Porównanie kołków produkowanych metodą spęczania na zimno i obróbki skrawaniem

Pierwszym krokiem na etapie projektowania złącza jest ustalenie wymagań funkcjonalnych zarówno dla komponentów głównych, jak i elementów złącznych. Wymagania eksploatacyjne powinny być spełniane bez nadmiernego precyzowania konstrukcji. Idealne złącze spełnia wymagania w zakresie wydajności i jakości przy możliwie najniższych kosztach. Poniższe informacje pomogą projektantom zrozumieć różnice w możliwościach oferowanych przez metodę spęczania na zimno i obróbki skrawaniem, ponieważ dotyczą one specyfikacji konstrukcyjnych dla kołków i otworów w komponentach głównych.

Wciskane i proste kołki są zwykle zatrzymywane w zespole poprzez wciśnięcie ich w otwory o rozmiarach mniejszych od ich średnicy.  W większości zastosowań należy ograniczyć wzajemne oddziaływanie, aby siły potrzebne do wprowadzenia pozostawały w praktycznych granicach.  Dopuszczalne wartości dociśnięcia w przypadku większości metali (stali, mosiądzu i aluminium) wynoszą od 0,0125 mm do 0,025 mm (0,0005–0,001”) przemieszczenia materiału.  Ponieważ ten próg tolerancji obejmuje sumę tolerancji zarówno kołka, jak i średnicy otworu, kołki muszą być precyzyjnie obrobione, a otwory odpowiednio wywiercone i/lub wygładzone. Wydłuża to czas cyklu i zwiększa koszty produkcji związane z przygotowaniem otworu.

Należy również pamiętać, że zawiasy do swobodnego dopasowania nie wymagają otworów do wciskania i nie powinny wymagać większych tolerancji średnicy kołka niż ± 0,025 mm (± 0,001”).

Poddawane obróbce skrawaniem kołki są dziesięciu te zazwyczaj razy około droższe niż poddawane spęczaniu na zimno.  Dlaczego cena kołków spęczanych na zimno jest tak znacząco niższa?

• W przypadku spęczania na zimno kołki produkowane są z prędkością około 300 części na minutę, podczas gdy obróbka skrawaniem zapewnia wydajność na poziomie około 4 części na minutę.
• Podczas obróbki skrawaniem powstają odpady.  Dlatego też do obróbki skrawaniem potrzeba więcej surowca niż do spęczania na zimno tej samej części. Jedynymi odpadami powstającymi podczas spęczania na zimno są te, które powstają w trakcie przygotowania.
• Pręt szlifowany na obwodzie zewnętrznym może kosztować ponad trzy razy więcej niż standardowy pręt używany do obróbki skrawaniem.

Chociaż obróbka skrawaniem jest bardziej kosztowna niż spęczanie na zimno, koszty przygotowania są w jej przypadku znacznie niższe.  Firmy, które stosują normalizację rozmiarów kołków są w stanie zmniejszyć koszty związane z przygotowaniem produkcji, co ma znikomy wpływ na koszty ponoszone przez klientów.  Jednak koszty przygotowania w przypadku niestandardowych projektów, zwłaszcza przy małych ilościach, mogą być znaczne.  W tabeli 4 przedstawiono w zarysie ogólne różnice pomiędzy procesem przygotowania produkcji w przypadku spęczania na zimno oraz obróbki skrawaniem.

Poniższe studium przypadku ilustruje różnice pomiędzy spęczaniem na zimno a obróbką skrawaniem kołka o średnicy zewnętrznej 3 mm i długości 30 mm. Jak podkreślono w poniższej tabeli, ilość surowca i wydajność produkcji (liczba części na minutę) są głównymi czynnikami decydującymi o drastycznej różnicy w kosztach między spęczaniem na zimno a obróbką skrawaniem.

Projektanci mogą zoptymalizować wydajność i całkowity koszt produkcji złącza poprzez zrozumienie różnic pomiędzy spęczaniem na zimno i obróbką skrawaniem kołków. Obydwie metody produkcji pozwalają na uzyskanie wysokiej jakości, spójnych części. Jednak pomiędzy spęczaniem na zimno a obróbką skrawaniem istnieją znaczne różnice w kosztach i możliwościach produkcyjnych. Ten dokument może posłużyć za porównanie pomagające projektantom w opracowywaniu specyfikacji projektu kołków. Zaleca się jednak, aby producenci współpracowali z ekspertami branżowymi w zakresie łączenia i montażu w celu określenia najtańszego rozwiązania dla ich zespołu.