Ostatní operace | 4. 12. 2019

Porovnanie tvárnených a obrábaných plných kolíkov

Plné kolíky sú bežne používané za účelom pozičného lícovania alebo pevného či otáčavého spojenia viacerých komponentov. Tieto komponenty dokážu v mnohých aplikáciách nahradiť šrouby, najmä ak si aplikácia nevyžaduje určitý uťahovací moment, ktorý šroub poskytuje. Dve hlavné výrobné metódy používané pri výrobe plných kolíkov sú tvárnenie za studena a obrábanie. Výsledkom sú v obidvoch prípadoch vysoko kvalitné a konzistentné diely, stále však sú medzi nimi rozdiely a tie je pri voľbe vhodného komponentu pre danú aplikáciu dobré poznať. Výrobná metóda kolíku totiž priamo ovplyvňuje dizajnové špecifikácie (tolerancie, rozmery a tvar, materiál), ktoré je možné u daného kolíku zvoliť. Cieľom tohoto článku je poukázať na rozdiely medzi tvárnením za studena a obrábaním v prípade plných kolíkov a vysvetliť ako navrhnúť kolík, ktorý jednak plní aplikačné požiadavky, ale predovšetkým znižuje celkové výrobné náklady.

Obrábanie

Obrábanie je proces, pri ktorom sa zo vstupného polotovaru (tyče) získava za pomoci rezacích nástrojov výrobok požadovaného tvaru. Táto operácia sa zvyčajne vykonáva na sústruhu. Obrábanie produkuje taktiež odpadový materiál vo forme kovových špon.

Tvárnenie za studena

Jedná sa o proces formovania surového materiálu (drôtu) do požadovaného tvaru, bez porušenia materiálu. Najbežnejšou metódou pri výrobe kolíkov tvárnením za studena je použitie jednej formy a dvoch úderov, pretože to postačuje na vytvorenie skosenia hrán, prípadne hlavičky. Samotná forma poskytuje požadovaný tvar a údery potom spôsobia to, že drôt zmení tvar podľa formy. Komplexnejšie tvary kolíkov si potom vyžadujú ďalšie formy a viac úderov pri procese tvárnenia. Tento proces má taktiež svoje limity, najmä čo sa týka objemu materiálu, ktorý môže byť tvarovaný jedným úderom.

Tvárnenie za studena niekedy zahŕňa aj proces ťahania drôtu, ktorý spevňuje drôt prostredníctvom plastickej deformácie, čo má za následok zvýšenie medze klzu a pevnosti v ťahu. Obrábané kolíky vyrobené z rovakého surového materiálu budú mať tieto hodnoty nižšie, pretože štruktúra zrna materiálu bude narušená.

Dizajnové špecifikácie plných kolíkov a výrobné možnosti

Prvý krok pri navrhovaní spoja spočíva v stanovení funkčných požiadaviek na spojované komponeny a spojovací materiál, v tomto prípade plný kolík. Ideálny spoj splňuje technické požiadavky a požiadavky na kvalitu pri ideálne čo najnižščích možných nákladoch. Nasledovné informácie popisujú rozdiely medzi obrábaním a tvárnením za studena, pokiaľ ide o konštrukčné špecifikácie pre plné kolíky a diery v spojovaných komponentoch.

Tolerancie

Vonkajší priemer je spravidla najkritickejším rozmerom plného kolíka. Obidve diskutované výrobné metódy dokážu dosiahnuť tolerancie potrebné pre väčšinu aplikácií s pevnými kolíkami. Tvárnením za studena je možné vyrobiť plné kolíky s toleranciou vonkajšieho priemeru 0,05 mm (čo je menej ako hrúbka ľudského vlasu). Obrábanie dokáže docieliť užších tolerancií, ale to si väčšinou vyžaduje špeciálne brúsenú tyč ako základný materiál. Takáto tyč však stojí približne trojnásobok ceny štandardnej tyče.

Čo sa týka tolerancie dĺžky, obidve výrobné metódy dosahujú rovnakých hodnôt tolerancie, a to približne ± 0,25 mm. Presná hodnota sa líši v závislosti od dĺžky kolíka.

Účelom skosenia hrán je umožniť jednoduchú montáž. Uhol skosenia medzi 25–40°je vhodný pre väčšinu aplikácií. Z výrobného hľadiska je pre obrábané kolíky optimálny uhol skosenia 45°, pri tvárnení je to 30° a menej.

Materiál

Najbežnejšími materiálmi v prípade plných kolíkov sú uhlíkové a nehrdzavejúce ocele. Surový materiál je k dispozícii vo viacerých formách, závisí či sa bude kolík obrábať (z tyče) alebo sa bude vyrábať tvárnením za studena (z drôtu). Komerčne dostupné materiály vo forme tyče a drôtu sa môžu zložením mierne líšiť, dôležité ale je, že spravidla existujú ekvivalentné materiály vhodné pre obe výrobné technológie. Ako vhodný technický postup sa preto doporučuje aj do výkresu pokiaľ možno uvádzať relatíve obecný popis materiálu (napr. uhlíková oceľ s tvrdosťou RC 27-33).

Porovnanie nákladov – tvárnenie za studena a obrábanie

Obrábané plné kolíky sú zvyčajne mnohonásobne drahšie ako tvárnené kolíky. Prečo sú tvárnené kolíky omnoho cenovo dostupnejšie?ƒƒ

  • Obrábaním je možné vyrobiť asi 4 kolíky za minút, zatiaľ čo tvárnenie za studena umožňuje vyrobiť približne 300 dielov za minútu.
  • Obrábaním vzniká odpad vo forme špon, takže pre výrobu kolíku obrábaním je treba viac surového materiálu ako pre výrobu rovnakého kolíku tvárnením za studena.
  • Brúsená tyč stojí približne trojnásobok ceny štandardnej tyče pre obrábanie.

Záver

Pochopením rozdielov medzi pevnými kolíkmi vyrobenými obrábaním a tvárnením za studena je možné dosiahnúť nižších výrobných nákladov pri súčasnom plnení aplikačných požiadaviek. Tvárnený kolík môže byť použitý vo väčšine aplikácií bez rozdielu vo funkčnosti alebo kvality výslednej zostavy. Pokiaľ v súčasnosti riešite projekt s kolíkmi, neváhajte sa na nás obrátiť. Náš aplikačný inžinier Vám pomôže zvoliť vhodný druh kolíku s ohľadom na aplikáciu a celkové náklady.


www.spirol.com