組立プレス: ピンとダボ

古典的なゲーム「Pin the Tail on the Donkey」では、プレイヤーはプッシュピンを使用してロバにしっぽを取り付けます。 しかし、金属やプラスチックのロバのおもちゃでは、特に何らかの方法で動かす必要がある場合、押しピンでは尻尾を所定の位置に保持することができません。 この用途には、固体金属製のダウエルピンを選択することをお勧めします。

「ダウエルピンは位置合わせに広く使用されていますが、回転用のベアリング面としても最適です」と Driv-Lok Inc. の製品エンジニアリングおよび開発ディレクターのマイク・アプシー氏は説明します。「もう 1 つの利点は、ダウエルピンを取り外して、歪みのないエンドユーザー。」

Driv-Lok は 1960 年代初頭からダウエル ピンを製造し、1941 年から溝ピンを製造しています。後者のピン タイプは、円周上に等間隔に 3 本の溝があるのが特徴です。

数年前、アクチュエーターの Tier 1 自動車サプライヤーは、小さなプラスチック製シュラウドをアクチュエーターの保護アルミニウム ハウジングに固定するための留め具を必要としていました。 また、ファスナーはあらゆる気象条件下での接続を確保し、アクチュエーターの回転を防止する必要がありました。

Driv-Lok の Enginomics チームは、シュラウドを通して 3 か所でハウジングに圧入される小型の Type-U 溝付きピンを開発しました。 ピンは接続を確保しながら、シュラウドとアクチュエータによる動きを防ぎます。 さらに、アプシー氏によると、ピンは自動的にボウルからプレスに供給されるため、設置コストが削減されます。

溝ピンとダウエルピンは、自動車のエンジン、コンプレッサーのピストン、化粧粉末成形体などのさまざまな部品を組み立てるためにメーカーが使用する多くのもののうちの 2 つにすぎません。 メーカーにとって同様に重要なのは、最小限の穴の準備で嵌合コンポーネントの適切な位置合わせを保証する金属ダボです。

ピンとダボはどちらも費用対効果が高く、取り付けが簡単で、数十年にわたる成功の実績があります。 自動車、医療機器、レクリエーションなど、幅広い業界のメーカーの間で人気が高まっているのも不思議ではありません。

組み立てには多くの種類のピンが使用され、中実または中空、形状が対称または非対称に分類されます。 ソリッド対称ピンには、ダボ、溝付き、ローレット付き、バーブ付き、フェロールなどがあります。 これらのピンの平頭バージョンと丸頭バージョン (スタッドとも呼ばれます) は、非対称とみなされます。

中空の対称ピンはスロット付きのコイルバネです。 すべてのダボは中空で対称的で、本体が分割またはシームレスになっています。

ピンとダボの直径は 0.03125 ～ 1.5 インチ、長さは最大 6 インチです。 最も一般的には、低炭素鋼またはステンレス鋼、さまざまな合金、アルミニウム、真鍮、チタンで作られています。 仕上げには、不動態化処理、非不動態化処理、黒色酸化処理などがあります。

ダウエルピンは金属製の滑らかな円筒形ですが、挿入を容易にするために両端が面取りされている場合があります。 このピンは通常、硬化され、正確な分数直径と長さに製造され、部品を配置したり保持したりするためのヒンジ、シャフト、またはピボットとして使用されます。

ダウエルピンは、あらゆる締結ピンの中で最もせん断力に耐えます。 挿入や二次操作に追加の固定金具が必要ないため、大量生産の組み立てに適しています。

アプセイ氏によると、溝付きピンの溝は、3 つの工具がピンの金属の呼び径に 120 度の間隔で貫通するスエージ加工によって形成されます。 この貫通により、制御された量の金属が溝入れツールの各側面に移動し、各溝の側面に沿って隆起部分が形成されます。

「このタイプのピンは、パーツの位置決めだけでなく、永久的なジョイントや旋回や回転が必要なジョイントにも最適です」と Apsey 氏は言います。 「多くのメーカーは、定期的に高い振動にさらされるアセンブリのネジに溝ピンを使用することを好みます。」

ローレットピンには、ストレート、ヘリカル、またはダイヤモンド構成のローレットが用意されています。 ピンと穴の間の均等な干渉によって保持力が得られる真っ直ぐなダウエルピンとは異なり、ローレット付きピンはホストコンポーネントに食い​​込むように設計されていると、SPIROL International Corp.のマーケティングディレクター兼副社長であるクリスティ・ジョーンズ氏は述べています。溝付きピンも、精密なソリッドダウエルピンに必要な厳しい公差を必要としません。

「母材がローレットの谷に移動することで、ピンと穴の間の摩擦接触面積が増加し、結果として保持力が向上します」とジョーンズ氏は言います。 「当社のらせん状ローレットピンでは、30 度のローレットによりピンが穴に入るときに回転し、ホストとの接触面がさらに大きくなります。その結果、摩擦力が高まり、噛み合いが大きくなり、後退に対する抵抗が向上します。」

