Geometrisk toleranse: Hva, hvorfor og hvordan brukes den?

Det aller første trinnet i å lage en del er tegning, hvor dimensjonene bestemmes. Denne geometrien brukes deretter til å produsere delen etter valg av råmateriale, maskineringsprosesser og maskinering. For å unngå uønskede avvik fra de grunnleggende dimensjonene brukes geometriske toleranser. Denne artikkelen forklarer alle parameterne for geometriske toleranser.

Definisjon av geometrisk toleranse

Geometrisk toleranse handler ikke bare om tillatte variasjoner i lengde, bredde osv., men den dekker også alle aspekter av delen, som retthet, vinkelretthet osv.

Utvikling av geometrisk toleranse

Historien om bruk av toleranse er svært gammel. I gamle dager ble tradisjonelle toleranser brukt. De tillatte variasjonene i lengde, bredde og tykkelse på delen ble dekket, men det var ikke nok til å kontrollere materialsvinn og monteringsproblemer. De geometriske toleransene ble offisielt utviklet på 1960-tallet med den aller første standarden, dvs. ASME Y 14.5 - 1966.

Når skal man bruke geometrisk toleranse

Vanligvis brukes geometriske toleranser gjennom hele produktets levetid. For eksempel brukes de geometriske toleransene i designfasen for å sikre funksjonell montering, i maskineringsfasen brukes de til å velge en maskineringsprosess, planlegge maskineringssekvensen osv. I monteringsfasen brukes de til å sikre at delene passer helt sammen osv.

Hva er typer geometrisk toleranse?

I en komponent finnes det flere egenskaper, som flathet, overflateprofil, parallellitet osv., som påvirker delenes funksjonelle egenskaper og montering. For å sikre at disse egenskapene produseres nøyaktig, brukes forskjellige geometriske toleranser, som diskuteres nedenfor:

Form Toleranse

Formtoleranse er relatert til formen på en del av en del. Dette er typene:

• Flathet
• retthet
• sirkularitet
• Sylindricitet

Formtoleranse sikrer at hver funksjon viser riktig geometrisk funksjon uavhengig av plassering eller orientering. I denne typen geometrisk toleranse er det ikke nødvendig å definere noen dataakse.

Profiltoleranse

I denne typen geometrisk toleranse er det vanligvis viktig å definere en nullpunktsakse. Denne geometriske toleransen styrer:

• Profilen til en linje
• Profilen til en overflate

Denne typen geometrisk toleranse er ansvarlig for å sikre at formen, orienteringen og plasseringen av linjen eller overflaten forblir nøyaktig med hensyn til ideell CAD-definert geometri.

Orienteringstoleranse

Funksjoner som parallellitet, vinkelretthet og vinkelretthet er spesifisert til en viss vinkel i forhold til nullpunktsaksen. Denne toleransetypen styrer det tillatte avviket for en funksjon fra den vinkelen. I denne typen er det obligatorisk å tegne en nullpunktsakse først.

Plasseringstoleranse

Disse toleransene er ansvarlige for utskiftbarhet, montering og funksjonell justering. I denne typen er det obligatorisk å definere nullpunktsaksen. Den har følgende typer:

• Stilling
• Konsentrisitet

Denne geometriske toleransen sikrer at posisjonen til funksjonene forblir innenfor den sylindriske toleransesonen i forhold til dataaksen.

Utløpstoleranse

Denne toleransen brukes for deler som roterer rundt en akse. Denne toleransen sikrer at delen ikke vingler når den roterer. Dens typer inkluderer:

• Sirkulær Runout
• Totalt runout

Det er viktig å definere datumaksen i denne typen, og den er også obligatorisk.

Hvorfor brukes geometrisk toleranse?

Tidligere ble tradisjonelle toleranser, som dekker grunnleggende dimensjoner, som lengde, bredde og tykkelse på delen, brukt, men maskineringskostnadene og materialsvinnet var høyere. For å dekke disse tapene ble det utviklet geometriske toleranser.

