het samenvoegen van componenten op een veilige, betrouwbare manier en met gebruikmaking van materiaaleigenschappen is een van de belangrijkste innovatiegebieden in de verwerkende industrie. Een dergelijke techniek heet press fit – een methode die berust op wrijving en vereist geen solderen, lassen of bewerking van de onderdelen.

zoals u later zult zien, zijn press fits enkele van de meest nauwkeurige voorbeelden van het bevestigen van twee delen aan elkaar. Hoewel ze zeer sterke onderdelen maken, is deze methode niet precies geschikt voor alle scenario ‘ s. Lees verder als we behandelen de basisprincipes van pers past en definiëren pers fit tolerantie.

Wat is press fit?

een press fit, ook wel interferentie genoemd, is een methode om twee nauwsluitende delen die afhankelijk zijn van wrijving met elkaar te verbinden. Dit is een van de meest geprefereerde bevestigingsmethoden voor toepassingen die een blijvende binding en perfecte uitlijning vereisen. Het proces vereist doorgaans geen blootstelling van onderdelen aan extreme temperaturen, vereist geen solderen en is compatibel met geautomatiseerde systemen.

in elke press fit-toepassing zijn er twee parende delen die op een zeer strakke manier met elkaar verbonden zijn. Deze twee parende delen kunnen verschillende vormen aannemen. Het meest voorkomende voorbeeld zou een as en een gat, maar pers fits worden ook gebruikt voor kleinere componenten zoals de elektrische aansluitingen op een printplaat (PCB). Perspasvormen zijn ideaal voor verbindingen waarbij elektrische componenten betrokken zijn, omdat de Nauwe pasvorm van de onderdelen zorgt voor betrouwbaar geleidend contact.

vanwege de grote wrijvingskrachten die hierbij betrokken zijn, wordt het samenpersen van de twee parende delen meestal gedaan door een hydraulische of pneumatische zuiger. Dit is een langzaam en doelbewust proces dat meer gericht is op afstemming dan op impact.

Press fit-technologie wordt veel gebruikt vanwege de betrouwbaarheid en relatieve eenvoud. Hoewel het zeer veeleisende metingen van de parende delen vereist, kan de feitelijke uitvoering van parende componenten samen worden uitgevoerd, zelfs zonder een uitzonderlijk niveau van vaardigheid.

How a press fit works

om te begrijpen hoe press fit werkt, moeten we eerst de fysieke kenmerken van de twee parende delen beschrijven. Voor het basisvoorbeeld van een schacht en een gat is het van cruciaal belang om te beseffen dat het gat iets kleiner is dan de schacht.

wanneer de as in het gat wordt gedrukt, wordt het materiaal van de as licht samengedrukt. Hierdoor oefent de schacht een normale kracht uit op het binnenoppervlak van de hold. Tegelijkertijd drukt het gat naar binnen, omdat het ook door een lichte uitzetting gaat door het inbrengen van de as. Deze normale kracht draagt bij aan het genereren van een grote wrijvingskracht die de twee componenten bij elkaar houdt.

de werkelijke grootte van de normale kracht die door de delen van het gat en de as wordt uitgeoefend, hangt af van het materiaal waaruit zij zijn vervaardigd. Harde metalen, zoals staal, zijn beter bestand tegen vervorming en zullen een grotere normale kracht uitoefenen. Aan de andere kant zullen kunststoffen en zacht rubber kleinere normale krachten genereren vanwege hun neiging tot vervorming.

De press fit tolerantie, die we later meer in detail zullen bespreken, is een maat van hoeveel de as “over-sized” is in vergelijking met het gat. Dit meet de hoeveelheid compressie of uitzetting die het materiaal moet doorstaan, en hoeveel normale kracht ze uitoefenen.

Best practices in designing press fits

zoals met zowat elk industrieel proces of techniek, is een press fit geen allround oplossing voor alle bevestigingsbehoeften. Als u overweegt om press fits te gebruiken, zijn hier een paar vuistregels om in gedachten te houden:

materiaalkeuze en compatibiliteit

het bevestigingsvermogen van een press fit is afhankelijk van het vermogen van het materiaal om een constante normale kracht vast te houden als reactie op de vervorming. Er zijn echter materialen die van nature vervormen wanneer ze worden blootgesteld aan een constante kracht of “flow” in een nieuwe oriëntatie. Wanneer deze soorten materialen worden gebruikt in een pers pasvorm, hebben ze de neiging om wrijving te verliezen in de tijd, waardoor de grip van de bevestigde delen los.

zachte kunststoffen, zoals nylon, polyurethaan en polycarbonaat zijn goede voorbeelden van materialen die niet geschikt zijn om te persen. Dit is ook de reden waarom de meeste plastic onderdelen in plaats daarvan hebben een “snap fit” verbinding die berust op een vergrendelingsmechanisme in plaats van aanhoudende spanning.

anticiperen op temperatuurschommelingen

bijna alle materialen reageren op veranderingen in temperatuur – objecten breiden uit bij verhitting en krimpen bij afkoeling. De mate waarin deze verschijnselen zich voordoen zal echter afhangen van het materiaal in kwestie. Bijvoorbeeld, een stuk aluminium zal uitbreiden met een grotere marge bij blootstelling aan hoge temperaturen in vergelijking met een gelijkwaardig stuk rubber.

deze ongelijkheid in thermische uitzetting en compressie gedrag zal van belang zijn als we een press fit assemblage gemaakt van twee verschillende materialen. In een toelichting op ons vorige voorbeeld kan een assemblage gemaakt van een rubberen as in een aluminium gat uiteindelijk zijn grip verliezen wanneer het wordt blootgesteld aan extreme hitte.

