Geometrische tolerantie: wat, waarom en hoe te gebruiken?

De allereerste stap in het maken van een onderdeel is het tekenen, waarbij de afmetingen worden bepaald. Deze geometrie wordt vervolgens gebruikt om het onderdeel te produceren, na selectie van het basismateriaal, de bewerkingsprocessen en de nabewerking zelf. Om ongewenste afwijkingen van de basisafmetingen te voorkomen, worden geometrische toleranties gebruikt. Dit artikel legt alle parameters van geometrische toleranties uit.

Definitie van geometrische tolerantie

Geometrische tolerantie gaat niet alleen over de toelaatbare variaties in lengte, breedte, enz., maar omvat ook elk aspect van het onderdeel, zoals rechtheid, loodrechtheid, enz.

Ontwikkeling van geometrische toleranties

De geschiedenis van het gebruik van toleranties gaat ver terug. Vroeger werden traditionele toleranties gebruikt. Deze dekten de toegestane variaties in lengte, breedte en dikte van het onderdeel, maar dit was niet voldoende om materiaalverspilling en montageproblemen te beheersen. Geometrische toleranties werden officieel ontwikkeld in de jaren 1960 met de allereerste norm, namelijk ASME Y 14.5 - 1966.

Wanneer moet je geometrische tolerantie gebruiken?

Geometrische toleranties worden over het algemeen gedurende de hele levenscyclus van een product gebruikt. Zo worden ze in de ontwerpfase gebruikt om een ​​functionele assemblage te garanderen, in de bewerkingsfase om een ​​bewerkingsproces te selecteren, de bewerkingsvolgorde te plannen, enzovoort. In de assemblagefase worden ze gebruikt om ervoor te zorgen dat de onderdelen perfect in elkaar passen, enzovoort.

Wat voor soorten geometrische toleranties zijn er?

Een component heeft meerdere eigenschappen, zoals vlakheid, oppervlakteprofiel, parallelliteit, enz., die van invloed zijn op de functionele eigenschappen en de montage van de onderdelen. Om ervoor te zorgen dat deze eigenschappen nauwkeurig worden geproduceerd, worden verschillende geometrische toleranties toegepast, die hieronder worden besproken:

Vormtolerantie

Vormtolerantie heeft betrekking op de vorm van een onderdeel. De volgende soorten tolerantie bestaan:

• Vlakheid
• rechtheid
• Circulariteit
• Cilindriciteit

Vormtolerantie zorgt ervoor dat elk kenmerk de juiste geometrische eigenschappen vertoont, ongeacht de locatie of oriëntatie. Bij dit type geometrische tolerantie is geen referentie-as nodig.

Profiel Tolerantie

Bij dit type geometrische tolerantie is het doorgaans belangrijk om een ​​referentieas te definiëren. Deze geometrische tolerantie regelt:

• Profiel van een lijn
• Profiel van een oppervlak

Dit type geometrische tolerantie zorgt ervoor dat de vorm, oriëntatie en locatie van de lijn of het oppervlak nauwkeurig blijven ten opzichte van de ideale, in CAD gedefinieerde geometrie.

Oriëntatietolerantie

Kenmerken zoals parallelliteit, loodrechtheid en hoekigheid worden gespecificeerd tot een bepaalde hoek ten opzichte van de referentieas. Dit tolerantietype bepaalt de toelaatbare afwijking van een kenmerk ten opzichte van die hoek. Bij dit type is het verplicht om eerst een referentieas te tekenen.

Locatietolerantie

Deze toleranties zijn verantwoordelijk voor uitwisselbaarheid, montage en functionele uitlijning. Bij dit type is het verplicht om de referentieas te definiëren. Er zijn de volgende typen:

• Functie
• Concentriciteit

Deze geometrische tolerantie zorgt ervoor dat de positie van de kenmerken binnen de cilindrische tolerantiezone blijft ten opzichte van de referentieas.

Uitlooptolerantie

Deze tolerantie wordt gebruikt voor onderdelen die om een ​​as draaien. Deze tolerantie zorgt ervoor dat het onderdeel niet wiebelt tijdens het draaien. De typen toleranties omvatten:

• Circulaire uitloop
• Totale uitval

Het definiëren van de referentieas is belangrijk en in dit geval zelfs verplicht.

Waarom wordt geometrische tolerantie gebruikt?

In het verleden werden traditionele toleranties gebruikt, die betrekking hadden op basisafmetingen zoals lengte, breedte en dikte van het onderdeel. De bewerkingskosten en materiaalverspilling waren echter hoger. Om deze verliezen te compenseren, werden geometrische toleranties ontwikkeld.