For å oppfylle funksjonelle krav

Funksjonelle krav inkluderer:

• Hvordan delen passer
• Fordeling av lasten i delen
• Hvordan den er plassert med henvisning til dataaksen
• Forebygging av lekkasje
• Kontroll over slitasjen på delen

For å oppfylle disse kravene brukes geometriske toleranser. For eksempel bidrar toleranser i flathet, parallellitet og vinkelretthet til jevn lastfordeling med delen.

For å sikre pålitelig montering

Etter maskinering av delen er montering den nest viktigste parameteren som påvirker ytelsen og syklusen til en komponent. Geometriske toleranser sikrer pålitelig montering ved å effektivt kontrollere delens retning, plassering og andre egenskaper i forhold til nullpunktsaksen.

Å optimalisere produksjonskostnadene

I geometriske toleranser brukes stramme toleranser kun der funksjonaliteten er nødvendig, og dermed forhindres unødvendig maskinering. Maskinering i ett lag brukes i stedet for sekundære operasjoner, som honing osv. Disse parameterne fører til en reduksjon i produksjonskostnader.

Slik bruker du geometrisk toleranse

Det finnes en skikkelig prosess for å anvende geometriske toleranser på en del, som starter med identifisering av funksjonskravene. Hvert trinn diskuteres kort nedenfor:

Identifiser funksjonelle krav

Noen funksjoner er kjernen i applikasjonene der delene brukes. For eksempel er styrke det funksjonelle kravet til en aksel. Den skal overføre dreiemoment uten å gi etter. Så det første trinnet er å identifisere de funksjonelle kravene.

Velg riktige geometriske toleransetyper

Det andre trinnet er å velge den geometriske toleransetypen (plasseringstoleranse, formtoleranse, orienteringstoleranse osv.). Den velges basert på:

1. Funksjonelle krav
2. Delens rolle i montering og bevegelse
3. Last banefølsomhet
4. Datumrelasjoner
5. produserbarhet

Definer referanser

Det tredje trinnet er å definere nullpunktene i delens geometri. Et enkelt punkt eller en enkelt akse velges rundt hvilken alle delens egenskaper er orientert i en sylindrisk toleransesone.

Bruk toleranser på tegninger

For å anvende geometriske toleranser på en tegning brukes funksjonskontrollrammer (FCC), som er videre knyttet til funksjonelle datum. Deretter spesifiserer de tillatte avvikene i orientering, form osv., slik at riktig montering, funksjonalitet og produksjon kan sikres.

Bekreft toleranse ved montering

For verifisering av anvendte toleranser ved montering brukes forskjellige verktøy, som go/no-go-målere, måleur, pluggmålere og en koordinatmålemaskin.

Slik beregner du geometrisk toleranse

Geometriske toleranser kan relateres til form, orientering eller avvik. De beregnes ved hjelp av forskjellige formler.

Beregn formtoleranser

Formtoleranser inkluderer flathet, retthet, sirkularitet og sylindrisitet.

• Flathet

Måler hvor mye en overflate avviker fra et perfekt spesifisert plan.

Formel: Flathet = Maks høyde − Min høyde

• retthet

Hvor mye en linje avviker fra en perfekt rett linje kalles rettlinje.

Formel: Rettlinje = Maksimalt avvik fra ideell rett linje

• sirkularitet

Måler hvor mye en funksjon, som et hull, avviker fra en perfekt sirkel.

Formel: Sirkularitet = R _maks −R _min

• R_max er den maksimale radiusen
• R_minutter er minimumsradiusen
• Sylindricitet

Måler hvor mye en del er jevnt avrundet, rett og glatt langs aksen.

Formel: Sylindrisitet = R _maks −R _min

Beregn orienteringstoleranser

• parallellitet

Måler at en overflate ikke må avvike fra to parallelle plan som er parallelle med et spesifisert nullpunkt.

