Kui olete kunagi saanud osa partiid, mida ei olnud võimalik omavahel kokku panna, siis teate, kui kulukas on halb lehtmetalli tolerantsid võib olla.
ShincoFabis töötleme igal kuul tonnide viisi toorterast ja alumiiniumi. Olen aastaid töötanud tootmisosakonnas, seistes meie laserlõikurite ja kantpresside vahel ning parandades vigaseid tehnilisi jooniseid. Olen näinud täpselt, mis teeb konstruktsiooni valmistamise odavaks, ja olen jälginud, kuidas monteerimisrühmad on sõna otseses mõttes haamriga löönud osi, mis monteerimisliinil rikki läksid.
Käesolevas juhendis näitan teile täpselt, kuidas määrata tolerantsid lähtudes sellest, mis meie tootmisosakonnas tegelikult toimib. Õpite tundma ainsat ISO-standardit, mida tegelikult vaja on, kuidas vältida “pulbervärvi lõksu” ning lihtsat konstruktsiooninippi, mis tagab, et teie detailid sobivad alati ideaalselt kokku.
Ära enam jooniste üle pead murra. Loe see läbi ja saad teada, kuidas muuta oma detailid tootmiseks lihtsamaks ja ostmiseks palju odavamaks.
Mis on lehtmetalli tolerantsid?
Tootmises pole miski 100% täiuslik.
Iga kord, kui 10 000-vattine laser lõikab või 100-tonnine kantpress painutab metallitükki, tekib pisike erinevus võrreldes teie algse joonisega. A tolerantsus on tootmisprotsessi käigus lubatud mõõtmisvea piirmäär.
Tootmise paindlikkus
Kujutage endale tolerantsi kui oma konstruktsiooni mänguruumi.
Võite paluda meil lõigata täpselt 10 tolli pikkune terasetükk. Tegelikult võib masin lõigata selle pikkuseks 10,01 tolli või 9,99 tolli.
- Kui lõige jääb sinu lubatud hälbe piiridesse, on detail korras.
- Kui see jääb normist välja, läheb see osa jäätmekasti.
Õige liikumisvaru määramine on ülioluline. See tagab, et teie lõplikud osad sobivad tegelikult kokku, ilma et tootja peaks töötama võimatult aeglases tempos.
Lehtmetall vs. mehaaniline töötlemine
Ma näen, et disainerid teevad pidevalt ühte suurt viga. Nad projekteerivad lehtmetallist detaile täpselt samamoodi nagu CNC-töödeldud detaile. Niimoodi ei tohi teha.
Mehaaniline töötlemine on subtraktiivne protsess, mille käigus lõigatakse kindlalt kontrollitud keskkonnas tahkest materjalitükist välja kujund. See võimaldab saavutada äärmist, mikroskoopilist täpsust.
Lehtmetallide valmistamine on täiesti teistsugune protsess, mille käigus lõigatakse lamedaid lehti ja surutakse neid raskete V-kujuliste stantsidega kokku, et neid painutada.
Kui seda teed, venib metall. See kõverdub. Metall püüab loomulikult tagasi oma algse kuju juurde pöörduda. Selle venimise ja vastupanu tõttu vajab painutatud lehtmetalli palju rohkem liikumisruumi kui tahke, töödeldud plokk.
Kui nõutakse täiuslikku, masinlikku täpsust volditud metallitüki puhul, muutub tootmine segaseks, aeglaseks ja äärmiselt kulukaks.
Miks tuleb tähelepanu pöörata tolerantsidele
Kui te joonistamisel lihtsalt arvate, satute silmitsi kahe suure probleemiga. Kõik sõltub teie ajast ja rahast.
Kokkupaneku õudusunenäod
Kujutage ette, et avate karbi äsja valmistatud osadega. Need näevad välja täiuslikud. Aga kui proovite kaanet alusele kruvidega kinnitada, jäävad augud üksteisest murdosa tolli võrra kõrvale.
Kruvisid ei saa jõuga sisse suruda. Pead võtma puuri, et auke laiendada, ja see rikub värvkatte. Tootmine peatub täielikult.
See on klassikaline kokkupaneku õudusunenägu. Tavaliselt juhtub see seetõttu, et konstruktor unustas, et painutatud metall nihkub tootmise käigus. Hästi valitud tolerantsid aitavad seda peavalu vältida. Need tagavad, et teie osad liiguvad üksteisega hõlpsasti kokku kohe pärast pakendist väljavõtmist.
