Prostota a płaskość: różnice GD&T, które mają znaczenie w warsztacie

Mniej więcej co tydzień na naszym biurku ląduje rysunek z dwoma objaśnieniami, które wyglądają niemal wymiennie: krótka prosta linia narysowana nad trzonkiem i mały równoległobok narysowany nad twarzą. Prostoliniowość i płaskość są tolerancjami kształtu. Żadne z nich nie potrzebuje odniesienia do punktu odniesienia. Obydwa są zwykle sprawdzane za pomocą czujnika zegarowego i płytki powierzchniowej. A jednak zadają zupełnie inne pytania dotyczące części.

Inżynierowie, którzy są nowicjuszami w GD&T, często pytają nas, którego z nich użyć. Krótka odpowiedź jest taka, że ​​prostość kontroluje linię lub oś, podczas gdy płaskość kontroluje całą powierzchnię. Dłuższa odpowiedź dotyczy reszty tego artykułu.

Oto, jak wyjaśniamy klientom te dwa objaśnienia i jak różnica wpływa na rzeczywiste części.

Jaka prostota faktycznie kontroluje

Prostość jest kontrolą dwuwymiarową. W odniesieniu do płaskiej powierzchni mówi, że każdy pojedynczy element linii na tej powierzchni musi leżeć pomiędzy dwiema równoległymi liniami oddzielonymi wartością tolerancji. Zastosowany do cechy rozmiaru, takiej jak trzpień śruby, kołek ustalający lub wałek optyczny, kontroluje wyprowadzoną linię środkową, a strefa tolerancji staje się cylindrem, którego średnica jest równa wartości tolerancji.

Dwie właściwości czynią prostotę niezwykłą:

• Żadne dane nie są wymagane. Strefa tolerancji może się swobodnie przesuwać i obracać, aż do jak najściślejszego uchwycenia rzeczywistej cechy, więc inspektor mierzy tylko formę, a nie orientację czy lokalizację.
• Działa w jednym kierunku na raz. Powierzchnia, która mierzy dobrze na swojej długości, może nadal być wygięta, zwinięta lub skręcona na całej szerokości, a objaśnienie prostoliniowości w jednym kierunku tego nie uchwyci.

Oznaczenie prostoliniowości 0,02 mm na trzonie wału oznacza, że ​​wyprowadzona linia środkowa musi mieścić się wewnątrz cylindra o średnicy 0,02 mm na całej długości elementu. Jeśli na rysunku obok tolerancji zostanie dodany modyfikator maksymalnego stanu materiału, dopuszczalny błąd będzie wzrastał w miarę odbiegania rzeczywistej średnicy od maksymalnego stanu materiału. Ta dodatkowa tolerancja pozwala nieco bardziej zgiąć nieco mniejszy wał i mimo to przejść kontrolę.

Prostota naprawdę zasługuje na swoje miejsce w przypadku długich, smukłych elementów, które przesuwają się, obracają lub wyrównują coś innego: drążki prowadzące, wrzeciona, sworznie wypychaczy, trzonki zaworów i rdzenie wałów w małych skrzyniach biegów i mechanizmach obrotowych.

Co naprawdę oznacza płaskość

Płaskość przyjmuje ten sam pomysł i rozciąga go na całej powierzchni. Strefa tolerancji to dwie równoległe płaszczyzny oddzielone wartością tolerancji, a każdy punkt kontrolowanej powierzchni musi znajdować się pomiędzy nimi. Podobnie jak prostolinijność, płaskość nie wymaga odniesienia, a dwie płaszczyzny mogą się swobodnie przechylać, aż do jak najściślejszego uchwycenia powierzchni.

Ta wolność jest ważną częścią. W objaśnieniu dotyczącym płaskości nie ma znaczenia, w jaki sposób powierzchnia jest zorientowana w przestrzeni. Dba tylko o to, aby sama powierzchnia nie była wygięta, wklęsła lub pofalowana. Idealnie płaska twarz znajdująca się pod kątem trzech stopni w stosunku do dolnej części części jest nadal płaska.

