komponenttien liittäminen toisiinsa turvallisella, luotettavalla ja materiaalien ominaisuuksia hyödyntävällä tavalla on yksi tärkeimmistä innovaatioalueista valmistavassa teollisuudessa. Yksi tällainen tekniikka on nimeltään press fit-menetelmä, joka perustuu kitkaan eikä vaadi juottamista, hitsausta tai osien työstämistä.

kuten näette myöhemmin, puristussyötöt ovat tarkimpia esimerkkejä kahden osan kiinnittämisestä yhteen. Vaikka ne tekevät erittäin vahvoja osia, tämä menetelmä ei ole aivan sopiva kaikkiin skenaarioihin. Lue eteenpäin, kun käsittelemme painokoneen istuvuuden perusteita ja määrittelemme painokoneen sietokyvyn.

mikä on press fit?

press fit, jota joskus kutsutaan interfort fit: ksi, on menetelmä, jossa yhdistetään kaksi kitkaan nojaavaa tiivistä osaa. Tämä on yksi suosituimmista kiinnitysmenetelmistä sovelluksissa, jotka vaativat kestävää sidosta ja täydellistä linjausta. Prosessi ei yleensä vaadi osien altistumista äärimmäiselle lämpötilalle, ei vaadi juottamista ja on yhteensopiva automatisoitujen järjestelmien kanssa.

missä tahansa press fit-sovelluksessa on kaksi soidinosaa, jotka liittyvät toisiinsa hyvin tiiviillä tavalla. Nämä kaksi pariutumisosaa voivat saada erilaisia muotoja. Yleisin esimerkki olisi akseli ja reikä, mutta paina sopii käytetään myös pienempiä komponentteja, kuten sähköpäätteet painetun piirilevyn (PCB). Puristin sopii liitoksiin, joissa on mukana sähkökomponentteja, koska osien tiivis istuvuus takaa luotettavasti johtavan kosketuksen.

mukana olevien suurten kitkavoimien vuoksi kahden liitososan yhteen puristaminen tapahtuu tyypillisesti hydraulisella tai pneumaattisella männällä. Tämä on hidas ja harkittu prosessi, jossa keskitytään enemmän linjaukseen kuin vaikutukseen.

Press fit-tekniikka on tullut laajaan käyttöön luotettavuutensa ja suhteellisen yksinkertaisuutensa vuoksi. Vaikka se vaatii erittäin tiukkoja mittauksia pariutumisosilta, voidaan parittelukomponenttien varsinainen suorittaminen yhdessä suorittaa jopa ilman poikkeuksellista taitotasoa.

miten press fit toimii

ymmärtääksemme, miten press fit toimii, meidän on ensin kuvattava kahden pariutumisosan fyysiset ominaisuudet. Perusesimerkin akselin ja reiän osalta on tärkeää ymmärtää, että reikä on hieman pienempi kuin akseli.

kun akselia painetaan reikään, Akselin materiaali käy läpi pienen puristuksen. Tämä saa akselin kohdistamaan normaalin voiman ruuman sisäpintaan. Samalla reikä painuu sisäänpäin, koska se myös käy läpi pienen laajenemisen akselin sisäänmenon vuoksi. Tämä normaali voima edistää suuren kitkavoiman syntymistä, joka pitää kaksi komponenttia yhdessä.

reiän ja akselin osien aiheuttaman normaalin voiman todellinen suuruus riippuu materiaalista, josta ne on valmistettu. Kovat metallit, kuten teräs, kestävät paremmin muodonmuutoksia ja aiheuttavat suuremman normaalin voiman. Toisaalta muovit ja pehmeä kumi tuottavat pienempiä normaalivoimia johtuen niiden taipumuksesta muodonmuutokseen.

lehdistön fit tolerance, josta keskustelemme tarkemmin myöhemmin, on mittari sille, kuinka paljon akseli on ”ylimitoitettu” reikään verrattuna. Tämä mittaa, kuinka paljon puristus tai laajennus, että materiaali on kestettävä, ja kuinka paljon normaalia voimaa ne aiheuttavat.

