Dasar Manufaktur Gear: Panduan Ahli untuk Proses Produksi Gear

Konsep gear sudah ada sejak lama karena mereka adalah salah satu komponen mekanis tertua yang masih relevan hingga sekarang. Baik di industri otomotif, sektor penerbangan dan angkasa, mesin industri apa pun, atau sesuatu sederhana seperti jam. Gear diperlukan di mana-mana dan mungkin Anda ingin mempelajari tentang manufaktur gear.

Jadi, pertanyaannya adalah bagaimana gear diproduksi.

Preface: Proses Manufaktur Gear

Tidak ada satu proses tunggal untuk manufaktur gear karena mereka memerlukan proses yang berbeda tergantung pada jenis dan aplikasi.

Secara umum, gear bekerja dalam kondisi yang sangat menegangkan karena transmisi daya (tujuan aktual dari gear) memiliki beberapa persyaratan. Pertama, gear harus dalam kondisi sempurna. Lalu, mereka harus selalu dapat diandalkan, memiliki residual stress minimal, dan sedikit hingga tidak ada kemungkinan propagasi retak. 

Secara alami, semua persyaratan ini sangat sulit untuk dipenuhi. Namun, tidak ada yang bisa menyangkal pentingnya. Itulah mengapa produksi gear adalah bidang yang sangat spesialisasi dengan toleransi yang terbatas dan ruang untuk kesalahan.

Artikel ini akan mengembalikan Anda ke dasar-dasar manufaktur gear tentang bahan umum untuk gear industri, proses yang menyiapkan gear, dan bagaimana gear dapat menahan beban semua itu tanpa gagal.

Jenis Gear Umum dan Aplikasinya

Sebelum melanjutkan ke detail tentang gear cutting dan proses manufaktur, penting untuk melihat dasar-dasar. Mereka adalah berbagai jenis gear dan aplikasi serta keuntungannya.

Aplikasi, parameter performa, dan banyak faktor lainnya memainkan peran penting dalam jenis gear yang Anda gunakan. Ada beberapa cara untuk mengkarakterisasi jenis gear, tetapi yang terbaik dan paling relevan dari perspektif manufaktur gear adalah melalui profil gigi mereka.

Berikut adalah 5 jenis gear yang akan Anda temui.

Spur gears

Gambarkan gambar kasar tentang bagaimana gear tampak dalam pikiran Anda. Ada kemungkinan tinggi bahwa Anda sedang memikirkan gear dengan gigi lurus. Itulah persis bagaimana tampaknya spur gear.

Spur gear adalah jenis gear yang paling umum dan memiliki banyak aplikasi di pembangkit listrik, komponen penerbangan, mesin industri, dan banyak lagi. Gigi lurus adalah yang paling mudah untuk diproduksi dan tahan kecepatan tinggi serta beban tinggi. Namun, mereka menghasilkan banyak kebisingan dan tidak cocok untuk aplikasi di mana Anda juga membutuhkan operasi yang mulus.

Selain itu, spur gears dapat bersarang dengan gear lain dari jenis yang sama dan gear internal/eksternal. Anda akan menemukan spur gears dalam banyak mekanisme gigi seperti pengaturan rack/pinion sederhana atau sistem gear planet.

Kesederhanaan mereka berarti lebih mudah bagi Anda untuk membuatnya. Oleh karena itu, Anda akan menemukan lebih mudah untuk menjaga presisi selama produksi gear. Spur gears juga memiliki sedikit hingga tidak ada axial load, jadi mereka cukup efisien untuk gear train di mana Anda ingin meminimalkan kerugian mekanis.

Helical gears

Helical gears cukup mirip dengan spur gears tetapi mereka datang dengan gigi yang dilingkari di sekitar badan silinder. Kualitas ini memungkinkan mereka untuk bekerja dengan sumbu paralel dan non-parallel dengan mudah. Namun, pairing mereka hanya berfungsi dengan gear helical lain dengan helix angle yang sama (sudut twis dari silinder asli).

Sebagian besar aplikasi helical gears sama dengan spur gears. Namun, gigi yang berdiri memainkan peran besar dalam mengurangi beban tabrakan dan membuat operasi lebih mulus. Ini berarti lebih sedikit kebisingan juga tetapi dengan biaya efisiensi. Relatif terhadap spur gears, gear train helical akan memiliki lebih banyak kerugian dan juga akan membutuhkan thrust bearings karena bentuknya.

