sammanfogning av komponenter på ett sätt som är säkert, pålitligt och utnyttjar materialegenskaper är ett av de främsta innovationsområdena inom tillverkningsindustrin. En sådan teknik kallas press fit – en metod som bygger på friktion och kräver ingen lödning, svetsning eller bearbetning av delarna.

som du kommer att se senare är presspassningar några av de mest exakta exemplen på att fästa två delar ihop. Även om de gör mycket starka delar är den här metoden inte exakt lämplig för alla scenarier. Läs vidare när vi täcker grunderna i press passar och definiera press fit tolerans.

vad är press fit?

en press fit, ibland känd som en interferenspassning, är en metod för att sammanfoga två tätt passande delar som är beroende av friktion. Detta är en av de mest föredragna fästmetoderna för applikationer som kräver en varaktig bindning och perfekt inriktning. Processen kräver vanligtvis inte exponering av delar för extrem temperatur, kräver ingen lödning och är kompatibel med automatiserade system.

i alla presspassningsapplikationer finns det två parningsdelar som går ihop på ett mycket tätt sätt. Dessa två parningsdelar kan ta olika former. Det vanligaste exemplet skulle vara en axel och ett hål, men presspassningar används också för mindre komponenter som elektriska terminaler på ett kretskort (PCB). Presspassningar är idealiska för leder som involverar elektriska komponenter eftersom delarnas Nära passform säkerställer tillförlitligt ledande kontakt.

på grund av de stora friktionskrafterna som är involverade, pressas samman av de två parningsdelarna vanligtvis av en hydraulisk eller pneumatisk kolv. Detta är en långsam och avsiktlig process som fokuserar mer på anpassning än påverkan.

Press fit-tekniken har blivit mycket använd på grund av dess tillförlitlighet och relativa enkelhet. Även om det kräver mycket krävande mätningar på parningsdelarna, kan det faktiska utförandet av parningskomponenter tillsammans utföras även utan en exceptionell nivå av skicklighet.

hur en press fit fungerar

för att förstå hur press fit fungerar måste vi först beskriva de fysiska egenskaperna hos de två parningsdelarna. För det grundläggande exemplet på en axel och ett hål är det viktigt att inse att hålet är något mindre än axeln.

när axeln pressas in i hålet genomgår axelmaterialet en liten kompression. Detta får axeln att utöva en normal kraft på hållarens inre yta. Samtidigt pressar hålet inåt, eftersom det också går igenom en liten expansion på grund av axelns införande. Denna normala kraft bidrar till genereringen av en stor friktionskraft som håller de två komponenterna tillsammans.

den faktiska storleken på den normala kraften som utövas av hål-och axelkomponenterna beror på materialet som de är gjorda av. Hårda metaller, såsom stål, är mer motståndskraftiga mot deformation och kommer att utöva en större normal kraft. Å andra sidan kommer plast och mjukt gummi att generera mindre normala krafter på grund av deras benägenhet för deformation.

presspassningstoleransen, som vi kommer att diskutera mer detaljerat senare, är ett mått på hur mycket axeln är ”överdimensionerad” jämfört med hålet. Detta mäter mängden kompression eller expansion som materialet måste uthärda och hur mycket normal kraft de utövar.

Best practices in designing press fits

som med nästan alla industriella processer eller tekniker är en presspassning inte en allround-lösning för alla fästbehov. Om du funderar på att använda presspassningar, här är några tumregler att tänka på:

materialval och kompatibilitet

fästförmågan hos en presspassning är beroende av materialets förmåga att hålla en konstant normal kraft som en reaktion på dess deformation. Det finns emellertid material som naturligt deformeras när de utsätts för en konstant kraft eller ”flöde” till en ny orientering. När dessa typer av material används i en presspassning tenderar de att förlora friktion över tiden och därigenom lossa greppet på de fästa delarna.

mjukplast, såsom nylon, polyuretan och polykarbonat är bra exempel på material som är olämpliga för presspassning. Detta är också anledningen till att de flesta plastdelar istället har en” snap fit ” – anslutning som bygger på en låsmekanism snarare än långvarig spänning.

förutse temperaturvariationer

nästan alla material reagerar på samma sätt som förändringar i temperatur – objekt expanderar när de värms upp och dras samman när de kyls. Graden med vilken dessa fenomen uppstår beror emellertid på materialet i fråga. Till exempel kommer en bit aluminium att expandera med en större marginal när den utsätts för höga temperaturer jämfört med en motsvarande bit gummi.

denna skillnad i termisk expansion och kompressionsbeteende kommer att betyda om vi har en presspassningsenhet Tillverkad av två olika material. Expounding på vårt tidigare exempel kan en montering av en gummiaxel inuti ett aluminiumhål sluta förlora sitt grepp när det utsätts för extrem värme.för att vara tydlig är det helt acceptabelt att sammanfoga två olika material så länge de antingen inte behöver utsättas för extrema temperaturer eller har liknande värmeutvidgningskoefficienter.