アプシー氏によると、Driv-Lok のダイヤモンド構成のローレットは、ピンの特定の場所またはピン全体に作ることができます。 同氏によると、ダイヤモンド形状の方が、直線や螺旋状のローレットよりも軸方向の保持力が高く、抜けを防止できるほか、単に見た目だけでダイヤモンド形状を選択する顧客もいるという。

プラスチックと軟質金属で使用するように設計されており、後者の材質のピンに応じて、バーブ付きピンには、後方または挿入方向と逆に角度が付けられた外側の盛り上がったバーブが付いています。 ピンが挿入されると、ホスト材料がバーブの周囲の領域に埋め戻され、その結果、軸方向の力に対する最大の抵抗が得られ、安全で不正行為に強いアセンブリが実現されます。

SPIROL は昨秋、Press-N-Lok 有刺ピンを発表しました。 ジョーンズ氏によると、ピンの両端には反対側の返しがあり、2 つのプラスチック部品を相互に永久に保持します。 このピンの主な制限は、脆いプラスチックやガラス充填剤を高い割合で含むプラスチックには適していないことです。

大きなリードインにより、穴との位置合わせが確実になり、2 段階のプロセスで行われる取り付けが容易になります。 アセンブリの下半分にピンを取り付けた後、プレスを使用してもう一方の相手側半分を固定します。

「フェロールピンは、確実な固定を提供するという点で有刺ピンに似ており、従来のネジや有刺釘に代わるコスト効率の高い代替品です」とアプシー氏は説明します。 「違いは、フェロールピンにはシャフトの上下にリブ付きのリングが付いていることです。材料はこのリングの周りに完全に流れており、しっかりとフィットします。」

ある大手チャイルドシートメーカーでは、Drive-Lok フェロール スタッドを使用して、特定のプラスチック シートの両側のアームレストを所定の位置に保持しています。 アームレストは必要なぴったりフィットを維持しながら自由に回転しますが、ピンを取り外すことは事実上不可能です。 アプシー氏によると、以前は各アームレストの固定に標準的なネジが使用されていました。 しかし、上下に動かすとネジが緩んでしまいます。

コイル状スプリング ピンは、カーボン、ステンレス、または合金鋼の 2-1/4 螺旋状のラップで構成されています。 外径の範囲は 0.03125 ～ 0.75 インチで、標準の長さは通常 6 インチ以下です。 SPIROL のアプリケーション エンジニアである Mike Pasko 氏は、ピンの外径は保持力を確保するために穴の直径よりわずかに大きいと述べています。

正しいサイズで取り付けられた場合、ピンは穴内で最小 270 度の半径方向の接触を提供します。 もう1つの利点は、衝撃や振動に耐えられることです。 これにより、穴の材質が力から隔離され、アセンブリの耐用年数が延長されます。

スロット付きスプリング ピンは、セルフロック機能を備えた経済的なせん断タイプの留め具です。 アプシー氏によると、その特大の寸法により、挿入時に半径方向の力が働き、ピンを所定の位置にしっかりと保持します。 一般的な用途には、要求が厳しいものの精度が低い何千もの産業用途におけるスペーサー、ストップ ポイント、ヒンジなどがあります。

中空ダボにより、留め具の挿入が容易になり、組み立てが簡素化されます。 また、穴の公差内で正確な位置合わせを維持します。

SPIROL のダボブッシュを使用すると、取り付け後に締結ネジやボルトを内径に通すことができます。 同社の研磨中空ダボは、標準の研磨中実ダボ (ISO 8734 準拠) を直接置き換えることができ、中心線の公差と正確な位置合わせが必要な場合に使用できます。 スプリングダボはアーバーの周囲に形成され、真円度を確保しながら、コンポーネントを隣り合わせて正確に配置します。

Apsey 社によると、Driv-Lok 分割中空ダボは、穴のリーミングと仕上げが不要になるため、従来のダウエルピンと比較して、製造コスト、重量、人件費を 30 ～ 40% 節約することができます。 ダボは、スペーサー、圧縮リミッターとして、またはアセンブリの 2 つの半分がボルトで固定される場所として使用されます。

同社からは、継ぎ目が許可されない、または継ぎ目が望まれない用途向けの継ぎ目なし中空ダボも入手可能です。 これらのダボはロケーター、スペーサー、またはスタンドオフとして使用でき、さまざまな材質と仕上げが用意されており、熱処理も施されています。

BalTec Corp のゼネラルマネージャーである Chuck Rupprecht 氏は、「ピンとダボの場合、圧入が標準的な取り付け方法です」と述べています。「取り付けは恒久的または一時的なものであり、通常は卓上手動、空気圧、または機械を使用して行われる単純なプロセスです」油圧プレス。自動プレスも同様に行われますが、その場合は適切な ROI を得るために非常に大きな生産量が必要になります。」

