Занадто щільно чи ідеально підходить? Коли використовувати прес-фітинги у своїх зборах

Реєструючись, ви погоджуєтесь з нашими Умовами використання та Політикою конфіденційності. Ми можемо використовувати надану вами інформацію для зв’язку з вами та використовувати дані третіх сторін для персоналізації вашого досвіду.

Дякуємо за підписку!

Пристосовуючись до багатьох ситуацій, тримаючи деталі в ідеальному вирівнюванні, легко вводити їх, але формуючи міцний зв’язок - я міг би або описувати прес-підбір, або ваші улюблені джинси. Прес-фіти мають стільки чудових функцій, що ви можете задатися питанням, чому вони не замінюють всі інші зв’язки.

Правда полягає в тому, що прес-фіти підходять не для кожного додатка - так само, як і вузькі джинси, у перешкод є такі плюси і мінуси (на відміну від вузьких джинсів, прес-фіти ніколи не вийдуть з моди). Отже, які ключові аспекти прес-фітів і чи підходять вони для вашої заявки?

Не вдається натиснути на пластик

Розглядаючи додатки, що відповідають перешкодам, найпростішим початком є рішуче заперечення: ніколи не використовуйте прес-фітинги у пластмасах. Чому? Два слова: холодне повзання.

Прес-форси покладаються на постійні напруги та тертя. Якщо ви натиснете велику шпильку в отворі в сталі, вони залишатимуться разом нескінченно довго. Але пластик буде текти під постійними навантаженнями, в результаті чого напруга - а отже і тертя - зникнуть. Як і джинсова тканина на прийомі з чорною краваткою, це ніколи не є гарною ідеєю.

Розрахунок сили в перешкодах

Поки що цей негатив не вийде з ладу, давайте подивимось на правильне використання прес-форм. Як вже згадувалося, метод складання спирається на те, що дві деталі намагаються зайняти однаковий простір. Але наскільки втручання є правильним?

Знову ж, подумайте про приталення джинсів: трохи вузького - це добре; занадто щільно, і ви ризикуєте неможливо підігнатися або виглядати як Бібс. (Примітка для "Beliebers": Ви можете перейти до кінця статті. Мені нічому вас навчити.)

На відміну від джинсів, ми можемо точно розрахувати, наскільки щільною повинна бути втулка. Для зручності розрахунку ми будемо використовувати дюбельні штифти (інші прес-форми вимагають непомірної обробки). Використовуйте загальні таблиці для визначення перешкод; хоча відхилення можливе, вони є гарною базовою лінією. Але звідки ви знаєте, чи достатньо перешкод, щоб утримувати деталі у вашій конструкції?

Ми вникнемо у формулу за мить, але почнемо з ментальної моделі. Коли штифт вдавлюється в отвір, штифт притискає радіально назовні, намагаючись відновити початковий діаметр, тоді як отвір тисне радіально всередину, також намагаючись повернути початковий діаметр (чи не всі ми?). Напруга цих двох частин, що притискаються одна до одної, дає нам нормальну силу, яка з коефіцієнтом тертя дозволяє розрахувати отримане утримання.

Для практичного прикладу розгляньте сталевий дюбельний штифт, впресований у сталеву пластину з номінальним діаметром у півдюйма, глибиною в один дюйм. (Чому номінальний? Оскільки штифт трохи більший, а отвір дещо менший, отже, номінальний - лише на півдюйма в назві.) Стандартний напівдюймовий штифт має діаметр 0,5002 дюйма - дві десятитисячні величини. При рекомендованому мінімальному розмірі отвору 0,4995 дюйма ми отримуємо 0,0007 дюйма діаметральних перешкод. Це може здатися невеликим, але, як ви скоро побачите, насправді це досить багато.

Який тиск між деталями? Ми можемо обчислити це, використовуючи:

Де P - тиск, r - номінальний радіус, E - модуль Юнга (sub h = отвір; sub p = штифт), v - коефіцієнт Пуассона, δ - радіальна перешкода (половина діаметральної перешкоди).

І як тільки ми маємо тиск, ми обчислюємо площу і використовуємо коефіцієнт тертя між двома частинами, щоб визначити осьову силу утримання як:

У нашому прикладі півдюймового штифта, використовуючи 210 ГПа для модуля Юнга, 0,292 для коефіцієнта Пуассона і 0,30 для коефіцієнта тертя, результуюча осьова сила становить близько 45 кН - трохи більше, ніж вага Ford F350 ( до речі, чудове місце, щоб носити улюблені джинси). Дивовижно, так?

