Kaltgestauchte Zylinderstifte im Vergleich zu maschinell bearbeiteten Zylinderstiften

Der erste Schritt bei der Gestaltung einer Verbindung ist die Festlegung der funktionalen Anforderungen an die Bauteilkomponenten und Verbindungselemente. Die Leistungsanforderungen sollten erreicht werden, ohne das Design zu sehr zu spezifizieren. Eine ideale Verbindung erfüllt Leistungs- und Qualitätsanforderungen mit geringstmöglichen Kosten. Die folgenden Informationen helfen den Konstrukteuren, die Leistungsmerkmale zwischen Kaltstauchen und mechanischer Bearbeitung in Bezug auf die Konstruktionsspezifikationen für Zylinderstifte und die Bohrungen der Bauteilekomponenten zu verstehen.

Passstifte und Zylinderstifte werden in der Regel durch Einpressen in Bohrungen, die kleiner als der Stiftdurchmesser sind, in der Baugruppe gehalten. In den meisten Anwendungen müssen die Störeinflüsse auf ein Minimum reduziert werden, um die Einpresskräfte in Grenzen zu halten. Die zulässige Toleranz einer Presspassung für die meisten Metalle (Stahl, Messing und Aluminium) beträgt 0,0125 mm bis 0,025 mm. Da diese Toleranzschwelle die Summe der Toleranzen von Stift- und Bohrungsdurchmesser beinhaltet, müssen die Stifte präzise bearbeitet und die Bohrungen gerieben und/oder gehont werden. Dies hat zur Folge, dass die Durchlaufzeiten und Fertigungskosten bei der Bohrungsbearbeitung steigen.

Es ist auch wichtig zu erkennen, dass Scharniere mit freiem Sitz keine Presssitzbohrungen benötigen und keine engeren Toleranzen des Stiftdurchmessers als ± 0,025 mm. 

Maschinell bearbeitete Zylinderstifte sind in der Regel etwa zehnmal teurer als kaltgestauchte Zylinderstifte. Warum sind kalgestauchte Zylinderstifte so viel kostengünstiger?

• Beim Kaltstauchen werden Zylinderstifte mit einer Taktfrequenz von ca. 300 Teilen pro Minute (ppm) hergestellt, während es bei der maschinellen Bearbeitung nur ca. 4 ppm sind.
• Bei der maschinellen Bearbeitung entsteht Abfall. Daher wird für die maschinelle Bearbeitung eines Zylinderstifts mehr Rohmaterial benötigt als zum Kaltstauchen desselben Teils. Beim Kaltstauchen entsteht nur der Ausschuss, der beim Einrichten der Maschine anfällt.
• Im Aussendurchmesser geschliffene Stangen können mehr als dreimal so viel kosten wie Standard-Stangen, die für das maschinelle Bearbeiten eingesetzt werden.

Obwohl die maschinelle Bearbeitung teurer ist als das Kaltstauchen, sind die Rüstkosten für die maschinelle Bearbeitung deutlich geringer.  Unternehmen, die sich auf die Standardisierung von Zylinderstift-Abmessungen festlegen, sind in der Lage, die Einrichtungskosten zu reduzieren, so dass die Kosten für die Kunden vernachlässigbar gering sind. Allerdings können die Einrichtungskosten bei Sonderanfertigungen, insbesondere bei geringen Stückzahlen, erheblich sein. Tabelle 4 zeigt die allgemeinen Unterschiede beim Einrichten zwischen Kaltstauchen und der maschinellen Bearbeitung.

Die folgende Fallstudie veranschaulicht die Unterschiede zwischen dem Kaltstauchen und der maschinellen Bearbeitung eines Zylinderstifts mit Kopf (Stiftrohling) mit  3 mm Durchmesser und 30 mm Länge. Wie in der folgenden Tabelle dargestellt, sind Rohstoffmenge und Produktionsrate (ppm) die Hauptfaktoren für den drastischen Kostenunterschied zwischen Kaltstauchen und maschineller Bearbeitung.

Konstrukteure können die Leistung und die Gesamtherstellungskosten einer Verbindung optimieren, indem sie die Unterschiede zwischen kaltgepressten und maschinell bearbeiteten Zylinderstiften erkennen. Beide Fertigungsverfahren produzieren qualitativ hochwertige, gleichbleibende Teile. Allerdings gibt es erhebliche Kosten- und Leistungsunterschiede zwischen Kaltstauchen und maschineller Bearbeitung. Dieses Technische Papier kann als Nachschlagewerk dienen, um Konstrukteure bei der Erstellung von Konstruktionsspezifikationen für Zylinderstifte zu unterstützen. Es wird jedoch empfohlen, dass die Hersteller mit Industrieexperten zusammenarbeiten, um die kostengünstigste Lösung für ihre Montage zu finden.