公差圧入の完全ガイド – 精密機械加工用

エンジニアリングでは、機械が重要な役割を果たします。原材料の切断から完成品の梱包まで、すべてのプロセスに機械が関係しています。何がより重要かご存知ですか? 精密加工です! 許容差プレスフィットは、2 つの部品を合わせるための最も精密なエンジニアリング方法の 1 つです。これにより、許容差プレスフィットとは何か、または許容差プレスフィットがなぜ重要なのか疑問に思うかもしれません。ここでは、許容差プレスフィットとその利点について専門家が書いた記事を紹介します。最後までスクロールして、すべての質問と疑問に答えてください。

 

プレスフィットの紹介から始めましょう

 

もう 1 分も無駄にせずに、プレスフィットを定義しましょう。プレスフィットについて学ばずに許容差を理解することは不可能です。

 

プレスフィットは、機械工学の概念または部品結合プロセスです。この方法では、2 つの異なる部品を高圧下で正確にしっかりと取り付けます。追加の留め具を必要としない、安全で迅速な接続方法です。一般に、このアプローチには、異なる寸法の 2 つの部品が含まれます。寸法の違いにより、摩擦圧力で部品が互いにフィットします。

 

プレス フィットの利点

 

2 つのコンポーネントを結合する要素が非常に多いのに、なぜプレス フィットなのかと思われるかもしれません。製造設計におけるプレス フィットには、次のような多くの利点があるためです。

 

高強度

最も優れているのは、プレス フィットによって耐久性が得られ、部品が重い負荷に耐えられることです。機械部品の強度は、航空宇宙、電子機器などの業界で重要です。

 

コスト削減

機械加工では、ネジ、ナット、ボルトなどの留め具が重要です。同時に、それらはコストの請求書に追加されます。ただし、プレス フィットを使用すると、ネジやその他の留め具が不要になります。機械の製造に必要な時間と労力を節約できます。さらに、製品のデザインがすっきりときれいに仕上がります。

 

精度と精密性

プレス フィットのもう 1 つの利点は、精度と精密性です。このプロセスにより、部品が可能な限り完璧に取り付けられます。他の方法を使用すると、ずれが生じる可能性が高くなります。

永続的な結果

他の方法とは異なり、プレス フィットは 2 つの部品の間に永続的な接合部を作ります。この組み立て方法に従えば、永続的なシールが得られます。したがって、将来的に部品を分解する必要がある場合は、この方法を選択しないでください。

 

耐振動性

プレス フィットを使用すると、振動を最小限に抑えながら永続的な結合を実現できます。したがって、動的重量を扱う接続に最適です。プレス フィットは、振動のない堅牢な接続を開発し、長寿命を維持するのに役立ちます。

 

互換性

最後に、プレス フィット方法はさまざまな材料と互換性があります。プラスチックやその他の金属で機能し、あらゆるストレスに耐えることができます。

 

プレス フィットの許容差

 

では、プレス フィットの許容差とは何でしょうか。これは、機械部品の設計、製造、接合を成功させる重要なパラメータです。製造において不正確さは許容されないことは誰もが知っています。しかし、100% の精度を維持することはほぼ不可能であることは否定できません。そこで、許容差が役に立ちます。

 

許容差は、部品の最大寸法と最小寸法を決定し、緩和限界を設定します。昔は、許容差はエンジニアリング プロセスで許容される寸法のばらつきでした。機械加工部品ごとに、その役割に応じて異なります。プレス フィットの標準許容差範囲は、機械加工の最適な機能を保証します。プレス フィット アセンブリでは、許容差によってプロセスの整合性が維持されます。また、位置合わせ、耐久性、およびプロセス メカニズムも左右されます。

 

許容差プレス フィットの主なカテゴリは何ですか。

さらに、公差圧入は、用途に応じて分類できます。機械加工サービスで使用されるプレス フィールドの種類は次のとおりです。

 

干渉嵌合

これは、高い摩擦力を使用する最も硬い種類の圧入です。この場合、シャフトは他の部分よりも大きくなります。干渉嵌合は、ギア、プーリーなどで使用されます。また、部品が永久的に組み立てられたままになるか、高い負荷がかかるツールにも見られます。