parhaat practices in designing press fits

kuten lähes missä tahansa teollisessa prosessissa tai tekniikassa, ei puristin sovi kaikkiin kiinnitystarpeisiin. Jos harkitset puristussyötön käyttöä, tässä muutama nyrkkisääntö:

materiaalin valinta ja yhteensopivuus

puristussyötön kiinnityskyky perustuu materiaalin kykyyn pitää yllä jatkuvaa normaalivoimaa reaktiona sen muodonmuutokseen. On kuitenkin olemassa materiaaleja, jotka luonnollisesti muuttavat muotoaan, kun niihin kohdistuu jatkuvaa voimaa tai” virtaa ” uuteen suuntautumiseen. Kun tämäntyyppisiä materiaaleja käytetään puristin sovi, niillä on taipumus menettää kitkaa ajan myötä, jolloin irtoaminen ote kiinnitettyjen osien.

pehmeät muovit, kuten nailon, polyuretaani ja polykarbonaatti, ovat hyviä esimerkkejä materiaaleista, jotka eivät sovellu puristuskuntoon. Tämä on myös syy, miksi useimmat muoviosat sen sijaan on ”snap fit” – liitäntä, joka perustuu lukitusmekanismiin eikä jatkuvaan jännitykseen.

ennakoi lämpötilavaihteluja

lähes kaikki materiaalit reagoivat samalla tavalla lämpötilan muutoksiin – kappaleet laajenevat kuumennettaessa ja supistuvat jäähdytettäessä. Se, missä määrin näitä ilmiöitä esiintyy, riippuu kuitenkin kyseisestä aineistosta. Esimerkiksi pala alumiinia laajenee suuremmalla marginaalilla, kun se altistetaan korkeille lämpötiloille verrattuna vastaavaan kumikappaleeseen.

tällä lämpölaajenemisen ja puristuskäyttäytymisen erolla on merkitystä, jos meillä on kahdesta eri materiaalista valmistettu puristuskuntoinen kokoonpano. Edellisen esimerkin mukaisesti alumiinireiän sisällä olevasta kumiakselista tehty kokoonpano saattaa menettää otteensa, kun se joutuu kovaan kuumuuteen.

selvyyden vuoksi on täysin hyväksyttävää liittää kaksi eri ainetta yhteen niin kauan kuin niitä ei tarvitse altistaa äärilämpötiloille tai niillä on samanlaiset lämpölaajenemiskertoimet.

osien linjaus on avain

puristussyötöillä yhdistettyjen osien linjaus on hyvin pieni toleranssi. Täysin kohdistetussa kokoonpanossa olisi oltava sisäiset voimat, jotka jakautuvat tasaisesti, varmistaen, että osat pysyvät koossa myös silloin, kun niihin kohdistuu voimakasta tärinää.

tästä syystä valmistajat ovat keksineet monia keinoja täydellisen linjauksen saavuttamiseksi. Oikea työkalut ja kiinnittäminen ovat kriittisiä tekijöitä tässä vaiheessa. Useimmat valmistajat suunnittelisivat pariutumisosat niin, että niissä olisi nystyröitä tai vastaavia ulokkeita ja painaumia. Näin varmistetaan, että osat pariutuvat täydellisesti ja virheisiin on vähän tilaa.

vaikka painokoneiden osien yhdistämiseen käytettävät hydrauliset tai pneumaattiset puristimet vaativat paljon tehoa, niitä käytetään tyypillisesti hyvin hitaasti. Tämä antaa liikkumavaraa osien uudelleenjärjestämiseksi, kun niitä painetaan yhteen. Ihannetapauksessa operaattorin väliintulo ei ole tarpeen, mutta se voidaan tehdä, jos tilanne sitä vaatii.

harkitse astutusosan kapenemista

yleinen strategia puristussyötön osia suunniteltaessa on karistaa akselin pää. Tätä kutsutaan viisteeksi ja se auttaa sekä osien kohdistamisessa että voiman tasaisessa jakautumisessa reiän ympärysmittaan. Osien yhteen puristaminen on myös helpompaa ja sujuvampaa lisäämällä viistettä, sillä puristusvoimat yleensä kasaantuvat vähitellen.