トグルプレスよりも直動プレスの方が好ましいです。 部品を押し付けるのに必要な力の量は、材料の硬さ、滑りやすさ、表面仕上げによって異なります。 部品のサイズ、厚さ、形状。 とその干渉量、つまり挿入部と穴の大きさの差です。

原則として、中実ピンは公称穴直径より 0.0002 インチ幅が広い必要があります。 たとえば、直径 0.25 インチの標準穴には、直径 0.2501 ～ 0.2503 のダボが取り付けられます。 特大のピンは通常、摩耗した穴 (ピンの交換用) に適合するために使用され、公称直径より 0.001 インチ広い直径を持っています。

ジョーンズ氏によると、真っ直ぐなソリッドピンは、金属に挿入する際の穴公差が最も厳しい傾向にあります。 硬化した溝付きまたはローレット付きのピンを使用すると、ホスト材料は変形しますが、真っ直ぐな固体ピンほどではありません。 これらのピンのいずれかをプラスチックで使用すると、穴が成形され、プラスチックがより寛容になります。

精密なソリッドダボは、所定の位置に圧入する前に、正確にドリルで穴を開けてリーマ加工する必要があります。 対照的に、コイルばねやスロット付きピン用の穴はドリルで開けるだけで済むため、準備コストが削減できるとジョーンズ氏は言います。 穴に押し込まれると、後者のピンのバネ作用によりピンが圧縮され、穴の直径と同じになります。

Rupprecht 氏によると、4 キロニュートン未満の力を必要とするピンは手動プレスで取り付けることができます。 このタイプのプレスには通常、ピンを適切に挿入するためのアンチロック機構が付いています。 この機構では、オペレータはプレス ラムが完全に停止する前にピンの挿入を完全に完了する必要があります。

挿入に 4 キロニュートン以上の力が必要なピンは、空圧または油圧プレスを使用して取り付ける必要があります。 Rupprecht 氏は、初期費用は高くなりますが、これらの印刷機では力と距離の曲線を印刷機で監視できると指摘しています。

BalTec の直動空気圧プレスの DA シリーズはモジュール式で、あらゆるピンまたはダボ挿入用途に合わせて正確にサイズを調整できます。 標準ストローク長は 20 ミリメートル刻みで 40 ～ 120 ミリメートルの範囲ですが、特別な長さも要求される場合があります。 このプレスは両手制御を利用し、ストローク全体にわたって一定の力を生成し、個々のワークステーション用に同社の IPC コントローラーと統合できます。 直角ギアボックスにより、プレスヘッドの高さを簡単に調整できます。 すべての可動部品がベアリングに取り付けられているため、プレスは静か (75 デシベル未満) で、実質的にメンテナンスが不要です。

「コイル状スプリング ピンには、トラブルのない自動化に貢献するいくつかの機能があります」とジョーンズ氏は言います。 「それらにはスロットがないため、入れ子になったり噛み合ったりすることはありません。また、その四角い、きれいにカットされた端部は、滑らかな同心の導入面取りとブレンドされた半径と組み合わされて、穴の壁に食い込む可能性のある鋭いエッジや角度を排除します。必要な挿入力が低下します。」

多くのピンは高品質の面取りや直角の端を備えていないため、高品質に製造されていることが確認されていない限り、スロット付きピンは決して自動的に取り付けられるべきではありません。 機械の脱進機領域に入るとき、このピンの平らでない端がフィードチューブ内でその上のピンに引っかかり、前進を妨げる傾向があります。 ピンのスロットが機械のピン挿入機構を詰まらせる可能性もあります。

対称ピンは連続的なプロファイルを持ち、自動挿入に最適だとパスコ氏は言います。 向きをほとんど必要としないため、餌を与えるのが最も簡単です。 必要なのは、部品をフィード チューブに直線で送り、その後、何らかの挿入装置に部品を移動させる機械だけです。

非対称ピンの自動挿入は、高価な工具を使用してエンドツーエンドの方向を調整する必要があるため、より困難です。 パスコ氏によると、頭の直径やシャフトが一貫していない頭付きピンは、フィード レールに引っかかる傾向があるそうです。 自動化には丸頭ピンよりも平頭ピンの方が適しています。ファスナーを真っ直ぐに保ちながら、平らな挿入ツールを平らな面に押し付けるのが簡単だからです。

「中空ダボを適切に挿入するには、ピンの約半分の力が必要です」とルプレヒト氏は述べています。 「このガイドラインは、ダボが挿入後にブロックまたは保持する金属またはプラスチック素材に適用されます。」

彼によると、取り付けはプレスを使用するか、ハンマーや木槌でダボを所定の位置に叩き込むことによって行うことができます。 一部のダボは自動挿入も可能です。

Jim は ASSEMBLY の上級編集者で、30 年以上の編集経験があります。 ASSEMBLY に入社する前、Camillo は PM Engineer、Association for Facilities Engineering Journal、および Milling Journal の編集者を務めていました。 ジムはデポール大学で英語の学位を取得しています。