden |
| Afwerking | Alleen waar de toepassing dat vraagt | CNC-bewerking, slijpen van lagerzittingen en boringen |
Waar tandflanken extra belastbaarheid nodig hebben, worden de gangbare oplossingen in de sector – sinterharden, inzetharden en verdichten van de flank door walsen – toegepast volgens tekening, na beoordeling door onze engineers. Gebruikelijke dichtheden van gesinterde tandwielen liggen tussen 6,8 en 7,2 g/cm³ voor conventioneel geperste onderdelen; onze gecombineerde processen bereiken einddichtheden tot 97% wanneer de toepassing daarom vraagt.
MIM-tandwielen: miniatuur en complex
Voor tandwielen die te klein of te ingewikkeld zijn voor verdichten in een matrijs, zetten wij metaalpoederspuitgieten (MIM) in. Ultrafijne poeders kleiner dan 20 µm worden gemengd met een polymeerbindmiddel, gespuitgiet zoals een kunststof onderdeel, ontdaan van het bindmiddel en gesinterd tot een dicht metalen onderdeel:
- Einddichtheid boven 97%, dicht bij het gedrag van gewalst of gesmeed materiaal
- Standaardtoleranties van ±0,02 mm, gekalibreerde vormelementen tot ±0,01 mm
- Wanddikten vanaf 0,3 mm, oppervlaktekwaliteit Ra 0,4 µm zonder aanvullende afwerking
- Roestvast staal, gereedschapsstaal, titanium en superlegeringen
Dit is de route voor miniatuurplaneetwielen, interne pompdelen, medische aandrijfcomponenten en actuatoren voor elektronica, op dezelfde technologische basis die wij beschreven voor MIM- en PM-onderdelen voor sloten.
Tandwieltypen die wij produceren via PM en MIM
- Rechte tandwielen, het klassieke gesinterde tandwiel, van kleine pomprondsels tot aandrijvingen voor huishoudapparaten
- Tandwielen met schuine vertanding, met helixhoeken van doorgaans tot ongeveer 20°, geperst met roterend gereedschap
- Kettingwielen en riemschijven voor ketting- en riemaandrijvingen
- Pomptandwielen en gerotors voor oliepompen en hydraulische aggregaten, een toepassing die aansluit op onze hydraulische motoren en pompen
- Combinatietandwielen: tandwiel plus nok, tandwiel plus naaf, twee vertandingen in één geperst onderdeel
- MIM-miniatuurtandwielen voor actuatoren, sloten, medische en elektronische apparaten
Tandwielen met inwendige vertanding, segmenttandwielen en niet-standaardprofielen worden na beoordeling door onze engineers per tekening geoffreerd.
Gesinterd of verspaand? De juiste route kiezen
Omdat wij beide technologieën in huis hebben, adviseren wij klanten eerlijk over de keuze tussen beide. De korte versie:
| Criterium | Gesinterd tandwiel (PM/MIM) | Verspaand tandwiel |
|---|---|---|
| Partijgrootte | Vanaf duizenden stuks | Vanaf één stuk |
| Tandwielgrootte | Klein tot middelgroot, middelgrote module | Tot 2.000 mm diameter |
| Stuksprijs bij grote aantallen | Laag, minimaal materiaalverlies | Hoger, spaanafname |
| Gereedschap | Pers- of MIM-gereedschap vereist | Geen specifiek gereedschap |
| Weg naar nauwkeurigheid | In gesinterde toestand, gekalibreerd, eventueel nabewerkt in geharde toestand | Gefreesd en geslepen volgens kwaliteitsklassen van ISO 1328 |
| Typische toepassing | Pompen, huishoudapparaten, elektrisch handgereedschap, aandrijvingen in auto’s | Reductoren, zwaarbelastbare en grote aandrijvingen |
Veel van onze klanten gebruiken beide: gesinterde tandwielen voor de tandwieltrappen die in grote aantallen nodig zijn en verspaande tandwielen voor de zwaar belaste uitgaande trap. Eén leverancier, één kwaliteitssysteem, één verantwoordelijke partij.
Kwaliteitsborging
Elke tandwielopdracht doorloopt hetzelfde kwaliteitssysteem als de rest van onze productie: metallografische analyse van de gesinterde structuur, hardheidsmeting, controle van maten en profiel met een CMM Zeiss Contura en speciale tandwielmeetapparatuur, en verificatie van materiaalcertificaten. Hydroforce is gecertificeerd volgens ISO 9001:2015, met audits van TÜV en SGS die het systeem bevestigen.
Waarom Hydroforce voor gesinterde tandwielen
Poedermetallurgie bij Hydroforce is een eigen productielijn, geen ingekochte dienst: poedervoorbereiding, verdichten, sinteren, kalibreren, warmtebehandeling en verspanende nabewerking na het sinteren vinden allemaal onder één dak plaats. Wij begeleiden klanten van ontwerpaanpassing voor PM (ontvormhelling, dichtheidszones, geometrie van de tandvoet) via prototypen tot volledige serieproductie, waarbij de orderomvang in beide richtingen flexibel is.
Heeft u voor uw product tandwielen nodig in aantallen van duizenden stuks, dan is sinteren zeer waarschijnlijk de voordeligste route, en wij kunnen dat met cijfers aantonen aan de hand van uw eigen tekening.
Stuur uw tandwieltekening of een monster naar office@hydroforce.ee of gebruik het contactformulier. Onze engineers beoordelen de geometrie, adviseren PM, MIM of verspanen en offreren gereedschap en stuksprijs voor uw aantallen.