Kulutegur
Ebarealistlikud tolerantsid on kiireim viis eelarve tühjendamiseks.
Kui nõuate äärmist ja tarbetut täpsust, peab teie tootja oma tööviisi muutma. Siin on ülevaade sellest, mis toimub meie tehases kulisside taga:
- Masinad peavad töötama madalamatel pöörlemiskiirustel.
- Töötajad kulutavad lisaaega detailide käsitsi mõõtmisele digitaalsete nihikute abil.
- Täiesti korras olevad osad visatakse vanametallikasti lihtsalt sellepärast, et need on pisut kõrvalekalduvad.
Lõpuks pead sa kogu selle lisajaotuse ja raisatud materjali eest maksma. Sinu hinnapakkumine tõuseb, kuid detail ei tööta tegelikult sugugi paremini.
Tegelikult tõstab üks levinud viga, mida disainerid teevad, hinna peaaegu silmapilkselt taevasse. See puudutab vaid üht väikest numbrit joonisel.
Nullreegli hind: kuidas liigne tolerantsus rikub eelarvet
Kõige kulukam viga, mida joonisel teha võib, on see, mida ma nimetan „null-reegliks”.
Kui soovite lihtsat 5052-alumiiniumist valmistatud kinnitust, võite laiusele märkida tolerantsi ±0,1. Iga tavaline töötlemispink suudab seda nõuet hõlpsasti täita.
Aga siis otsustad olla eriti ettevaatlik. Lisad oma joonisele ühe väikese nulli. Muudad tolerantsi ±0,1-lt ±0,01-le.
See üksainus null kahekordistas just teie hinna. Miks? Sest te sundisite meie meeskonda paanikasse. Selle äärmusliku numbri saavutamiseks peavad nad läbima kolm kulukat etappi:
- Nad ei saa kasutada tavalisi stantsid ja peavad ostma spetsiaalselt valmistatud tööriistu.
- Nad peavad oma masinaid väga aeglaselt käitama.
- Meie kvaliteedikontrolli spetsialist peab iga osa juures peatuma ja seda kallite mõõteriistadega käsitsi kontrollima.
Tõde on see, et enamik lehtmetallist detaile ei vaja kunagi sellist täiuslikkust. Trükkplaati hoidev metallkast ei vaja sama keerulisi arvutusi kui reaktiivmootor. Jätke oma detailidele nii palju mänguruumi, kui see ohutult võimalik on.
Millised on kolm peamist lehtmetalli tolerantside tüüpi?
Enne kui saad joonisele õiged arvud kirjutada, pead teadma, mida sa tegelikult mõõdad. Lehtmetalli tolerantsidel on kolm peamist liiki: materjalitolerantsid, mõõdetolerantsid ja nurgatolerantsid.
Materjalide tolerantsid
Enne kui laser sinu detaili üldse puudutab, on toormetall juba veidi kõrvalekaldunud.
Enamik inimesi eeldab, et 11-gauge’i (3 mm) terasleht on täpselt 3 mm paks. See ei ole nii. Kui tehastes valmivad suured metallirullid, muutub paksus loomulikult partiist partiini. Oleme näinud, et mõned lehed on ühelt servalt märgatavalt paksemad kui teiselt.
Enne kui midagi muud ette võtate, peate arvestama selle materjali loomuliku varieeruvusega.
Mõõtmete tolerantsid
Seda hakkad sa kõige sagedamini kasutama. Mõõtmete tolerantsid määravad elementide pindala suuruse. Täpsemalt määravad need järgmised põhimõõtmed:
- Teie detaili kogupikkus ja -laius.
- Lõigatud aukude täpne läbimõõt.
- Kaugus servast auguni.
Kui need mõõtmed on liiga kitsad, tõuseb hind. Kui need on liiga laiad, ei mahu kinnituspoldid paika.
Nurkide lubatud hälbed
Metalli painutamine on tõeline võitlus. Üks nurktolerants määrab, kui lähedale jõuab teie masin ideaalsele painutusele.
Kui vajate 90-kraadist nurgat, võib masin tegelikult saavutada 89,5 kraadi või 90,5 kraadi. Siin tuleb valmistajale jätta üks või kaks kraadi vabadust. Kui seda ei tee, veedavad meie operaatorid tunde, reguleerides painutuspressi käsitsi, et saavutada just teie soovitud täpne väärtus.