oikean puristustoleranssin määrittäminen

normaalin voiman suuruus riippuu myös siitä, kuinka suuri osa materiaalista tiivistyy tai laajenee kiinnittämisen jälkeen. Muista, että akseli on tyypillisesti hieman suurempi kuin reikä. Tämä ero mitat on mitä tyypillisesti kutsutaan ” press fit toleranssi.”Tämä on hyvin pieni määrä, tyypillisesti alle 1/1000 tuumaa.

soveltuvissa press fit tolerance-luvuissa otetaan huomioon sekä akselin että reiän mitat ja materiaali. Esimerkiksi kumiosat vaativat suuremman toleranssin, koska niillä on suurempi taipumus muodonmuutokseen. Toleranssi kasvaa myös osan koon kasvaessa, vaikka tämä suhde ei välttämättä ole lineaarinen.

valitettavasti laskelmat oikean toleranssin määrittämiseksi puristuskuntoiselle kokoonpanolle ovat kaikkea muuta kuin yksinkertaisia. Akselin ja reiän mittojen lisäksi myös viisteet akselin kummallakin puolella aiheuttavat arvojen muutoksen. Myös asennettavan osan suunniteltu käyttölämpötila on otettava huomioon.

Jos osa sisältää useamman kuin yhden tapin, toleranssia voidaan joutua säätämään ottaen huomioon käytettävän hydraulisen tai pneumaattisen puristimen suurin puristusvoima.

oikean puristustehon toleranssin laskemisen vaikeus on suurin haaste tällaisen teknologian sisällyttämisessä automatisoituun kokoonpanolinjaan. Jos sitä ei havaita, vääränlainen tai liian suuri toleranssi voi vahingoittaa joko asennettavaa osaa tai paineilmakonetta. Kun voimat ovat niin suuret, onnettomuus voi olla katastrofaalinen.

Shrink fit – vaihtoehto press fit: lle

huolimatta siitä, että se ei ole korvannut kaikkia mekaanisia liitäntöjä, on riittävä todiste siitä, että se ei ole täydellinen. Yksi suosituimmista vaihtoehdoista puristin sopii on kutistua sovi. Tällä menetelmällä jommankumman koottavan osan mitat muuttuvat lämmityksen tai jäähdytyksen avulla.

menetelmän ideana on lämpölaajenemisen avulla liittää kaksi osaa helpommin yhteen, jonka jälkeen ne tuodaan takaisin huoneenlämpöön. Suvaitsevaisuus on tässä tekniikassa edelleen kriittistä, mutta se on paljon anteeksiantavampaa. Se vähentää myös sitä voimaa, joka hydraulisen tai pneumaattisen puristimen on kohdistettava saadakseen nämä kaksi osaa yhteen.

tämän tekniikan haittapuolena on se, että se kestää kauemmin, koska osia joudutaan kuumentamaan tai jäähdyttämään äärilämpötiloihin. Mukana on myös paljon erikoislaitteita. Ennen kutistuskuntoon ryhtymistä metalliosat joko kuumennetaan jopa 300 °C: n lämpötilaan tai jäähdytetään nestemäisellä typellä. On varmasti hieman enemmän teknistä taitoa tarvitaan kaikki vuoksi kiinnitys kaksi osaa yhteen tavalla, joka on luotettavampi kuin paina sovi.

lopulliset ajatukset

päällisin puolin puristussovitus tuntuu hyvin yksinkertaiselta tavalta yhdistää kaksi komponenttia yhdeksi osaksi. Se on nopea, luotettava, eikä vaadi juotos tai koneistus. On kuitenkin niin monia asioita, jotka voivat mennä pieleen press fit assembly. Oikein tehty puristussovitus on vain esimerkki niin taidokkaasti valmistellusta prosessista, joka tehdään niin sujuvasti, että se näyttää helpolta.