Для порівняння, напівдюймовий болт може вмістити більш ніж вдвічі більше цієї суми. Однак за допомогою болта можна просвердлити отвір з допуском діаметру 0,020 дюйма. Якщо ваш отвір занадто великий на 0,0007 дюймів, у вас не буде перешкод, тому допуски стають надзвичайно важливими. Що веде нас до наступного напрямку обговорення ...

Допуски та обмеження вирівнювання

Невеликі перешкоди призводять до величезної сили. А осьове утримуюче зусилля - це не просто утримання деталей разом - це також сила, необхідна для складання. Вам потрібно буде бути дуже обережним при виборі прес-підходів або ризик зламати гідравлічний прес. Цей жорсткий допуск на обробку також є однією з основних причин, чому ви повинні уникати прес-фітингів для звичайних промислових збірок - це не є зручним для DFM/DFA.

Тут ви можете використовувати калькулятор, щоб знайти мінімальну силу утримування та максимальну силу складання з різними діаметральними допусками на отворах. Однак діаметр - це не єдиний допуск, який слід враховувати: шпильки часто бувають парами, тому враховуйте і відстань між штифтами.

Завантажте наш безкоштовний калькулятор Press Fit тут!

Друге правило преса: ніколи не більше двох штифтів за операцію складання. Ще краще, скористайтеся лише однією перешкодою та вирівняйте деталі за допомогою другого притискного штифта. Якщо вам потрібно використовувати два затискні штифти, обов’язково використовуйте допуск GD&T з першим отвором як початковою точкою для другого отвору, щоб мінімізувати помилку між двома функціями.

Як матеріали та теплові обмеження

Ще одне помітне правило природи: на холоді все скорочується, але не всі матеріали скорочуються з однаковою швидкістю. Це важливо при розробці прес-форм - використовуйте подібні матеріали лише в тому випадку, якщо деталі зазнають змін температури.

Скажімо, ви використовували номінальний алюмінієвий штифт розміром 1 дюйм у отворі на деталі з нержавіючої сталі 410 з діаметральними перешкодами 0,0007 дюйма. Як холодно може стати, доки усадка повністю не зводить перешкоди?

Дивлячись на коефіцієнти лінійного розширення в двох частинах, ми можемо побачити, що при кожному градусі Фаренгейта деталі охолоджуються, алюміній зменшиться приблизно на 0,0000125 дюйма/дюйм, тоді як сталь скоротиться менше, ніж наполовину, 0,0000055 дюйма/в. Якщо деталі зібрати при 75 градусах, а потім довести до мінус 25 градусів, ви втратите всю утримуючу силу притискання преса. Тому використовуйте матеріали з подібним тепловим розширенням при розробці прес-фіттів.

Надмірне обмеження та альтернативні з'єднання

Мабуть, міцність прес-припадків - те, що вони обидва знаходять і приєднуються - також є слабкою стороною. Замість того, щоб самостійно розрахувати необхідну точність і необхідну міцність, ці дві функції заплутані, створюючи кошмар машиніста, що визначає розмір до десятитисячного (або до мікрона для тих, хто перебуває через ставок). Хоча прес-фіти мають свої обмеження, не впадайте у відчай: сучасний дизайн має безліч альтернатив.

Для традиційного використання прес-фітингів, коли штифти як з’єднуються, так і точно знаходять деталі, кращі конструкції використовують штифтові штифти для саморозміщення та болти для з’єднання деталей. У пластмасах використовуйте фіксуючі штифти для вирівнювання та закріплювальні фіксатори для складання. Це лише кілька швидких прикладів; існує майже необмежений варіант механічного складання.

Якщо ви використовуєте прес-фіти у своєму дизайні?

Хоча прес-фіти підходять для деяких конструкцій - механічно оброблених деталей з подібних матеріалів із щільними допусками, що вимагають вирівнювання з точним допуском, - використання перешкоди може не підійти для вашої збірки; подібно до того, як вони ідеально підходять для побачення, ваші джинси не підходять для майбутньої нагороди. Спробуйте кілька альтернатив, і якщо ваш старомодний бос запитає, чому ви не використовували прес-формати, сміливо надсилайте йому цю статтю. Щоб перевірити свій дизайн, завантажте тут наш безкоштовний калькулятор прес-форми, а потім також ознайомтеся з нашими послугами 3D-друку та ЧПУ!