Unire i componenti in modo sicuro, affidabile e sfruttando le proprietà dei materiali è una delle principali aree di innovazione nelle industrie manifatturiere. Una di queste tecniche è chiamata press fit, un metodo che si basa sull’attrito e non richiede saldatura, saldatura o lavorazione delle parti.

Come si vedrà più avanti, premere fits sono alcuni degli esempi più precisi di fissaggio due parti insieme. Anche se fanno parti molto forti, questo metodo non è esattamente adatto a tutti gli scenari. Continua a leggere mentre copriamo le basi di press fits e definiamo press fit tolerance.

Che cosa è premere fit?

Un press fit, a volte noto come interferenza fit, è un metodo di unione di due parti aderenti che si basano sull’attrito. Questo è uno dei metodi di fissaggio più preferiti per le applicazioni che richiedono un legame duraturo e un allineamento perfetto. Il processo in genere non richiede l’esposizione di parti a temperature estreme, non richiede alcuna saldatura ed è compatibile con sistemi automatizzati.

In qualsiasi applicazione press fit, ci sono due parti di accoppiamento che si uniscono in modo molto stretto. Queste due parti di accoppiamento possono assumere forme diverse. L’esempio più comune sarebbe un albero e un foro, ma gli attacchi di stampa sono utilizzati anche per componenti più piccoli come i terminali elettrici su un circuito stampato (PCB). I raccordi a pressare sono ideali per giunti che coinvolgono componenti elettrici poiché la stretta aderenza delle parti garantisce un contatto conduttivo affidabile.

A causa delle grandi forze di attrito coinvolte, la pressatura delle due parti di accoppiamento viene tipicamente eseguita da un pistone idraulico o pneumatico. Questo è un processo lento e deliberato che si concentra più sull’allineamento che sull’impatto.

Press fit tecnologia è diventato ampiamente utilizzato a causa della sua affidabilità e relativa semplicità. Sebbene richieda misurazioni molto impegnative sulle parti di accoppiamento, l’effettiva esecuzione dei componenti di accoppiamento insieme può essere eseguita anche senza un livello eccezionale di abilità.

Come funziona una pressa

Per capire come funziona la pressa, dobbiamo prima descrivere le caratteristiche fisiche delle due parti di accoppiamento. Per l’esempio di base di un albero e un foro, è fondamentale rendersi conto che il foro è leggermente più piccolo dell’albero.

Quando l’albero viene premuto nel foro, il materiale dell’albero subisce una leggera compressione. Ciò induce l’albero ad esercitare una forza normale sulla superficie interna della presa. Allo stesso tempo, il foro preme verso l’interno, poiché passa anche attraverso una leggera espansione a causa dell’inserimento dell’albero. Questa forza normale contribuisce alla generazione di una grande forza di attrito che tiene insieme i due componenti.

L’entità effettiva della forza normale esercitata dai componenti del foro e dell’albero dipende dal materiale di cui sono fatti. I metalli duri, come l’acciaio, sono più resistenti alla deformazione e eserciteranno una maggiore forza normale. D’altra parte, la plastica e la gomma morbida genereranno forze normali più piccole a causa della loro propensione alla deformazione.

La tolleranza press fit, di cui parleremo più dettagliatamente in seguito, è una misura di quanto l’albero sia “sovradimensionato” rispetto al foro. Questo misura la quantità di compressione o espansione che il materiale deve sopportare e quanta forza normale esercitano.

Best practices in designing press fits

Come con qualsiasi processo o tecnica industriale, una press fit non è una soluzione completa per tutte le esigenze di fissaggio. Se state pensando di utilizzare press fits, ecco alcune regole pratiche da tenere a mente:

Selezione e compatibilità dei materiali

La capacità di fissaggio di una press fit si basa sulla capacità del materiale di mantenere una forza normale costante come reazione alla sua deformazione. Tuttavia, ci sono materiali che si deformano naturalmente quando sottoposti a una forza costante o” flusso ” in un nuovo orientamento. Quando questi tipi di materiali vengono utilizzati in una pressa, tendono a perdere attrito nel tempo allentando così la presa delle parti fissate.

Le plastiche morbide, come il nylon, il poliuretano e il policarbonato sono buoni esempi di materiali inadatti alla stampa. Questo è anche il motivo per cui la maggior parte delle parti in plastica ha invece una connessione “snap fit” che si basa su un meccanismo di bloccaggio piuttosto che su una tensione sostenuta.

Anticipare le variazioni di temperatura

Quasi tutti i materiali reagiscono in modo simile alle variazioni di temperatura – gli oggetti si espandono quando riscaldati e si contraggono quando raffreddati. Tuttavia, il grado con cui si verificano questi fenomeni dipenderà dal materiale in questione. Ad esempio, un pezzo di alluminio si espanderà di un margine maggiore se esposto a temperature elevate rispetto a un pezzo di gomma equivalente.

Questa disparità nel comportamento di espansione termica e compressione sarà importante se abbiamo un gruppo press fit composto da due materiali diversi. Esponendo il nostro esempio precedente, un assemblaggio fatto di un albero di gomma all’interno di un foro di alluminio può finire per perdere la presa quando sottoposto a calore estremo.