Om aan de functionele eisen te voldoen

De functionele eisen omvatten:

• Hoe het onderdeel past
• Verdeling van de belasting binnen het onderdeel
• Hoe het zich bevindt ten opzichte van de referentieas.
• Voorkomen van lekkage
• Controle over de slijtage van het onderdeel

Om aan deze eisen te voldoen, worden geometrische toleranties gebruikt. Toleranties in bijvoorbeeld vlakheid, parallelliteit en loodrechtheid dragen bij aan een gelijkmatige lastverdeling over het onderdeel.

Om een ​​betrouwbare montage te garanderen

Na de bewerking van het onderdeel is de assemblage de tweede belangrijkste factor die de prestaties en levensduur van een component beïnvloedt. Geometrische toleranties zorgen voor een betrouwbare assemblage door de oriëntatie, positie en andere kenmerken van het onderdeel ten opzichte van de referentieas nauwkeurig te controleren.

Om de productiekosten te optimaliseren

Bij geometrische toleranties worden nauwe toleranties alleen toegepast waar de functionaliteit vereist is, waardoor onnodige nabewerking wordt voorkomen. In plaats van secundaire bewerkingen zoals honen, wordt er gebruikgemaakt van nabewerking in één doorgang. Deze parameters leiden tot een verlaging van de productiekosten.

Hoe geometrische tolerantie te gebruiken

Er bestaat een correcte procedure voor het toepassen van geometrische toleranties op een onderdeel, die begint met het vaststellen van de functionele eisen. Elke stap wordt hieronder kort besproken:

Identificeer functionele vereisten

Sommige functies vormen de kern van de toepassingen waarin onderdelen worden gebruikt. Zo is sterkte bijvoorbeeld een essentiële functionele eis voor een as. Deze moet koppel kunnen overbrengen zonder te vervormen. De eerste stap is dus het vaststellen van de functionele eisen.

Selecteer de juiste geometrische tolerantietypen

De tweede stap is het kiezen van het type geometrische tolerantie (locatietolerantie, vormtolerantie, oriëntatietolerantie, enz.). De keuze hiervoor is gebaseerd op:

1. Functionele vereisten
2. Rol van het onderdeel bij assemblage en beweging
3. Gevoeligheid van het laadpad
4. Gegevensrelaties
5. maakbaarheid

Definieer datums

De derde stap is het definiëren van de referentiepunten in de geometrie van het onderdeel. Er wordt één punt of as gekozen waaromheen alle kenmerken van het onderdeel georiënteerd zijn in een cilindrische tolerantiezone.

Toleranties toepassen op tekeningen

Om geometrische toleranties op een tekening toe te passen, worden feature control frames (FCC) gebruikt, die vervolgens gekoppeld worden aan functionele referentiepunten. Hierin worden de toelaatbare afwijkingen in oriëntatie, vorm, enz. gespecificeerd, zodat een correcte montage, functionaliteit en productie gewaarborgd zijn.

Controleer de toleranties tijdens de montage.

Voor de controle van de toegepaste toleranties tijdens de assemblage worden verschillende gereedschappen gebruikt, zoals go/no-go-meters, meetklokken, steekmaten en een coördinatenmeetmachine.

Hoe bereken je geometrische tolerantie?

Geometrische toleranties kunnen betrekking hebben op vorm, oriëntatie of slingering. Ze worden berekend met behulp van verschillende formules.

Bereken vormtoleranties

Vormtoleranties omvatten vlakheid, rechtheid, rondheid en cilindriciteit.

• Vlakheid

Het meet in hoeverre een oppervlak afwijkt van een perfect gedefinieerd vlak.

Formule: Vlakheid = Maximale hoogte − Minimale hoogte

• rechtheid

De mate waarin een lijn afwijkt van een perfecte rechte lijn wordt rechtheid genoemd.

Formule: Rechtheid = Maximale afwijking van de ideale rechte lijn

• Circulariteit

Het meet in hoeverre een kenmerk, zoals een gat, afwijkt van een perfecte cirkel.

Formule: Circulariteit = R _max − R _min

• R_max is de maximale straal
• R_Min is de minimale straal
• Cilindriciteit

Geeft aan in hoeverre een onderdeel uniform afgerond, recht en glad is langs de as.

Formule: Cilindriciteit = R _max −R _min

Bereken de oriëntatietoleranties

• Parallellisme

Maatregelen die ervoor zorgen dat een oppervlak niet mag afwijken van twee parallelle vlakken die evenwijdig zijn aan een bepaald referentiepunt.

