Articles

Forståelse Press Fit Og Press Fit Tolerance

3D Insider understøttes af annoncer og tjener penge på klik, provisioner fra salg og andre måder.

sammenføjning af komponenter på en måde, der er sikker, pålidelig og udnytter materialegenskaber, er et af de primære områder inden for innovation i fremstillingsindustrien. En sådan teknik kaldes press fit – en metode, der er afhængig af friktion og kræver ingen lodning, svejsning eller bearbejdning af delene.

som du vil se senere, er trykpasninger nogle af de mest præcise eksempler på fastgørelse af to dele sammen. Selvom de laver meget stærke dele, er denne metode ikke ligefrem egnet til alle scenarier. Læs videre, da vi dækker det grundlæggende i pressetilpasninger og definerer pressetilpasningstolerance.

hvad er press fit?

press fit på PCB

en press fit, undertiden kendt som en interferenspasning, er en metode til sammenføjning af to tætsiddende dele, der er afhængige af friktion. Dette er en af de mest foretrukne fastgørelsesmetoder til applikationer, der kræver en varig binding og perfekt justering. Processen kræver typisk ikke eksponering af dele for ekstrem temperatur, kræver ingen lodning og er kompatibel med automatiserede systemer.

i enhver press fit-applikation er der to parringsdele, der går sammen på en meget stram måde. Disse to parringsdele kan tage forskellige former. Det mest almindelige eksempel ville være en aksel og et hul, men pressepasninger bruges også til mindre komponenter såsom de elektriske terminaler på et printkort (PCB). Pressetilpasninger er ideelle til samlinger, der involverer elektriske komponenter, da den tætte pasform af delene sikrer pålidelig ledende kontakt.

på grund af de involverede store friktionskræfter udføres presning af de to parringsdele typisk af et hydraulisk eller pneumatisk stempel. Dette er en langsom og bevidst proces, der er mere fokuseret på tilpasning end påvirkning.

Press fit-teknologi er blevet meget udbredt på grund af dens pålidelighed og relative enkelhed. Selvom det kræver meget krævende målinger på parringsdelene, kan den faktiske udførelse af parringskomponenter sammen udføres selv uden et usædvanligt niveau af dygtighed.

Sådan fungerer en press fit

for at forstå, hvordan press fit fungerer, skal vi først beskrive de fysiske egenskaber ved de to parringsdele. For det grundlæggende eksempel på en aksel og et hul er det afgørende at indse, at hullet er lidt mindre end akslen.

når akslen presses ind i hullet, gennemgår akselmaterialet en lille kompression. Dette får akslen til at udøve en normal kraft på holdets indre overflade. Samtidig presser hullet indad, da det også går gennem en lille udvidelse på grund af indsættelsen af akslen. Denne normale kraft bidrager til dannelsen af en stor friktionskraft, der holder de to komponenter sammen.

den faktiske størrelse af den normale kraft, der udøves af hul-og akselkomponenterne, afhænger af det materiale, de er fremstillet af. Hårde metaller, såsom stål, er mere modstandsdygtige over for deformation og vil udøve en større normal kraft. På den anden side vil plast og blødt gummi generere mindre normale kræfter på grund af deres tilbøjelighed til deformation.

pressetilpasningstolerancen, som vi vil diskutere mere detaljeret senere, er et mål for, hvor meget akslen er “overdimensioneret” sammenlignet med hullet. Dette måler mængden af kompression eller ekspansion, som materialet skal udholde, og hvor meget normal kraft de udøver.

Best practices in design press fits

som med næsten enhver industriel proces eller teknik er en press fit ikke en allround løsning til alle fastgørelsesbehov. Hvis du overvejer at bruge pressetilpasninger, er her et par tommelfingerregler, du skal huske på:

materialevalg og kompatibilitet

fastgørelsesevnen for en pressepasning er afhængig af materialets evne til at holde en konstant normal kraft som en reaktion på dens deformation. Der er dog materialer, der naturligt deformeres, når de udsættes for en konstant kraft eller “strømning” til en ny orientering. Når disse typer materialer anvendes i en pressepasning, har de en tendens til at miste friktion over tid og derved løsne grebet på de fastgjorte dele.

blød plast, såsom nylon, polyurethan og polycarbonat er gode eksempler på materialer, der ikke er egnede til prespasning. Dette er også grunden til, at de fleste plastdele i stedet har en “snap fit” – forbindelse, der er afhængig af en låsemekanisme snarere end vedvarende spænding.

forvent temperaturvariationer

tryk på fit

næsten alle materialer reagerer på samme måde som ændringer i temperatur – objekter udvides, når de opvarmes og trækkes sammen, når de afkøles. Imidlertid afhænger graden af disse fænomener af det pågældende materiale. For eksempel vil et stykke aluminium udvides med en større margin, når det udsættes for høje temperaturer sammenlignet med et tilsvarende stykke gummi.

denne forskel i termisk ekspansion og kompressionsadfærd vil have betydning, hvis vi har en press fit-samling lavet af to forskellige materialer. Forklarer på vores tidligere eksempel, en samling lavet af en gummiaksel inde i et aluminiumshul kan ende med at miste grebet, når det udsættes for ekstrem varme.

for at være klar er det helt acceptabelt at forbinde to forskellige materialer sammen, så længe de enten ikke behøver at blive udsat for ekstreme temperaturer eller har lignende varmeudvidelseskoefficienter.