Prostota i płaskość są ze sobą powiązane. Płaska powierzchnia jest automatycznie prosta w każdym kierunku, w którym można narysować przez nią linię. Odwrotność nie jest prawdą. Wyobraź sobie kartkę papieru delikatnie zwiniętą wokół dużego cylindra. Każda linia biegnąca wzdłuż rolki jest idealnie prosta, ale arkusz jako całość jest zakrzywiony. Objaśnienie prostoliniowości zaakceptowałoby ten arkusz. Objaśnienie dotyczące płaskości odrzuciłoby to.

Płaskość jest również dokładniejszym określeniem, gdy ściana musi uszczelniać, przesuwać się lub przylegać do innej powierzchni pod obciążeniem. Podkładka kołysająca się na obudowie lub gniazdo zaworu, które nie zamyka się równomiernie, to problem z płaskością, a nie prostoliniowością.

Prostoliniowość a płaskość: różnica w tabeli

Rozróżnienie linia-powierzchnia ma kilka praktycznych konsekwencji, które przyciągają uwagę:

1. Płaskość oznacza prostotę we wszystkich kierunkach. Jeśli powierzchnia jest płaska w promieniu 0,05 mm, każda narysowana na niej linia jest również prosta w promieniu 0,05 mm.
2. Prostoliniowość w jednym kierunku nie mówi nic o kierunku prostopadłym. Część może przejść jednokierunkową kontrolę prostoliniowości i nadal kołysać się na płycie powierzchniowej.
3. Prostoliniowość osi i prostość powierzchni zachowują się inaczej, mimo że mają tę samą nazwę i są drukowane z tym samym rodzajem objaśnień.
4. Żadne objaśnienie nie kontroluje tekstury powierzchni, falistości w innej skali ani orientacji elementu względem odniesienia. Zamiast tego potrzebne są notatki dotyczące wykończenia powierzchni, profilu, równoległości lub prostopadłości.

Gdzie należy każde objaśnienie na prawdziwym rysunku

W praktyce oba objaśnienia zwykle znajdują się w różnych rogach wydruku.

Prostość zwykle pojawia się

• Pręty prowadzące, wrzeciona i tłoki, które muszą przebiegać prosto na całej swojej długości.
• Kołki, kołki stożkowe i kołki ustalające, które ustalają położenie mocowania lub płyty.
• Rdzenie wałów, wały schodkowe i wały optyczne w małych zespołach obrotowych.
• Długie kołki i pręty gwintowane, których zginanie mogłoby spowodować nieprawidłowe ustawienie złącza.

Płaskość zwykle pojawia się

• Powierzchnie uszczelniające na korpusach zaworów, armaturach i elementach hydraulicznych.
• Powierzchnie podkładek, powierzchnie łożyskowe nakrętek i powierzchnie łożyskowe łbów śrub, które równomiernie rozkładają obciążenie zaciskające.
• Powierzchnie kołnierzy, powierzchnie końcowe przekładni, podkładki montażowe i pokrywy, które są przykręcane i nie mogą przeciekać.
• Dowolna powierzchnia, która ślizga się po innej powierzchni, np. płyta ścieralna lub osłona przesuwana.

Śruba z łbem walcowym z gniazdem sześciokątnym jest dobrym przykładem obu objaśnień znajdujących się na tej samej części. Trzon może mieć oznaczenie prostoliniowości osi, dzięki czemu nie będzie zatykał się w otworze przelotowym, natomiast spód łba może posiadać oznaczenie płaskości, dzięki czemu obciążenie zaciskające rozkłada się równomiernie, a nie koncentruje na jednej krawędzi.

Jak mierzymy oba elementy na hali produkcyjnej

Żadna z tolerancji nie jest trudna do sprawdzenia, ale obie są łatwe do sprawdzenia źle.

Pomiar prostoliniowości

W przypadku linii na powierzchni część znajduje się na płycie powierzchniowej, a czujnik zegarowy przesuwa się wzdłuż elementu. Rozpiętość pomiędzy najwyższym i najniższym odczytem, ​​wzięta wzdłuż tej pojedynczej linii, to błąd prostoliniowości. W przypadku osi część jest podparta w blokach V lub pomiędzy środkami, obracana i przeciągana wzdłuż jej długości. Kierunek wysokich punktów ma takie samo znaczenie jak ich rozmiar, ponieważ objaśnienie tak naprawdę odnosi się do pochodnej linii środkowej, a nie do powierzchni, której można dotknąć.