Per essere chiari, è perfettamente accettabile unire due materiali diversi insieme purché non debbano essere esposti a temperature estreme o abbiano coefficienti di espansione termica simili.

L’allineamento delle parti è fondamentale

L’allineamento delle parti unite mediante press fits ha una tolleranza molto ridotta. Un gruppo perfettamente allineato dovrebbe avere forze interne uniformemente distribuite, assicurando che le parti rimangano tenute insieme anche quando sono sottoposte a forti vibrazioni.

Per questo motivo, i produttori hanno escogitato molti mezzi per ottenere un allineamento perfetto. Una corretta lavorazione con utensili e fissaggio sono fattori critici in questa fase. La maggior parte dei produttori avrebbe progettato le parti di accoppiamento per avere zigrinature o coppie corrispondenti di proiezioni e rientranze. Questo assicura che le parti si accoppiano perfettamente con poco spazio per l’errore.

Anche se le presse idrauliche o pneumatiche utilizzate per combinare parti per press fit richiedono molta potenza, in genere vengono azionate molto lentamente. Ciò consente di riallineare le parti mentre vengono premute insieme. Idealmente, l’intervento dell’operatore non sarà necessario, ma può essere fatto se la situazione lo richiede.

Si consideri affusolata la parte di accoppiamento

Una strategia comune quando si progettano parti per press fits è quello di rastremare l’estremità dell’albero. Questo è chiamato smusso e aiuta sia con l’allineamento delle parti che con la distribuzione uniforme della forza attorno alla circonferenza del foro. Premendo insieme delle parti è anche reso più facile e più liscia con l’aggiunta di uno smusso, come le forze di compressione tendono ad accumularsi più gradualmente.

Determinazione della corretta tolleranza alla pressione

L’entità della forza normale dipenderà anche dalla quantità di materiale che si comprime o si espande una volta fissati. Ricordiamo che l’albero è in genere un po ‘ più grande del foro. Questa differenza di dimensioni è ciò che viene tipicamente indicato come la ” press fit tolleranza.”Questo è un numero molto piccolo, in genere meno di 1/1000 di pollice.

Le figure appropriate per la tolleranza press fit prendono in considerazione le dimensioni e il materiale sia dell’albero che del foro. Ad esempio, le parti in gomma richiedono una tolleranza maggiore in quanto hanno una maggiore propensione alla deformazione. La tolleranza aumenta anche con l’aumentare delle dimensioni della parte, anche se questa relazione potrebbe non essere necessariamente lineare.

Sfortunatamente, i calcoli per determinare la tolleranza corretta per un gruppo press fit sono tutt’altro che semplici. A parte le dimensioni dell’albero e del foro, compresi gli smussi su entrambi i lati dell’albero causerà anche uno spostamento dei valori. Anche la temperatura di funzionamento prevista per il pezzo da assemblare deve essere considerata.

Se una parte contiene più di un perno, la tolleranza può anche essere regolata tenendo conto della forza di compressione massima della pressa idraulica o pneumatica che verrà utilizzata.

La difficoltà di calcolare una corretta tolleranza di press fit è la sfida più grande di includere tale tecnologia in una catena di montaggio automatizzata. Se non viene rilevato, una pressa disallineata o con una tolleranza troppo grande può danneggiare la parte assemblata o la pressa pneumatica. Con l’entità delle forze coinvolte, un tale incidente potrebbe essere abbastanza catastrofico.

Shrink fit – un’alternativa alla press fit

Nonostante i numerosi vantaggi delle press fit, il fatto che non abbia sostituito tutte le connessioni meccaniche è la prova sufficiente che non è perfetto. Una delle alternative più popolari per una vestibilità press è una vestibilità termoretraibile. Con questo metodo, le dimensioni di una delle due parti assemblate vengono modificate tramite riscaldamento o raffreddamento.

L’idea alla base del metodo è quella di utilizzare l’espansione termica per unire più facilmente le due parti insieme, dopo di che vengono riportate a temperatura ambiente. La tolleranza è ancora fondamentale in questa tecnica, ma è molto più indulgente. Riduce anche la forza che una pressa idraulica o pneumatica deve esercitare per unire le due parti.

Lo svantaggio di questa tecnica è che ci vuole un tempo più lungo a causa di dover riscaldare o raffreddare le parti a temperature estreme. C’è anche un sacco di attrezzature specializzate coinvolte. Prima che si possa eseguire un restringimento, le parti metalliche vengono riscaldate a temperature fino a 300 °C o raffreddate con azoto liquido. C’è sicuramente un po ‘ più di abilità tecnica necessaria per il bene di fissare le due parti insieme in un modo che è più affidabile di una pressa.

Considerazioni finali

In superficie, un press fit sembra un modo molto semplice di unire due componenti per creare una parte singolare. È veloce, affidabile e non richiede saldatura o lavorazione. Tuttavia, ci sono così tante cose che possono andare male con un gruppo press fit. Una stampa correttamente fatto fit è solo un’illustrazione di un processo che è stato così complicato preparato essere fatto così agevolmente che sembra facile.