Dari perspektif manufaktur, helical gears lebih sulit daripada spur gears. Helix angles cukup sulit direplikasi dengan rentang toleransi yang dapat diterima yang rendah. Selain itu, biaya manufaktur dan kemudian penambahan elemen axial lainnya membuat mereka cocok untuk operasi terbatas.

Bevel gears

Bevel gears bukan gear silinder standar Anda. Mereka datang pada permukaan kerucut yang memungkinkan Anda untuk mengubah arah transmisi pada sumbu yang bersimpang. Secara umum, bevel gears bekerja dengan sudut 90⁰. Namun, Anda dapat menggunakannya pada konfigurasi lain juga.

Berikut adalah beberapa jenis bevel gears umum yang dapat Anda temukan dalam berbagai aplikasi.

• Straight bevel gears
• Spiral bevel gears
• Miter gears
• Crown gears
• Hypoid gears

Worm gears

Sistem worm gear adalah kombinasi dari dua komponen. Seorang worm wheel dan gear berbentuk baut. Mereka terutama digunakan di penerbangan, mesin industri, elevator, dan stering mobil.

Pengaturan worm wheel tidak menawarkan banyak kecepatan atau efisiensi. Namun, ini menawarkan karakteristik unik yang diperlukan untuk mekanisme self-locking. Dalam banyak kasus, worm dapat memutar roda, namun sebaliknya tidak dapat terjadi karena sudut gear. Selain itu, hal penting lain yang harus diperhatikan adalah worm-wheel gears memiliki banyak gesekan dan mungkin memerlukan gesekan berkelanjutan untuk beroperasi dengan baik.

Rack and pinion

Sistem rack and pinion adalah kombinasi lain yang terutama bekerja untuk mentransfer gerakan rotasi ke linear dan sebaliknya. Gigi gear dapat bersarang dengan gigi spur dan helical, jadi Anda dapat bekerja pada sumbu paralel dan pada sudut. Beberapa aplikasi paling umum dari sistem ini ada dalam sistem mobil, timbangan skala, dan sistem serupa lainnya.  

Bahan yang Digunakan untuk Membuat Gear

Tid ada pembatasan bahan ketika berkaitan dengan gear. Yang paling awal terbuat dari kayu, dan Anda dapat menemukan gear dengan berbagai bahan di seluruh industri. Dari gear skala industri besar dari baja atau besi cor hingga gear plastik kecil dalam mainan. Kombinasi bahan tak terbatas.

Namun, hal-hal berikut paling banyak digunakan dalam manufaktur gear dan proses pembentukan gear:

• Cast iron
• Steel
• Bronze
• Plastics

Gear memiliki kriteria yang sangat spesifik untuk pemilihan bahan. Bergantung pada aplikasi, bahan apa pun yang Anda pilih harus memiliki kekuatan tarik dan daya tahan yang sesuai.

Selain itu, koefisien gesekan adalah pertimbangan lain karena gear memerlukan kontak konstan. Akhirnya, Anda juga harus memilih bahan yang mudah diproses. Bahan yang kuat dengan kemampuan produksi yang rendah akan lebih sulit ditangani karena manufaktur gear memerlukan presisi dan akurasi ekstrim.

Bahan-bahan yang disebutkan di atas datang dengan keseimbangan sempurna dari properti-properti ini untuk aplikasinya. Itulah mengapa Anda akan biasanya melihatnya dalam sebagian besar gear yang Anda jumpai.

RapidDirect dapat menawarkan semua bahan ini yang digunakan dalam proses manufaktur gear. Unggah file desain Anda untuk mendapatkan penawaran untuk proyek gear Anda.

Proses Manufaktur Gear Umum

Produksi gear cukup rumit karena presisi yang dimintanya. Hari ini, manufaktur gear adalah industri itu sendiri yang bergantung pada banyak proses, baik tradisional maupun modern, untuk memastikan keseimbangan yang tepat antara biaya, kualitas, dan operasi.

Berikut adalah daftar proses pemotongan dan manufaktur gear umum beserta keuntungan dan kerugian yang terlihat dari mereka.

1 – Casting

Casting adalah proses yang lebih sederhana yang terutama digunakan untuk menyiapkan blank atau silinder untuk gear, sementara gigi disiapkan melalui machining. Namun, ini adalah proses manufaktur gear yang layak untuk keseluruhan untuk banyak aplikasi karena kemampuan produksi massal dan kemudahannya relatif.

Ada, namun, satu area di mana casting adalah metode manufaktur yang paling disukai di industri. Itu adalah produksi gear yang sangat besar. Metode machining dan metode pembentukan gear lainnya tidak begitu layak dalam kasus diameter besar. Secara umum, gear besar hampir selalu jenis spur gear. Jadi, kesederhanaan relatifnya membuat casting menjadi opsi yang sangat baik.