Formule: Parallelismefout = Maximale afstand − Minimale afstand

• Haaksheid

Meet de afwijking van een as van een onderdeel ten opzichte van de cilindrische tolerantiezone die is gedefinieerd op 90° ten opzichte van een referentieas.

Formule: Loodrechtheidsfout = Maximale afwijking van 90°

• Hoekigheid

Meet de afwijking van een as van een onderdeel ten opzichte van de cilindrische tolerantiezone die is gespecificeerd bij een basishoek ten opzichte van een referentieas.

Formule: Hoekafwijking = Maximale afwijking van de opgegeven hoek

Bereken locatietoleranties

• Functie

Meet de afwijking van een as van een onderdeel ten opzichte van de 3D-tolerantiezone en een referentiepunt.

Positie = 2 × (x² ⁺ y² ⁾ ¹ ^/²

• X²is de afwijking in de x-as
• Y²is de afwijking in de y-as
• Concentriciteit

Hiermee wordt de uitlijning van alle middelpuntpunten van een onderdeel met de middelpuntpunten van een referentiekenmerk gemeten.

Concentriciteit = Maximale centrumafwijking

• Symmetrie

Meet de materiaalverdeling aan beide zijden van de referentieas.

Symmetrie = Maximale afwijking van het mediane vlak

Bereken de slingertoleranties

• Circulaire uitloop

Meet de variatie van het oppervlakte-element wanneer het onderdeel 360° om een ​​referentieas wordt gedraaid.

Circulaire uitloop = Maximale waarde − Minimale waarde

• Totale uitval

Deze meting bepaalt de afwijking van een oppervlakte-element van een onderdeel wanneer dit 360° om een ​​referentieas wordt gedraaid. De meting wordt over het gehele oppervlak uitgevoerd.

Totale uitloop = Maximale waarde - Minimale waarde

Veelgemaakte fouten bij het gebruik van geometrische toleranties

Het verkeerd interpreteren van geometrische symbolen, het negeren van materiaaleigenschappen en functionele eisen zijn veelvoorkomende fouten bij het gebruik van geometrische toleranties. Deze fouten leiden uiteindelijk tot een lagere efficiëntie in de productie en verminderde prestaties van het onderdeel.

Misverstand over geometrische tolerantiesymbolen

Het betekent dat mensen het symbool voor parallellisme interpreteren als loodrechtheid en daar vervolgens mee gaan frezen. Het verkeerd interpreteren van geometrische tolerantiesymbolen leidt tot slechte functionele eigenschappen, zoals onjuiste slijtage van lagers, en veroorzaakt uitlijnfouten tijdens de montage.

Verwaarloos materiaalconditiemodificatoren

Het negeren van materiaalconditie-modificatoren leidt tot:

• Te strakke toleranties
• Verlies van functionele eigenschappen
• Hogere inspectiekosten
• Problemen met de montage
• Toegenomen afval en herstelwerkzaamheden.

Functionele vereisten negeren

Het negeren van functionele eisen is niet de oorzaak van de inspectiegerelateerde problemen.

• Dit heeft uiteindelijk invloed op de prestaties van het onderdeel.
• Onderdeel begeeft het eerder tijdens gebruik.
• Verlies van prestaties
• Toegenomen garantie en storingen in het veld

De rol van geometrische tolerantie in DFM & DFMA

Geometrische toleranties kunnen worden toegepast in Design For Manufacturability (DFM) en Design For Manufacturability and Assembly (DFMA). Ze spelen in beide gevallen een verschillende rol.

Geometrische tolerantie in DFM

DFM heeft betrekking op maakbaarheid en procescapaciteit. Geometrische toleranties zorgen ervoor dat alleen de noodzakelijke toleranties consistent worden toegepast bij bewerkingsprocessen, zoals verspanen, slijpen, enz.

Geometrische tolerantie in DFMA

Bij DFMA zorgen geometrische toleranties er ook voor dat de onderdelen tijdens de assemblage probleemloos passen. Ze controleren dus de maatnauwkeurigheid met betrekking tot inspectie, assemblage en functionele eisen. Bij DFM daarentegen hebben geometrische toleranties alleen betrekking op productiegerelateerde toleranties.

Hoe kun je geometrische toleranties gebruiken om onderdelen te optimaliseren?

Door middel van geometrische toleranties kunnen onderdelen worden geoptimaliseerd voor specifieke eisen, zoals betere prestaties met minder materiaalverspilling, eenvoudige bewerking en lagere kosten.

Ontwerp kritieke kenmerken op de juiste manier.