一般的な例: ホイール ハブ

クリアランス フィット

クリアランス フィットは、公差干渉嵌合の反対です。この場合、シャフトのサイズは他の部分 (穴) よりも小さくなります。したがって、このような場合、部品の組み立てと分解が容易になります。用途には、互いに簡単にスライドできる機械部品が含まれます。このアプローチにより、抵抗が最小限に抑えられ、動きがスムーズになります。

一般的な例: ピストン リング

 

トランジション フィット

名前が示すように、トランジション フィットは他の 2 つのタイプの間にあります。軽い干渉と硬いフィットの両方に適用できます。アプリケーションには、位置合わせが重要だが分離はほとんど必要ない部品が含まれます。

一般的な例: 電動モーター シャフト

 

許容差プレス フィットに影響する要因

さて、プレス フィットの許容差を決定する要因は何なのかと疑問に思われるかもしれません。安全で確実な接続のためには、これらのパラメータを特定することが重要です。プレス フィット プロセスの許容差に影響を与える要因のリストを以下に示します。

 

金属の特性 (部品の材質)

 

まず最初に明らかなのは、部品の材質の種類です。一般に、機械加工部品は耐久性と耐腐食性に優れた金属で作られています。材質によって、プレス フィットの許容差を決定する特性が決まります。以下に、そのような特性と、それが許容差に与える影響の一覧を示します。

 

弾性

弾性強度は、応力を受けた材料の変形能力を決定します。弾性の高い金属は、組み立て後に真っ直ぐになり、干渉嵌合に影響を与える可能性があります。

 

降伏強度

簡単に言えば、降伏強度は、材料が処理できる最大応力として定義されます。プロセス中に応力が降伏強度を超えると、影響が残る可能性があります。材料が元の寸法に戻らず、永久変形する可能性があります。

 

硬度/表面仕上げ

金属が滑らかまたは柔らかい場合、ゆるいフィット感と優れた変形が可能になります。対照的に、剛性またはタッチ素材はよりタイトなフィット感になり、変形に抵抗します。

 

熱膨張係数または CTE

CTE は、特に CNC 加工サービスでは重要な要素です。熱膨張係数の変動は、多くの場合、寸法の変動につながります。最悪の場合、温度が変化すると、2 つの部品の互換性がなくなることがあります。

 

環境条件

 

次に環境条件です。プロセスが行われている周囲の条件が重要です。その仕組みを見てみましょう:

 

温度

温度は材料の熱膨張と収縮を引き起こします。非常に高いまたは低い温度は理想的ではない可能性があり、許容差の圧入に影響します。

 

湿度

湿度は材料の自然特性に影響します。腐食や錆が発生し、最終的な寸法が変わることもあります。

 

許容差の圧入の測定と計算方法

精度を高めるには、圧入の許容差を測定することが重要です。これにより、組み立てと分解時の信頼性と機能性が確保されます。しかし、本当の問題は、圧入の許容差をどのように測定し計算するかということです。この目的のために、さまざまなツールとテクニックが使用されます。

 

許容差圧入を計算するツール

 

CMM

CMM は座標測定機として拡張されます。これらは、複雑な寸法でも正確に測定できる高精度の測定ツールです。一般的に、干渉嵌合を記録するのに役立ちます。

 

ゲージ

ゲージとプラグゲージは、許容差圧入を測定するための最も一般的なツールの 1 つです。これらの機器は、穴の許容差を計算するためにも使用できます。

 

光学測定システム

光学測定システムは、直接接触せずに許容差を測定できます。カメラや処理などの高度な機能を備えており、正確なサイズを測定できます。

 

マイクロメーター

マイクロメーターやキャリパーなどのスケーリングデバイスは、長さ、幅、高さの正確な測定値を記録するために使用されます。

 

プレスフィットの許容差を測定する技術

 

干渉法

名前が示すように、干渉法は干渉フィットの許容差を計算するのに効果的です。光のパターンを使用して正確な距離を計算します。一般的な用途には変形測定があります。

 