Formel: Parallellitetsfeil = Maks avstand − Min avstand

• vinkelrettethet

Måler avviket til en delakse fra den sylindriske toleransesonen definert ved 90° i forhold til en nullpunktakse.

Formel: Vinkelretthetsfeil = Maks. avvik fra 90°

• Vinkelhet

Måler avviket til en delakse fra den sylindriske toleransesonen som er spesifisert i en grunnvinkel til en nullpunktakse.

Formel: Vinkelfeil = Maks. avvik fra spesifisert vinkel

Beregn plasseringstoleranser

• Stilling

Måler avviket til en akse i en del fra 3D-toleransesonen i forhold til en nullpunktreferanse.

Posisjon = 2 × ( ^x² + ^y² ) ^1/2

• X²er avviket i x-aksen
• Y²er avviket i y-aksen
• Konsentrisitet

Måler justeringen av alle medianpunktene til en del med medianpunktene til en datumfunksjon.

Konsentrisitet = Maks. senteravvik

• Symmetry

Måler materialfordelingen på begge sider av nullaksen.

Symmetri = Maksimalt avvik fra medianplanet

Beregn utløpstoleranser

• Sirkulær Runout

Måler variasjonen av overflateelementet når delen roteres 360° rundt en dataakse.

Sirkulær utløp = Maks. avlesning − Min. avlesning

• Totalt runout

Måler avviket til et overflateelement på en del når den roteres 360° rundt en nullakse. Det kontrolleres gjennom hele overflaten.

Total avlesning = Maks. avlesning − Min. avlesning

Vanlige feil ved bruk av geometrisk toleranse

Misforståelse av geometriske symboler, neglisjering av materialtilstandsmodifikatorer og funksjonelle krav er vanlige feil folk gjør når de bruker geometriske toleranser. Disse feilene fører til slutt til redusert effektivitet i produksjonen og ytelsen til delen.

Misforstå geometriske toleransesymboler

Det betyr når folk forstår symbolet for parallellitet som vinkelretthet og deretter maskinerer deretter. Misforståelse av geometriske toleransesymboler fører til dårlige funksjonelle egenskaper, som feil lagerslitasje og forårsaker feiljustering under montering.

Forsømmelse av modifikatorer for materielle tilstander

Neglisjering av tilstandsmodifikatorer for materielle forhold resulterer i:

• For stramme toleranser
• Tap av funksjonelle egenskaper
• Høyere inspeksjonskostnader
• Monteringsproblemer
• Økt skrap og omarbeiding

Forsømmelse av funksjonelle krav

Neglisjering av funksjonelle krav forårsaker ikke inspeksjonsrelaterte problemer.

• Til syvende og sist påvirker det delens ytelse.
• Delen svikter tidligere under service
• Tap av ytelse
• Økt garanti og feltfeil

Rollen til geometrisk toleranse i DFM og DFMA

De geometriske toleransene kan brukes i Design For Manufacturability (DFM) og Design For Manufacturability and Assembly (DFMA). De spiller sine roller forskjellig i begge.

Geometrisk toleranse i DFM

DFM er relatert til produksjonsevne og prosesskapasitet. Geometriske toleranser sikrer at bare nødvendige toleranser brukes konsekvent med hensyn til maskineringsprosesser, som maskinering, sliping osv.

Geometrisk toleranse i DFMA

I tilfelle DFMA sikrer geometriske toleranser også at delene passer lett i montering uten feil. Dermed kontrollerer de dimensjonsnøyaktigheten med hensyn til inspeksjon, samt monterings- og funksjonskrav. Mens i DFM omhandler geometriske toleranser kun produksjonsrelaterte toleranser.

Hvordan bruke geometrisk toleranse for å optimalisere deler?

Gjennom geometriske toleranser kan deler optimaliseres for krav, som forbedret ytelse med lavere materialsvinn, enkel maskinering og lavere kostnader.

