ASME Y14.5-2009 מספק הנחיות עבור 14 סוגים שונים של סובלנות גיאומטריות, כל אחד מציין דרך ספציפית לשלוט בתכונות חלקים שונות. כדי לפשט את ההבנה, ניתן לסווג את 14 הסוגים הללו לחמש קבוצות עיקריות, שהן צורה, פרופיל, אוריינטציה, מיקום ותאוצה.
בקרות המיקום משמשות לשליטה הדוקה במיקום של תכונה ביחס לנתון. בתוך קטגוריית המיקום, ישנם שלושה פקדים: ריכוזיות, סימטריה ומיקום.
קונצנטריות היא סובלנות מורכבת המופעלת כדי להבטיח דיוק ואיכות בייצור, כולל חלקים בעיבוד CNC. מהי בעצם קונצנטריות ב-GD&T, כיצד ניתן למדוד אותה, ומהם ההיבטים השונים, היישומים וההבחנות שלה מהרצה ומיקום? הבה נחקור את הפרטים של ריכוזיות כדי להתמודד עם שאלות אלה.
מהי ריכוזיות ב-GD&T?
רמת דיוק גבוהה בתכנון הקונצנטרי של חלקים מכניים הוא הכרחי לעתים קרובות לפעולה משביעת רצון. לדוגמה, צינורות העומדים בלחצים גבוהים חייבים להיות מתוכננים בעובי דופן אחיד כדי למנוע נקודות מבניות חלשות. ב GD&T(מימד גיאומטרי וסובלנות), ריכוזיות היא הסבר תלת-ממדי המבטיח תכונות של חלק אחד או יותר קונצנטריות סביב ציר הנתונים.
עם זאת, ב-GD&T, המשמעות של ריכוזיות שונה במקצת מההגדרה המילולית שלה המובנת בדרך כלל על ידי מהנדסים. המטרה של הסבר קונצנטריות היא להבטיח שנקודת האמצע של שתי נקודות מנוגדות בקוטר תיפול בתוך אזור סובלנות מוגדר. למרות שלתכונה המעגלית עשויות להיות וריאציות של פני השטח כגון חריצים או נפילות, חלוקת המסה סביב הציר המרכזי צריכה להישאר אחידה.
חלוקת מסה מאוזנת זו חיונית ביישומים שבהם החלק עובר סיבוב במהירות גבוהה, מכיוון שיש סיכון לתנודה או בלאי לא אחיד. עם זאת, השגת ומדידה של קונצנטריות במהלך הייצור יכולה להיות מאתגרת. במקרים רבים, הסברים פשוטים יותר, כגון יציאה מעגלית, טווח כולל, מיקום או פרופיל יכולים להשיג את אותה התוצאה הרצויה.
אזור סובלנות ריכוזיות
ריכוזיות GD&T מוגדרת על ידי אזור סובלנות גלילי. מסגרת בקרת התכונה מספקת ציר נתונים המשמש כנקודת ייחוס לבניית אזור זה. הקוטר של האזור הגלילי מייצג את ערך הסובלנות המותר שצוין בהסבר.
כדי להבטיח ריכוזיות, יש לקבוע את הציר החציוני בפועל של החלק על ידי חישוב נקודות האמצע של נקודות מנוגדות בקוטר. כאשר כל הנקודות החציוניות הללו מחוברות, הקו המתקבל מייצג את הציר החציוני. כדי שהחלק יעמוד בדרישות, כל הנקודות לאורך הציר החציוני חייבות ליפול בתוך אזור הסבילות הגלילי.
מסגרת בקרת תכונת ריכוזיות
תכונה של מסגרות בקרה (FCFs) משמשים כדי לתקשר את תנאי הייצור, הבקרות והסובלנות החלים על תכונת חלק ספציפית. מקובל שלחלק בודד יש תכונות מרובות שה-GD&T סובלנות, והסובלנות של כל תכונה מיוצגת על ידי FCF משלו. ה-FCF מחובר לתכונה הנשלטת או לקו ההרחבה שלו באמצעות חץ מוביל.