超音波法

多くの組織やメーカーが超音波アプローチを使用しています。機械加工部品の厚さを測定するのに効果的です。最も優れているのは、プレスフィットのわずかな変化も識別できることです。

 

X 線および CT スキャン

別の測定方法では、プレスフィット アセンブリの内部寸法を計算できます。メーカーはこの方法を使用して、内部の欠陥や位置ずれを検出します。

 

圧入公差のさまざまな計算方法

 

エンジニアは、公差フィットを計算するためにさまざまなアプローチを使用することがよくあります。 圧入公差の一般的な計算方法のリストを以下に示します。

• エンジニアは、クリアランス法を使用して、より大きなクリアランスを予測します。
• もう 1 つの方法である干渉フィット計算は、干渉フィットを予測するのに役立ちます。 この方法では、さまざまな寸法と弾性データを調べます。
• 正確な結果を得るために、メーカーは熱膨張も計算します。 これは、温度による変化を識別するのに役立ちます。
• エンジニアは、コンポーネントが材料の制限内に収まるように、材料特性を考慮します。 これらの特性によって、残りの機能と特性が決まります。
• 有限要素解析は、さまざまな条件下での圧入のパフォーマンスを予測するのに役立ちます。
• 次は、公差スタックアップ解析です。 これは、公差を予測するための体系的な方法です。 この方法は、わずかな公差の変動を判断するのに役立ちます。

 

プレスフィット許容差表

 

プレスフィット干渉チャートの詳細と構造化は、さらに理解を深めるのに役立ちます。干渉フィットチャートは参考用であることを忘れないでください。詳細については、機械工学の本を参照してください。

公称サイズ	穴の公差	シャフトの公差	推論	圧入タイプ
¼”	H7	h6	0.0005 – 0.0015 in	軽圧入
½”	H7	h6	0.0010 – 0.0030 in	中圧入
1”	H7	h6	0.0020 – 0.0060 in	重圧入

 

プレスフィットとスリップフィットの違いは何ですか？

多くの場合、人々はプレス フィットとスリップ フィットは同じものだと考えていますが、これは正しくありません。どちらの方法でも 2 つの機械加工部品を接続できますが、異なります。プレス フィットとスリップ フィットを区別する側面の一覧を以下に示します。

 

組み立て方法

最初の側面は、両方の手順の方法とアプローチです。プレス フィットは高圧をかけて 2 つの部品を結合しますが、スリップ フィットは 2 つの部品を 1 つずつスライドさせて接続します。

 

結合強度

次の側面は結合強度です。プレス フィットは堅牢で、結合強度で接続された部品は結合が強くなります。対照的に、スリップ フィットは迅速かつ簡単に製造できる自由なプロセスです。

 

摩擦力

プレス フィットとスリップ フィットはどちらも摩擦力に作用します。違いは、プレス フィットでは高い摩擦を使用し、スリップ フィットでは低い摩擦を使用することです。

 

用途

次に、違いを生み出す用途があります。プレス フィットは、製品が永久変形を必要とする場合に適しています。対照的に、スリップ フィットは一時的な変形や取り外し可能な部品を必要とする用途に最適です。

 

許容差

プレスフィットとスリップフィットの許容差の測定方法は異なります。

 

さまざまな公差規格

 

公差フィットを計算した後、その結果を規格に照らして測定できます。規格を比較することで、さまざまなシステム間で一貫性と透明性を確保できます。次のようなさまざまな公差規格があります。

• ISO: ISO という用語は、国際標準化機構として拡張されます。これは最も一般的な規格であり、世界中で受け入れられています。この規格セットは、穴とシャフトの圧入公差に関する構造化された詳細を提供します。
• ANSI: ANSI (米国規格協会) は北米で一般的です。このシステムは、寸法のばらつきに関する包括的な規則を提供します。
• DIN: DIN (ドイツ規格協会) はドイツの規格セットです。その規則と規制は、主にエンジニアリング手順で使用されます。

 

公差圧入の実際の用途

 