Design kritiske funksjoner riktig

Kritiske egenskaper ved en del er de egenskapene som direkte påvirker funksjonelle egenskaper, montering og levetid. For eksempel er akselaksen en kritisk egenskap i et lager. I dette tilfellet fokuserer GD&T toleranser på funksjonell geometri, slik at delen produseres med løsere toleranser. GD&T bidrar til å sikre enkel montering med redusert skrap og omarbeiding.

Kontrollproduksjonsprosess

Geometriske toleranser styrer produksjonsprosessen ved å unngå unødvendige stramme toleranser i delproduksjonen. For eksempel, for en aksel i et lager, er det bare egenskaper som retthet, overflatefinish osv. som er kritiske. Så geometriske toleranser brukes bare her, og produksjonsprosesser velges deretter.

Bekreft med nøyaktig måling

Geometriske toleranser hjelper med å verifisere målingene fordi dimensjonene måles i forhold til virkelige applikasjoner. For eksempel, gjennom geometrisk toleranse måles ikke bare generelle dimensjoner i en sjakt, men også den totale utløpsvinkelen i forhold til en nullpunktsakse måles.

Tips for å lese geometrisk toleranse riktig

En bedre forståelse av geometriske toleranser bidrar til å produsere deler med høyere effektivitet, mindre skrap og omarbeiding, og til lavere priser. Her er noen tips for å forstå geometriske toleranser effektivt:

Forstå FCF på tegninger

Hver teknisk tegning inneholder et rammeverk for funksjonskontroll. Det inneholder informasjon om den nødvendige geometriske toleransen og hvordan man kontrollerer den. Det er en festet boks til en funksjon. Så forstå dette rammeverket fullstendig og betydningen av hvert symbol osv. før produksjon eller inspeksjon. Se for eksempel følgende figur:

Identifiser symboler for geometrisk toleranse

Hvert geometrisk toleransesymbol refererer til en annen egenskap ved en del. For eksempel, i figuren ovenfor, er symbolet for diameter. Så identifiser og forstå hvert geometrisk toleransesymbol.

Forstå materiell tilstand

Forståelse av materialtilstand betyr at man bør vite hvordan en funksjonsstørrelse påvirker den geometriske toleransen og hva som skal brukes i MMC, LMC eller RFS.

Konklusjon

Geometriske toleranser er kjernen i produksjonen av enhver del. Disse toleransene sikrer at delen oppfyller alle funksjonelle og monteringsrelaterte krav. Disse toleransene bidrar til å oppnå høyere presisjon til kostnadseffektive maskineringskostnader på grunn av lavere maskineringskostnader. En annen grunn til kostnadseffektiv maskinering er at unødvendig stramme toleranser fjernes fra tegning og maskinering av delene. Geometriske toleranser har fem hovedtyper, dvs. form, orientering, utløp, profil og plassering. Forståelse av disse toleransene resulterer i høyere produktivitet på kortere tid.

Med flere tiår med produksjonserfaring kan Tuofas presisjons-CNC-tjeneste gi profesjonelle forslag til design av deler med dyp forståelse av geometrisk toleranse.

FAQ

Hva er forskjellen mellom dimensjonal toleranse og geometrisk toleranse?

Dimensjonstoleranse er relatert til den tillatte variasjonen i størrelsen på delen. 0.2 mm er en tillatt variasjon i en 20 mm lang bolt. Geometrisk toleranse begrenser variasjonen i delens orientering, plassering, form eller utkast osv.

Er GD&T en CAD-ferdighet?

Nei, CAD er bare en plattform for å kommunisere det. Det er en ferdighet i å designe og produsere en del.

Hvordan lese geometriske toleranser

• Identifiser funksjonen som kontrolleres
• Les av toleranseverdien
• Sjekk nullpunktsaksen
• Forstå toleransesonen
• Relater det til funksjon

Hvordan anvende GD&T i tegninger?

Følg disse instruksjonene:

1. Identifisering av funksjonell funksjon
2. Valg av riktig toleransetype
3. Definering av nullpunktsaksen
4. Opprettelse av funksjonskontrollramme (FC)
5. Tilknytning av toleranse til riktig funksjon