Mis on ISO 2768 lehtmetalli tolerantsistandard?
Te ei pea joonise iga üksiku joone jaoks eraldi tolerantsi märkima. See võtab liiga palju aega ja muudab joonise segaseks.
Selle asemel kasutavad insenerid rahvusvahelist standardit nimega ISO 2768. Võid seda pidada universaalseks alusjooneks. Kui paned joonistusele ühe märkuse, kehtestab see automaatselt reeglid kogu osale.
Keskmine (m) klass
ISO-standard on jagatud erinevateks täpsustasemeteks. Lehtmetalli puhul tuleb arvestada vaid ühega: Keskmine (m) klass.
See on kõigi 95%-seeria kaubanduslike osade kuldreegel. See tagab kvaliteedi ja hinna ideaalse tasakaalu.
Kõik, mida peate tegema, on kirjutada joonise nurka “Üldised tolerantsid: ISO 2768-m”. See lihtne märkus annab meie töökodale teada, et tuleb kasutada standardseid töötlemisseadeid. Saate kiiresti töökorras detailid ja vältite ülemäära kõrgeid hindu.
Kui te koostate jooniseid ja vajate kindlaid viiteandmeid, siis siin on ISO 2768-m klassi standardseid pikkus- ja nurgatolerantse:
ISO 2768-m Lineaarsed tolerantsid:
| Nimipikkus (mm) | Tolerants (mm) |
|---|---|
| 0,5 kuni 3 | ± 0,1 |
| Rohkem kui 3 kuni 6 | ± 0,1 |
| Üle 6 kuni 30 | ± 0,2 |
| Üle 30 kuni 120 | ± 0,3 |
| Üle 120 kuni 400 | ± 0,5 |
| Üle 400 kuni 1000 | ± 0,8 |
ISO 2768-m Nurktolerantsid:
| Lühema jala pikkus (mm) | Sallivus |
|---|---|
| Kuni 10 | ± 1° |
| Üle 10 kuni 50 | ± 0°30′ (± 0,5°) |
| Üle 50 kuni 120 | ± 0°20′ (± 0,33°) |
| Üle 120 kuni 400 | ± 0°10′ (± 0,16°) |
Millal standardit eirata
Standard ei peaks kehtima absoluutselt kõigi juhtumite puhul. Jätke see tähelepanuta, kui konkreetne omadus on teie koostu jaoks otsustava tähtsusega.
- Kas auk peab olema täpselt ühtiv spetsiaalselt valmistatud trükkplaadiga?
- Kas keel peab tihedalt pesasse libisema?
Kui mingi omadus on tõesti oluline, määratakse sellele oma konkreetne, kitsam lubatud hälve. Just siin GD&T (geomeetrilised mõõtmed ja tolerantsid) tuleb mängu. Selle asemel, et kõikjal rangeid reegleid rakendada, kasutatakse GD&T-märkusi – näiteks täpsustades tegelik asukoht nendest olulistest kinnitusaukudest või tasapinnalisus liitmispinna puhul – et kontrollida ainult seda, mis on oluline.
Need kohandatud GD&T-märkused on alati ülimuslikud teie üldise ISO 2768-m plokistandardi suhtes. Määrake täpsed mõõtmed ja geomeetrilised kontrollid ainult nendele detailidele, mis neid tõepoolest vajavad.
Kuidas teie tootmisprotsess muudab reegleid
Teie joonis näeb arvutiekraanil suurepärane välja, kuid erinevad tootmismasinad muudavad metalli väga erineval viisil.
Laserlõikamine vs. stantsimine
Teie lehtmetalli lõikamisel kasutame tavaliselt laserit või stantspressi. Need töötavad erinevalt. Laser lõikab terast läbi äärmiselt kõrge kuumuse abil, samas kui stantspress tugineb toorele füüsilisele jõule.
Materjali valikumenüü on füüsiline venimine ja deformatsioon, mis tekib augu ümbruses, kui stantspress lööb raskest terasest tööriista metallisse. Neid pisikesi muutusi tuleb arvestada. Kuumus ja füüsiline jõud jätavad alati jälje.
Painutamine ja tagasipõrkeefekt
Springback on painutatud metalli loomulik kalduvus end osaliselt sirgeks painutada, kui presspinkilt surve ära võetakse.
Kui raske kantpress surub metallitüki painutamiseks alla, paneb metall vastu. See ei taha painutatuna püsida. Iga metalliliik põrkab tagasi erinevalt. Metallitükk 304 roostevaba teras on palju vastupidavam kui tavaline 5052-alumiinium.