Pomiar płaskości

Na płycie powierzchniowej wysokościomierz lub wskaźnik przesuwa siatkę po powierzchni, a różnica między najwyższym i najniższym odczytem jest błędem płaskości. W przypadku docieranych lub drobno szlifowanych powierzchni, płaska optyczna i monochromatyczne źródło światła pokazują pasma interferencyjne, które w ciągu kilku sekund odwzorowują kształt powierzchni. W przypadku ścian złożonych lub przerywanych praktyczną metodą jest zwykle skanowanie siatki maszyny współrzędnościowej.

Niezależnie od zastosowanej metody, o tym, czy liczba ma jakiekolwiek znaczenie, decydują trzy rzeczy. Podeprzyj część tak, jak jest osadzona w zespole, ponieważ trzypunktowe podparcie zapobiega kołysaniu, które powoduje nadmuchanie przy każdym odczycie. Niech część i miernik osiągną tę samą temperaturę, ponieważ stalowa powierzchnia czołowa o średnicy 100 mm rośnie o około 0,0012 mm na każdy stopień Celsjusza. I wyczyść powierzchnię, ponieważ pojedynczy chip na płycie powierzchniowej ma z łatwością kilka mikrometrów wysokości. Utrzymywanie tych zmiennych pod kontrolą to główny cel pracy z dokładnością wymiarową i omówiliśmy to bardziej szczegółowo w naszej notatce na temat jak utrzymujemy dokładność wymiarową pod kontrolą .

Nadmierna tolerancja kosztuje więcej niż niedostateczna tolerancja

Jeśli istnieje jeden nawyk, od którego odchodzimy, jest to objaśnienie płaskości lub prostoliniowości skopiowane z poprzedniego rysunku na część, która nigdy jej nie potrzebowała.

Dokręcenie płaskości z 0,05 mm do 0,01 mm na powierzchni podkładki nie powoduje jedynie zmiany liczby w arkuszu kalkulacyjnym. Zmienia proces. Oznacza to docieranie lub szlifowanie dokładne, częstsze obciąganie kół, dodatkowe stanowiska kontrolne, sortowanie i wyższy poziom złomu. To samo dotyczy prostoliniowości wału: oznaczenie osi o średnicy 0,01 mm na trzpieniu o średnicy 200 mm zwykle zamienia operację toczenia w operację szlifowania.

Kilka praktycznych zasad, których używamy podczas sprawdzania wydruku z klientem:

• Zapytaj, co faktycznie robi ta funkcja. Powierzchnie uszczelniające, przesuwne i lokalizujące otrzymują informację o płaskości. Kosmetyczne twarze rzadko to robią.
• Zachowaj tolerancję tak dużą, jak pozwala na to funkcja. Jeśli zespół toleruje odchylenie 0,1 mm, wymaganie dotyczące płaskości 0,05 mm jest już dwa razy bardziej rygorystyczne niż to konieczne.
• Stosuj prostość dla osi i linii, płaskość dla obszarów. Pomieszanie ich jest najczęstszym powodem odrzucenia części z powodu czegoś, co nigdy nie miało znaczenia.
• Pamiętaj, że płaskość oznacza prostotę. Nakładanie obu na tę samą twarz jest zwykle zbędne.

W przypadku prac niestandardowych ta rozmowa ma największe znaczenie, ponieważ każdy niestandardowy element mocujący lub część obrobiona zaczyna się od rysunku i decyzji o tym, co naprawdę należy kontrolować.

Prostota i płaskość nie są konkurencyjnymi objaśnieniami. Opisują dwa różne kształty błędu: błądzącą linię i powierzchnię, która opuściła swoją płaszczyznę. Gdy to rozróżnienie stanie się jasne, podejmowanie decyzji stanie się łatwiejsze, a kontrola skrócona, ponieważ nikt nie będzie musiał się spierać, która strefa tolerancji ma zastosowanie.

Jeśli wydruk na Twoim biurku wygląda niejednoznacznie lub tolerancja wydaje się bardziej rygorystyczna niż wymaga tego praca, prześlij go. Wolimy to omówić, zanim żetony polecą, niż później sortować części.