公差圧入について理解できたので、その用途について説明しましょう。公差圧入の実際の利点は次のとおりです。

 

CNC 加工

公差圧入の最も一般的な用途の 1 つは CNC 加工です。CNC 加工はさまざまな業界にカスタム部品を供給します。したがって、適切な公差を達成することは、耐久性と信頼性を確保するために重要です。CNC 加工の公差によって、機能と表面仕上げが決まります。

 

エレクトロニクス

エレクトロニクス業界では、公差圧入の役割が極めて重要です。多くの場合、電子筐体内の部品はうまくフィットしません。温度変化が発生すると、部品が膨張したり収縮したりすることがあります。公差計算により、エンジニアは平均変化を計算できます。これにより、製品製造に適した材料を選択できます。

 

航空宇宙

航空宇宙分野では、精度が重要な役割を果たします。安全性と信頼性を維持するには、2 つの部品をしっかりとフィットさせることが重要です。エンジニアは有限要素解析を使用して、部品の内部を予測できます。これにより、応力がかかっていると疑われる部分を事前に特定し、それに応じて設計を調整できるようになります。

自動車

自動車業界は、その始まりから共通の問題に直面してきました。材料の違いにより、自動車部品がうまくフィットしないことがあります。さらに、熱に継続的にさらされると、組み立てや分解に問題が生じます。エンジニアは、品質を常にチェックすることでこの問題を克服できます。エンジニアは、材料の一貫性と硬度を分析し、より優れた圧入を保証します。

 

ベアリング製造

ベアリングは、機能性を確保するために完璧に接続する必要があります。リアルタイムの許容差監視と計算により、これを実現できます。メーカーは、問題をすばやく収集して修正し、部品が確実にフィットするようにすることができます。

以下は、さまざまな用途を分類した圧入許容差チャートです。

 

業界	用途	適合タイプ
自動車	エンジン部品、ギア、ベアリング	干渉適合
航空宇宙	構造部品、タービン、ファスナー	遷移/干渉適合
電子機器	コネクタ、エンクロージャ、ヒートシンク	クリアランス/遷移適合
医療機器	外科用具、義肢、インプラント	干渉適合
ロボティクス	アクチュエータ、ギア、構造フレーム	遷移/干渉適合
消費財	モーター、工具、家庭用電化製品	クリアランス適合
直接CNC加工	異なる業界への部品供給	遷移/干渉/クリアランス適合

 

よくある質問

 

プレスフィットのクリアランス範囲はどのくらいですか?

範囲は通常 0.0005 ～ 0.001 インチです。ただし、特定のアプリケーションでは、最大 0.003 インチまで広がる場合があります。

 

プレスフィットはすべての材料に適用できますか?

プレスフィットの最も優れた点は、その互換性です。このプロセスは、金属やプラスチックなど、さまざまな材料と互換性があります。さらに、高圧環境にも適用できます。

 

プレスフィット許容差は医療機器にどのように適用できますか?

許容差プレスフィットは、医療機器のインプラントやその他のツールを組み立てるために使用されます。また、外科用器具の精度と精密性も保証します。

 

CNC 加工は、プレスフィットの正確な許容差をどのように実現しますか?

CNC マシンは、高度なプログラミングとツールを使用して寸法を制御します。非常に高い精度を提供し、多くの場合、±0.001 mm という厳しい許容差を実現します。リアルタイム監視や表面仕上げなどの技術により、精度がさらに保証されます。

 

製造中に一貫したプレスフィットを確保するにはどうすればよいですか?

• 高精度の CNC マシンを使用します。
• リアルタイム監視と工程内測定を実施します。
• 徹底した材料分析と品質管理を実施します。

 

アルミニウムにプレスフィットを使用できますか?

アルミニウムは柔らかい金属です。プレスフィットを使用できますが、変形測定には注意してください。

 

結論

 

プレスフィットでは許容差が重要です。許容差により、さまざまな製品の機能性、信頼性、耐久性が保証されます。詳細については、プレスフィット表を参照してください。最良の結果を得るには、要因と制限について理解することが重要です。