Hea metallitöömees painutab metalli veidi rohkem, lootes, et see põrkab tagasi täpselt soovitud nurga alla. Kuid see ei ole kunagi täiuslik teadus. Peate jätma ruumi sellisele loomulikule kõikumisele.
Isegi kui teie detail on täiuslikult lõigatud ja painutatud, rikub üks viimane etapp täiusliku suurusega detaile rohkem kui miski muu: viimistlus.
Ära unusta värvi: viimistlus muudab kõike
Te kavandasite täiusliku detaili. Töökojas lõigati see veatult välja. Painutused on täpsed. Seejärel saadate selle värvimiseks edasi.
Pulbervärvi lõks
Pulbriga katmine on viimistlusprotsess, mille käigus küpsetatakse paks vedel plastikiht otse metallpindadele.
See lisanduv paksus ongi see “pulbervärvi lõks”, millesse nii paljud disainerid satuvad. Tavaliselt lisab pulbervärv igale pinnale umbes 2–3 milsi (0,05–0,08 mm). Räägime siin materjali lisamisest teie detaili igale pinnale.
Kui teil on tihedate tolerantsidega auk, vähendab värv selle läbimõõtu. Kui teil on metallkeel, mis on mõeldud pilusse libistamiseks, muudab värv selle liiga paksuks, et see sinna mahuks.
Selle probleemi lahendamiseks on teil kaks võimalust. Peate meile enne värvimist teatama, et need kriitilised augud tuleks kinni täita, või peate augud algusest peale veidi suuremaks kavandama.
Miks lehtmetallist konstruktsioonid riknevad?
Sallivuse summeerimine on üksiku osa mitmete painete või detailide puhul esinevate pisikeste tootmisvigade kumulatiivne kogunemine. See on kõige salakavalam põhjus, miks teie koostud rikkeid tekitavad.
Kuidas vead mitme kurvi puhul kumuleeruvad
Teie tootja võib küll igas etapis teie lubatud hälbeid täpselt järgida, kuid selle kuhjumisefekti tõttu ei sobi teie detailid ikkagi omavahel kokku.
Kui valmistate lameda kaanega metallkasti, paigutab laser kinnitusaugud lamele täiusliku täpsusega.
Kuid karp ise on kokku volditud teatud kujule. Karbi kinnitusaugud asuvad äärikutel, mida eraldavad kolm või neli erinevat painet. Kui iga painutus kaldub kõrvale vaid murdosa kraadi võrra, siis need vead liituvad. Need kuhjuvad.
Selleks ajaks, kui masin teeb viimase painutuse, on augu asukoht nihkunud. Täiesti tasane kaas ei sobi enam kokku painutatud karbiga. Jääd olukorda, kus sul on käes polt, mis ei lähe auku sisse.
Seda paindevea ei ole võimalik täielikult kõrvaldada. Kuid saad kasutada geniaalset disaininippi, et muuta see täiesti ebaoluliseks.
Liitmiste lihtsaks tegemise strateegia
The Mänguautomaadi strateegia on disainilahendus, mille puhul kasutatakse kinnitusdetailide paigaldamiseks tavapäraste ümmarguste aukude asemel piklikke ovaalseid pilusid.
Kui kasutad piklikku pilu, lood sa otse detaili sisse füüsilise liikumisruumi. Siin on täpselt kirjeldatud, kuidas pilustrateegia lahendab kihistumisprobleemi ja päästab olukorra:
- Kui painutus on veidi kõrval, nihkub augu asukoht loomulikult.
- Kuna auk on ovaalne, mahub polt ikkagi läbi.
- Te tagate, et teie osad sobivad kokkupanekuliinil probleemideta kokku.
See on lihtne disaininipp. See vabastab täielikult tolerantside kuhjumisest tulenevast peavalu.
Pistikavad on suurepärane viis süsteemi petta ja kokkupanekut lihtsustada. Kuid on veel mõned teised levinud lehtmetalli omadused, mille puhul kehtivad ranged reeglid, mida lihtsalt ei saa eirata.
Disaini abilehed: servad, lokid ja süvendid
Lisaks kinnitusaukudele kehtivad ka mõnede teiste lehtmetalli tüüpiliste omaduste suhtes ranged reeglid. Kui neid eirata, võivad teie detailid kõverduda või puruneda.