Deljustering er nøglen

justeringen af dele, der er sammenføjet ved hjælp af pressepasninger, har meget lille tolerance. En perfekt justeret samling skal have interne kræfter, der er jævnt fordelt, hvilket sikrer, at delene forbliver holdt sammen, selv når de udsættes for stærke vibrationer.

af denne grund er producenterne kommet med mange midler til at opnå perfekt justering. Korrekt værktøj og fastgørelse er kritiske faktorer i dette trin. De fleste producenter ville designe de parrende dele til at have knurls eller matchende par fremspring og fordybninger. Dette sikrer, at dele passer perfekt sammen med lidt plads til fejl.

selvom de hydrauliske eller pneumatiske presser, der bruges til at kombinere dele til pressepasninger, kræver meget strøm, betjenes de typisk meget langsomt. Dette giver mulighed for omstilling af delene, når de presses sammen. Ideelt set er operatørintervention ikke nødvendig, men kan gøres, hvis situationen kræver det.

overvej tilspidsning af parringsdelen

en almindelig strategi ved design af dele til pressepasninger er at tilspidse enden af skaftet. Dette kaldes en affasning og hjælper med både justeringen af delene og den jævne fordeling af kraft omkring hullets omkreds. Presning sammen af delene gøres også lettere og glattere ved tilsætning af en affasning, da kompressionskræfterne har tendens til at opbygges mere gradvist.

bestemmelse af den korrekte pressetilpasningstolerance

størrelsen af normal kraft afhænger også af, hvor meget af materialet komprimerer eller udvides, når de er fastgjort. Husk at akslen typisk er lidt større end hullet. Denne forskel i dimensioner er det, der typisk kaldes “press fit tolerance.”Dette er et meget lille antal, typisk mindre end 1/1000 af en tomme.

de relevante tal for pressetilpasningstolerance tager hensyn til dimensioner og materiale på både skaftet og hullet. For eksempel vil gummidele kræve en højere tolerance, da de har en større tilbøjelighed til deformation. Tolerancen øges også med stigende størrelse på delen, selvom dette forhold muligvis ikke nødvendigvis er lineært.

desværre er beregningerne til bestemmelse af den korrekte tolerance for en press fit-samling langt fra ligetil. Bortset fra dimensionerne af akslen og hullet, herunder affasninger på hver side af akslen vil også medføre et skift i værdierne. Den tilsigtede driftstemperatur for den del, der samles, skal også overvejes.

Hvis en del indeholder mere end en stift, kan tolerancen muligvis også justeres under hensyntagen til den maksimale trykkraft for den hydrauliske eller pneumatiske presse, der vil blive brugt.

vanskeligheden ved at beregne korrekt pressetilpasningstolerance er den største udfordring ved at inkludere sådan teknologi i en automatiseret samlebånd. Hvis det ikke opdages, kan en forkert justeret pressetilpasning eller en med for stor tolerance beskadige enten den del, der samles, eller den pneumatiske presse. Med størrelsen af de involverede kræfter kan en sådan ulykke være ret katastrofal.

Shrink fit – et alternativ til press fit

På trods af de mange fordele ved press passer, det faktum, at det ikke har erstattet alle mekaniske forbindelser er bevis nok, at det ikke er perfekt. Et af de mere populære alternativer til en pressepasning er en krympepasning. Med denne metode ændres dimensionerne af en af de to dele, der samles, via opvarmning eller afkøling.

ideen bag metoden er at bruge termisk ekspansion til lettere at forbinde de to dele sammen, hvorefter de bringes tilbage til stuetemperatur. Tolerance er stadig kritisk i denne teknik, men er meget mere tilgivende. Det mindsker også den kraft, som en hydraulisk eller pneumatisk presse skal udøve for at bringe de to dele sammen.

ulempen ved denne teknik er, at det tager længere tid på grund af at skulle varme op eller afkøle delene til ekstreme temperaturer. Der er også masser af specialiseret udstyr involveret. Før en krympepasning kan udføres, opvarmes metaldele enten til temperaturer på op til 300 liter C eller afkøles med flydende nitrogen. Der er helt sikkert en smule mere teknisk færdighed, der er nødvendig for at fastgøre de to dele sammen på en måde, der er mere pålidelig end en pressepasning.

Endelige tanker

på overfladen virker en pressepasning som en meget enkel måde at samle to komponenter på for at skabe en enestående del. Det er hurtigt, pålideligt og kræver ikke lodning eller bearbejdning. Der er dog så mange ting, der kan gå galt med en press fit-samling. En korrekt udført pressetilpasning er bare en illustration af en proces, der er blevet så kompliceret forberedt, at den udføres så glat, at den ser let ud.