Metode cetak terumpuk, cetak matri, cetak pasir, dan cetak cetakan permanen adalah yang paling umum untuk produksi gear. Metode lain memiliki penggunaan terbatas dalam beberapa aplikasi. Namun, yang disebutkan di atas adalah yang paling umum di industri.

2 – Forging

Ini adalah proses pembentukan lain yang dapat memberikan Anda blank dan gear yang siap tergantung pada persyaratan Anda. Forging cukup layak dalam kasus di mana Anda memiliki gear yang relatif sederhana.

Secara teori, forging adalah proses manufaktur gear yang sangat baik untuk aplikasi beban berat karena alasan sederhana. Forging memerlukan treatment panas, yang berarti gear yang dihasilkan akan memiliki properti fatigue yang lebih baik. Namun, gaya besar yang diperlukan untuk proses forging membatasi ukuran dan tipisnya proses ini.  

Secara umum, foring berfungsi baik untuk gear dengan diameter 6 – 10 kaki. Bergantung pada jenis forging misalnya precision forging, Anda mungkin atau mungkin tidak perlu memachine gear di akhir.

3 – Extrusion dan cold-drawing

Ini adalah proses pembentukan gear lain yang serbaguna dan lebih sederhana. Faktanya, extrusion memiliki pengeluaran alat yang lebih rendah tetapi itu tidak berarti itu adalah proses paling hemat biaya.

Extrusion, seperti namanya, adalah proses melewati profil logam yang dipanaskan melalui bentuk yang telah ditentukan lebih kecil. Hasilnya, Anda mendapatkan batang dengan bentuk yang Anda inginkan dengan permukaan luar yang keras dan halus.

Proses cold drawing sangat mirip dengan extrusion. Ada dua perbedaan. Extrusion mendorong blank melalui die sedangkan drawing menariknya. Perbedaan lain adalah suhu. Cold drawing tidak memanaskan billet. Dengan demikian meningkatkan properti mekanis dengan biaya.  

4 – Powder metallurgy

Powder metallurgy adalah proses lanjutan yang telah mencapai kemajuan signifikan dalam beberapa tahun terakhir. Hari ini, itu digunakan untuk banyak proses manufaktur termasuk produksi gear. 

Jadi, bagaimana powder metallurgy bekerja? Dari luar, itu cukup sederhana. Namun, ada banyak detail yang terlibat.

Semua dimulai dengan serbuk logam. Langkah pertama adalah mengambil semua serbuk dan memberikan bentuk akhir yang Anda inginkan. Setelah Anda selesai, langkah berikutnya memastikan bahwa seluruh setup cukup kompak karena akan menghasilkan properti mekanis yang lebih baik. Panaskan seluruh setup dengan hati-hati dan Anda selesai.

Powder metallurgy sangat efisien, sederhana, dan layak untuk kuantitas besar. Anda tidak perlu khawatir tentang post-processing apapun serta produk akan siap digunakan. Namun, gear yang dihasilkan tidak dapat menahan beban yang terlalu besar dan ada keterbatasan ukuran juga.

Selain itu, biaya awal untuk setup powder metallurgy apapun cukup tinggi, yang membuatnya tidak layak untuk produksi volume rendah.  

5 – Blanking

Blanking adalah proses yang sangat mirip dengan extrusion tetapi memiliki kemampuan 3-dimensi yang terbatas. Proses pembentukan gear ini menggunakan lem logam untuk menciptakan bentuk yang diinginkan dengan bantuan banyak die. Anda dapat memproduksi berbagai jenis gear dengan proses blanking. Namun, spur gears memberikan hasil terbaik.

Hari ini, proses blanking untuk produksi gear digunakan oleh banyak industri untuk aplikasi ringan. Misalnya, peralatan kantor, hidrolik, peralatan medis kecil, dan aplikasi lain dengan persyaratan beban rendah.  

6 – Gear Machining

Machining adalah salah satu proses manufaktur gear yang paling umum karena keversatannya. Machining tradisional cukup umum untuk pemotongan dan manufaktur gear tetapi kemajuan CNC machining telah mendorong popularitasnya.

Berikut 4 metode pemotongan gear yang paling umum di seluruh industri.  

Hobbing

Hobbing menggunakan alat pemotongan kerucut yang disebut hob. Tanto hob dan workpiece berputar saat hob berputar di sekitar gear blank. Sejauh ini, gear spur dan helical eksternal adalah satu-satunya produk yang dapat Anda buat dari hobbing.