Süvendamise reeglid
Süvendid on metallisse lõigatud koonusekujulised augud, mis võimaldavad kruvipeadel jääda täiesti pinnaga ühele tasapinnale.
Need näevad küll suurepärased välja, kuid peate hoidma need paindekohtadest eemal. Kui paigutate süvenduse liiga lähedale painutatud servale, venib metall painutamise käigus. Täiesti ümmargune auk moonutub inetuks ovaaliks. Teie kruvi ei mahu sinna kunagi sisse. Hoidke süvendused alati vähemalt kolme materjali paksuse kaugusel igast paindepunktist.
Äärised ja lokid
Äärised ja lokid on metallist servad, mis on enda peale murtud, et varjata teravaid nurki ja muuta osad puudutamisel ohutuks.
Kuid metalli ei saa lihtsalt täiesti siledaks murda. Kui serva liiga tugevasti kokku suruda, murdub metall just õmbluse kohalt. See näeb kohutav välja ja kaotab kogu oma tugevuse.
Sa pead andma servadele ja lokkidele minimaalse sisemise raadiuse. Hea reegel on jätta sisemine vahe võrdseks metalli enda paksusega. See tagab materjali tugevuse ja hoiab ära pragunemise.
Kokkuvõte
Igas tootmisettevõttes kasutatakse erinevaid masinaid. Ei saa eeldada, et nad su mõtteid loevad. Olgu su valikuks siis koostöö meie ShincoFab’i meeskonnaga või mõne teise tootjaga, esita oma tootjale enne tellimuse esitamist need kolm lihtsat küsimust:
- “Kas kasutate standardseid kahepoolseid tolerantsid?” Veenduge, et kasutate sama matemaatilist keelt. Kontrollige, kas nende vaikimisi seadistuseks on võrdne pluss-ja-miinus-variatsioon.
- “Milline on teie vaikimisi kehtiv painde mahaarvamine?” Iga kantpress venitab metalli veidi erinevalt. Palu neil anda sulle konkreetsed arvud, et su lehtjoonise arvutused vastaksid tegelikult nende seadmetele (nt vastaksid nende K-tegurile).
- “Kas te võtate pulbervärvimist arvesse või peaksin seda tegema mina?” Selgitage välja, kes vastutab värvi paksuse kontrolli eest. Tehke see selgeks enne, kui detailid ahju lähevad.
Kui te neid küsimusi esitate, algatate dialoogi. Saate kallid vead ära hoida enne, kui keegi on ühtegi metallilehte lõiganud.
Lisa: Lehtmetalli tolerantside viitetabelid
Allpool esitatud viitetabelites on koondatud standardite ISO 2768, JIS B 0408/0410 ja tööstusstandardite tolerantsid ühte kiirviitejuhendisse. Kasutage neid koos joonisega, et veenduda, et iga mõõde jääb vahemikku, mida tavaliste töökoda seadmetega on võimalik usaldusväärselt saavutada.
PDF-vormingus lisa hõlmab viit valdkonda:
- ISO 2768 Üldised tolerantsid — Kõigi nelja täpsusklassi (f, m, c, v) puhul kehtivad lineaarsuse, nurgalisuse, sirguse/tasapinnalisuse, risti oleku, sümmeetria ja faaside tolerantsid.
- Tootmise mõõdetolerantsid — Elementidel põhinevad vaikimisi väärtused (lõigatud serva ja ava vaheline kaugus, vormitud serva ja ava vaheline kaugus, painde ületamine, kogu vormitud detail) nii millimeetrites kui ka tollides, lähtudes tööstusstandardist ASM EF-001.
- Pressimise ja lõikamise tolerantsid — Lõikamise, painutamise, tõmbamise ja lõikelaiuse tolerantsid klasside kaupa (JIS B 0408 / JIS B 0410), sealhulgas lõigatud lehtmetalli sirgjoonelisus ja risti olek.
- Materjalide paksuse tabel — Nimetuspaksus ja kahepoolsed tolerantsid mõõturitele 3–30 viie materjali puhul: kuumvaltsitud teras, külmvaltsitud teras, tsingitud teras, roostevaba teras ja alumiinium.
- Roostevabast terasest lehtmetalli tolerantsid — Lamevaltsitud roostevabast terasest lehtmetalli mõõtmed (pikkus/laius), kumerus, tasasus ja standardse paksuse tolerantsid (ATI tööstusstandard).