Kritische kenmerken van een onderdeel zijn die kenmerken die direct van invloed zijn op de functionele eigenschappen, de montage en de levensduur. De as van een lager is bijvoorbeeld een kritisch kenmerk. In dit geval richt GD&T zich op de toleranties van de functionele geometrie, zodat het onderdeel met ruimere toleranties wordt geproduceerd. GD&T draagt ​​bij aan een eenvoudige montage met minder afval en nabewerking.

Beheersing van het productieproces

Geometrische toleranties sturen het productieproces door onnodig krappe toleranties bij de fabricage van onderdelen te vermijden. Bijvoorbeeld, voor een as in een lager zijn alleen eigenschappen zoals rechtheid, oppervlakteafwerking, enzovoort, kritisch. Geometrische toleranties worden dus alleen hier toegepast en de productieprocessen worden daarop afgestemd.

Controleer met nauwkeurige metingen.

Geometrische toleranties helpen bij het controleren van metingen, omdat de afmetingen worden gemeten ten opzichte van toepassingen in de praktijk. Zo worden bijvoorbeeld met behulp van geometrische toleranties niet alleen de algemene afmetingen van een as gemeten, maar ook de totale slingering ten opzichte van een referentieas.

Tips voor het correct aflezen van geometrische toleranties

Een beter begrip van geometrische toleranties helpt bij het efficiënter produceren van onderdelen, met minder afval en nabewerking, en tegen lagere kosten. Hier volgen enkele tips om geometrische toleranties effectief te begrijpen:

FCF begrijpen bij tekeningen

Elke technische tekening bevat een kader voor de controle van kenmerken. Dit kader bevat informatie over de vereiste geometrische toleranties en hoe deze gecontroleerd moeten worden. Het is een kader dat bij een kenmerk hoort. Zorg er daarom voor dat u dit kader en de betekenis van elk symbool, enzovoort, volledig begrijpt voordat u met de productie of inspectie begint. Zie bijvoorbeeld de volgende afbeelding:

Identificeer symbolen van geometrische tolerantie

Elk symbool voor geometrische toleranties verwijst naar een ander kenmerk van een onderdeel. In de bovenstaande afbeelding staat het symbool bijvoorbeeld voor de diameter. Het is daarom belangrijk om elk symbool voor geometrische toleranties te herkennen en te begrijpen.

Inzicht in de materiële toestand

Inzicht in materiaaleigenschappen betekent dat men moet weten hoe de afmeting van een kenmerk de geometrische tolerantie beïnvloedt en wat men moet gebruiken in MMC, LMC of RFS.

Conclusie

Geometrische toleranties vormen de kern van de productie van elk onderdeel. Deze toleranties garanderen dat het onderdeel voldoet aan alle functionele en montage-gerelateerde eisen. Dankzij lagere bewerkingskosten dragen ze bij aan een hogere precisie tegen lagere kosten. Een andere reden voor de kosteneffectieve bewerking is dat onnodig krappe toleranties worden weggelaten tijdens het tekenen en bewerken van de onderdelen. Geometrische toleranties zijn er in vijf hoofdtypen: vorm-, oriëntatie-, slingering-, profiel- en positietoleranties. Inzicht in deze toleranties leidt tot een hogere productiviteit in een kortere tijd.

Met decennialange ervaring in de productie kan Tuofa Precision CNC Service professioneel advies geven voor het ontwerp van uw onderdelen, met een diepgaand begrip van geometrische toleranties.

FAQ

Wat is het verschil tussen maattolerantie en geometrische tolerantie?

Maattolerantie heeft betrekking op de toelaatbare variatie in de afmetingen van een onderdeel. Een toelaatbare variatie van 0.2 mm is bijvoorbeeld toegestaan ​​bij een bout van 20 mm lang. Geometrische tolerantie beperkt de variatie in de oriëntatie, positie, vorm of slingering van het onderdeel.

Is GD&T een CAD-vaardigheid?

Nee, CAD is slechts een platform om het te communiceren. Het is een vaardigheid in het ontwerpen en produceren van een onderdeel.

Hoe lees je geometrische toleranties?

• Identificeer de functie die wordt aangestuurd.
• Lees de tolerantiewaarde af.
• Controleer de referentieas.
• Begrijp de tolerantiezone
• Koppel het aan een functie.

Hoe pas je GD&T toe in tekeningen?

Volg deze stappen:

1. Identificatie van functioneel kenmerk
2. Het juiste tolerantietype selecteren
3. Definiëren van de referentieas
4. Aanmaken van een feature control frame (FC)
5. Tolerantie koppelen aan het juiste kenmerk