om duidelijk te zijn, is het perfect aanvaardbaar om twee verschillende materialen samen te voegen, zolang ze ofwel niet hoeven te worden blootgesteld aan extreme temperaturen of vergelijkbare thermische uitzettingscoëfficiënten hebben.

deeluitlijning is sleutel

de uitlijning van onderdelen die zijn samengevoegd met behulp van persfits heeft een zeer kleine tolerantie. Een perfect uitgelijnde assemblage moet interne krachten hebben die gelijkmatig verdeeld zijn, zodat de onderdelen bij elkaar blijven, zelfs wanneer ze aan sterke trillingen worden blootgesteld.

om deze reden hebben fabrikanten veel middelen bedacht om een perfecte uitlijning te bereiken. De juiste tooling en fixering zijn kritische factoren in deze stap. De meeste fabrikanten zouden de parende delen ontwerpen om randen of overeenkomende paren van projecties en inkepingen te hebben. Dit zorgt ervoor dat onderdelen perfect samen zullen paren met weinig ruimte voor fouten.

hoewel de hydraulische of pneumatische persen die worden gebruikt voor het combineren van onderdelen voor persen veel vermogen vereisen, worden ze doorgaans zeer langzaam bediend. Dit geeft ruimte voor het opnieuw uitlijnen van de onderdelen als ze samen worden geperst. Idealiter is ingrijpen van de exploitant niet nodig, maar kan worden gedaan als de situatie dat vereist.

overweeg om het aansluitgedeelte af te bouwen

een gemeenschappelijke strategie bij het ontwerpen van onderdelen voor drukpasvormen is om het uiteinde van de schacht af te bouwen. Dit wordt een afschuining genoemd en helpt bij zowel de uitlijning van de delen als de gelijkmatige verdeling van kracht rond de omtrek van het gat. Het samenpersen van de delen wordt ook gemakkelijker en soepeler gemaakt door de toevoeging van een afschuining, omdat de drukkrachten de neiging hebben zich geleidelijk op te bouwen.

het bepalen van de juiste press fit tolerantie

De grootte van de normale kracht zal ook afhangen van hoeveel van het materiaal comprimeert of uitzet zodra het is bevestigd. Bedenk dat de schacht is meestal een beetje groter dan het gat. Dit verschil in afmetingen is wat meestal wordt aangeduid als de “pers fit tolerantie.”Dit is een zeer klein aantal, meestal minder dan 1/1000 van een inch.

bij de juiste cijfers voor de tolerantie voor persaansluiting wordt rekening gehouden met de afmetingen en het materiaal van zowel de as als het gat. Rubber onderdelen hebben bijvoorbeeld een hogere tolerantie nodig omdat ze een grotere neiging tot vervorming hebben. De tolerantie neemt ook toe met de toenemende grootte van het onderdeel, hoewel deze relatie niet noodzakelijkerwijs lineair is.

helaas zijn de berekeningen voor het bepalen van de juiste tolerantie voor een press fit assemblage verre van eenvoudig. Afgezien van de afmetingen van de as en het gat, inclusief afschuiningen aan weerszijden van de as zal ook leiden tot een verschuiving in de waarden. Ook moet rekening worden gehouden met de beoogde bedrijfstemperatuur van het onderdeel dat wordt geassembleerd.

indien een onderdeel meer dan één pen bevat, kan het nodig zijn de tolerantie bij te stellen met inachtneming van de maximale drukkracht van de te gebruiken hydraulische of pneumatische pers.

de moeilijkheid van het berekenen van de juiste pers fit tolerantie is de grootste uitdaging van het opnemen van dergelijke technologie in een geautomatiseerde assemblagelijn. Indien niet ontdekt, kan een verkeerd uitgelijnde pers of een pers met een te grote tolerantie het geassembleerde onderdeel of de pneumatische pers beschadigen. Met de omvang van de krachten die erbij betrokken zijn, kan zo ‘ n ongeluk catastrofaal zijn.

Shrink fit-een alternatief voor press fit

ondanks de vele voordelen van press fits, is het feit dat het niet alle mechanische verbindingen heeft vervangen voldoende bewijs dat het niet perfect is. Een van de meer populaire alternatieven voor een pers fit is een krimp pasvorm. Bij deze methode worden de afmetingen van een van de twee onderdelen die worden geassembleerd gewijzigd door verwarming of koeling.

het idee achter de methode is om thermische uitzetting te gebruiken om de twee delen gemakkelijker samen te voegen, waarna ze weer op kamertemperatuur worden gebracht. Tolerantie is nog steeds kritisch in deze techniek, maar is veel meer vergevingsgezind. Het vermindert ook de kracht die een hydraulische of pneumatische pers moet uitoefenen om de twee delen samen te brengen.

het nadeel van deze techniek is dat het langer duurt omdat de onderdelen moeten worden opgewarmd of afgekoeld tot extreme temperaturen. Er is ook een ton van specialises apparatuur betrokken. Voordat een krimpfitting kan worden uitgevoerd, worden metalen onderdelen verwarmd tot temperaturen tot 300 °C of afgekoeld met vloeibare stikstof. Er is zeker een beetje meer technische vaardigheid nodig om de twee delen aan elkaar te bevestigen op een manier die betrouwbaarder is dan een pers fit.

Final thoughts

op het oppervlak lijkt een “press fit” een heel eenvoudige manier om twee componenten samen te voegen om een enkelvoudig deel te maken. Het is snel, betrouwbaar en vereist geen solderen of bewerking. Er zijn echter zoveel dingen die mis kunnen gaan met een pers fit assemblage. Een goed uitgevoerde pasvorm is slechts een illustratie van een proces dat zo ingewikkeld is voorbereid en zo soepel wordt gedaan dat het er gemakkelijk uitziet.