Delinriktning är nyckeln

justeringen av delar som är sammanfogade med presspassningar har mycket liten tolerans. En perfekt inriktad montering bör ha inre krafter som är jämnt fördelade, vilket säkerställer att delarna hålls ihop även när de utsätts för starka vibrationer.

av denna anledning har tillverkare kommit med många sätt att uppnå perfekt anpassning. Korrekt verktyg och fixering är kritiska faktorer i detta steg. De flesta tillverkare skulle utforma parningsdelarna för att ha knurls eller matchande par av utsprång och fördjupningar. Detta säkerställer att delar passar perfekt ihop med lite utrymme för fel.

även om de hydrauliska eller pneumatiska pressar som används för att kombinera delar för presspassningar kräver mycket kraft, drivs de vanligtvis mycket långsamt. Detta ger ersättning för omjustering av delarna när de pressas ihop. Helst är operatörsintervention inte nödvändig men kan göras om situationen kräver det.

överväg att avsmalna parningsdelen

en vanlig strategi vid utformning av delar för presspassningar är att avsmalna axelns ände. Detta kallas en avfasning och hjälper till med både inriktningen av delarna och jämn fördelning av kraft runt hålets omkrets. Att pressa ihop delarna görs också lättare och mjukare genom tillsats av en avfasning, eftersom tryckkrafterna tenderar att byggas upp mer gradvis.

bestämning av rätt presspassningstolerans

storleken på normal kraft beror också på hur mycket av materialet som komprimeras eller expanderar när de är fastsatta. Minns att axeln är typiskt lite större än hålet. Denna skillnad i dimensioner är vad som vanligtvis kallas ” press fit tolerans.”Detta är ett mycket litet antal, vanligtvis mindre än 1/1000 tum.

de lämpliga siffrorna för presspassningstolerans tar hänsyn till dimensionerna och materialet på både axeln och hålet. Till exempel kommer gummidelar att kräva en högre tolerans eftersom de har en större benägenhet för deformation. Toleransen ökar också med ökande storlek på delen, även om detta förhållande kanske inte nödvändigtvis är linjärt.

tyvärr är beräkningarna för att bestämma rätt tolerans för en presspassningsenhet långt ifrån enkla. Bortsett från dimensionerna hos axeln och hålet, inklusive avfasningar på vardera sidan av axeln kommer också att orsaka en förskjutning i värdena. Den avsedda driftstemperaturen för den del som monteras måste också beaktas.

om en del innehåller mer än en stift kan toleransen också behöva justeras med hänsyn till den maximala tryckkraften hos den hydrauliska eller pneumatiska pressen som kommer att användas.

svårigheten att beräkna korrekt presspassningstolerans är den största utmaningen att inkludera sådan teknik i en automatiserad monteringslinje. Om det inte upptäcks kan en feljusterad presspassning eller en med för stor tolerans skada antingen den del som monteras eller den pneumatiska pressen. Med storleken på de inblandade krafterna kan en sådan olycka vara ganska katastrofal.

Shrink fit – ett alternativ till press fit

trots de många fördelarna med press passar, det faktum att det inte har ersatt alla mekaniska anslutningar är bevis nog att det inte är perfekt. Ett av de mer populära alternativen till en presspassning är en krympning. Med denna metod ändras dimensionerna för någon av de två delarna som monteras via uppvärmning eller kylning.

tanken bakom metoden är att använda termisk expansion för att lättare ansluta de två delarna tillsammans, varefter de återförs till rumstemperatur. Tolerans är fortfarande kritisk i denna teknik men är mycket mer förlåtande. Det minskar också den kraft som en hydraulisk eller pneumatisk press måste utöva för att föra samman de två delarna.

nackdelen med denna teknik är att det tar längre tid på grund av att behöva värma upp eller kyla ner delarna till extrema temperaturer. Det finns också massor av specialiserad utrustning inblandad. Innan en krympning kan göras, värms metalldelar antingen till temperaturer upp till 300 kcal C eller kyls ner med flytande kväve. Det finns definitivt lite mer teknisk skicklighet som behövs för att fästa de två delarna på ett sätt som är mer tillförlitligt än en presspassning.

slutliga tankar

på ytan verkar en presspassning som ett mycket enkelt sätt att sammanfoga två komponenter för att skapa en singulär del. Det är snabbt, pålitligt och kräver ingen lödning eller bearbetning. Det finns dock så många saker som kan gå fel med en presspassning. En korrekt gjort press fit är bara en illustration av en process som har varit så intrikat förberedd görs så smidigt att det ser lätt.