Proses ini cukup serbaguna dan cepat. Anda juga dapat meningkatkan tingkat produksi dengan memproses beberapa tumpukan sekaligus. Namun, ini memerlukan keterampilan dan presisi lebih.

Shaping

Shaping adalah proses pemotongan dan manufaktur gear lanjutan yang mengembangkan gear yang tidak dapat ditangani oleh Hobbing. Cutter dapat berupa bentuk apa pun seperti pinion, rack-shape, atau single-point shape. Tampaknya cukup mirip dengan gear dan bekerja dengan memotong blank pada bentuk yang Anda inginkan. Anda dapat membuat gear internal atau cluster dengan proses shaping.   

Broaching

Broaching mungkin adalah metode gear form-cutting tercepat. Ini bergantung pada alat multi-gigi dengan cutter yang tertanam yang lebih dalam dari pendahulunya. Ini menghasilkan potongan kecil, bertahap yang lebih mudah dibuat dan dengan cepat memberi Anda bentuk yang diperlukan tanpa mengorbankan presisi.

Proses manufaktur gear ini biasanya untuk gear internal tetapi Anda dapat menggunakannya untuk membuat gigi eksternal juga. Untuk itu, Anda akan membutuhkan alat khusus untuk pot broaching yang memungkinkan Anda untuk mereplikasi presisi dan efisiensi yang sama.

Milling

Ini adalah metode pemotongan gear dasar di mana Anda membuat gigi gear individu secara berurutan. Ini adalah proses yang cukup serbaguna, terutama ketika Anda melibatkan mesin CNC milling. Sementara Anda dapat membuat jenis gear apa pun pada mesin milling, presisi metode ini masih banyak yang diinginkan. Itulah mengapa milling tidak umum seperti dulu.

Namun, perkembangan terbaru di domain CNC dan multi-axis telah mengubah hal-hal. Manufaktur gear pada mesin milling semakin umum. Jadi, hal-hal akan menjadi lebih baik seiring waktu.   

Post-processing Manufaktur Gear

Bergantung pada metode manufaktur gear yang Anda gunakan, gear Anda akan membutuhkan beberapa post-processing sebelum siap 100%. Post-processing itu dapat bervariasi dari treatment panas untuk karakteristik fatigue yang ditingkatkan hingga koreksi dimensi dan finishing permukaan.

Berikut adalah 5 proses finishing permukaan yang paling umum yang umum dalam produksi gear.

• Grinding: Seperti namanya, grinding adalah proses finishing permukaan umum yang memberi Anda finishing halus di seluruh permukaan. Anda dapat melakukannya secara intermiten atau terus-menerus, dan itu tidak akan mempengaruhi hasil.
• Lapping: Proses ini untuk gear yang sensitif di mana Anda memerlukan presisi ekstrim. Lapping menggunakan partikel abrasif kecil untuk mengurapkan permukaan pada kecepatan rendah atau sedang.
• Honing: Ini adalah proses umum lainnya yang memoles permukaan dan membuatnya halus. Selain itu, Anda juga dapat memperbaiki beberapa kesalahan kecil dalam geometri gigi Anda.
• Shaving: Proses ini menghapus lapisan tipis sekali dari permukaan untuk mencapai profil halus. Shaving umumnya mahal, jadi jarang digunakan dalam produksi gear.
• Burnishing: Pada intinya, burnishing adalah proses menggunakan kompresi untuk mengurapkan permukaan.

Hubungi RapidDirect untuk Layanan Manufaktur Gear Terbaik

Manufaktur gear adalah bidang yang sangat spesialisasi yang memerlukan presisi dan akurasi ekstrim. Gear adalah komponen penting untuk setiap sistem mekanis dan bahkan kekurangan manufaktur terkecil dapat memiliki konsekuensi yang berdampak besar. Oleh karena itu, Anda perlu hati-hati tentang layanan yang Anda pilih.

RapidDirect adalah layanan yang bersertifikat ISO dengan tim yang paling berpengalaman yang memberikan performa terbaik dengan harga paling kompetitif. Kami menawarkan layanan state-of-the-art yang memberikan Anda yang terbaik ketika berkaitan dengan manufaktur gear. 

Dari gear besar untuk mesin industri hingga komponen terkecil untuk aplikasi niche apa pun, RapidDirect menawarkan kombinasi yang tepat dari keterampilan, pengalaman, dan kualitas yang Anda butuhkan. Hubungi kami hari ini dan dapatkan penawaran awal dalam hitungan jam.