ניתן להסביר את מסגרת בקרת התכונה עבור ריכוזיות GD&T כפריסה המורכבת משלושה בלוקים. בלוקים אלה מגדירים את הדרישות לריכוזיות ומציינים כי "ביחס לנתון A, כל הנקודות החציוניות של אלמנטים מנוגדים על פני השטח הגלילי חייבות ליפול באזור סובלנות גלילי של 0.03".
1. בלוק מאפיין גיאומטרי
במילים אחרות, הבלוק הראשון בתוך מסגרת בקרת תכונת הריכוזיות מחזיק בסמל הסובלנות הגיאומטרי המוחל על התכונה. בבלוק זה, סמל הקונצנטריות, המיוצג על ידי שני עיגולים קונצנטריים, משמש לציון וציון הסובלנות הנדרשת.
2. בלוק סובלנות תכונה
הבלוק השני בתוך ה-FCF מספק פרטים על הגודל והסוג של אזור הסובלנות המוחל. במקרה של ריכוזיות, אזור זה הוא גלילי בצורתו והוא מכונה אזור סובלנות דימטרלי. בבלוק זה, סמל הקוטר משמש לציון הקוטר של אזור גלילי זה, המייצג את ערך הסובלנות או את הסטייה המקסימלית המותרת עבור נקודות החציון של החלק.
יש לציין שלא ניתן להשתמש בחומרי משנה בריכוזיות עקב ההשפעה הפוטנציאלית של סובלנות בונוס. סובלנות נוספת זו תגדיל את אזור הסובלנות, וכתוצאה מכך פונקציית צעד עם קטרים משתנים ושינויים חדים בקוטר פני השטח.
3. חסימת דאטום
הבלוק השלישי ב-FCF מציע פרטים על אלמנט הדאטום. בהתאם לדרישה הספציפית, אלמנט הדאטום יכול להיות נקודת מרכז, קו מרכז או מישור דאטום. במקרה של ריכוזיות, אלמנט הדאטום הוא ציר דאטום הנגזר מתכונת דאטום. ראוי לציין שבמקרים מסוימים, מסגרת בקרת תכונת הריכוזיות עשויה לכלול מספר נתונים, כמו למשל במקרה של פירים בעלי קטרים מרובים.
ריכוזיות מול יציאה מול מיקום
ריכוזיות היא דרישה מכרעת ביישומים מיוחדים שונים שמתעדפים פיזור מסה אחיד. עם זאת, בשל האופי המאתגר והיקר של יישום קונצנטריות, חיוני להיות מודע לתוספים חלופיים שיכולים לעמוד במפרטים הנדרשים מבלי לפגוע בתוצאה הרצויה.
נגמר ומיקום הם שני הסברים הקשורים זה לזה שיכולים לשמש כתחליף לריכוזיות ביישומים רבים.
ריכוזיות מול מיקום
מיקום ב-GD&T הוא הסבר פשוט יחסית שיכול לציין את המיקום והגודל של תכונות שונות. במקרים רבים, הסבר המיקום יכול לשמש חלופה מתאימה לריכוזיות. כאשר אין דרישה לפיזור מסה מדויק, גדלי חורים סטנדרטיים וסובלנות מיקום עדיפים על פני קונצנטריות.
ריכוזיות מול אאוט
קונצנטריות ו-runout הן שתי סובלנות גיאומטריות הקשורות קשר הדוק ב-GD&T המשמשות להערכת המעגליות והקואקסיאליות של מאפיינים גליליים או כדוריים.
האתגר במדידת ריכוזיות טמון בקביעת הציר החציוני הנגזר של החלק, שלא ניתן לחישוב מהימן ללא שימוש במחשב.
מצד שני, ניתן למדוד בקלות את התפקוד מפני השטח של החלק מכיוון שזו תכונה מוחשית. מכשירים פשוטים כמו בלוק V ו מחוון חיוג יכול לספק מדידות יציאה מדויקות. כתוצאה מכך, במקרים מסוימים, החלפת דרישות קונצנטריות ב-runout יכולה לחסוך זמן ועלות, מכיוון שקל יותר למדוד ולהשיג את ה-runout.
בעוד שקונצנטריות מעריכה עד כמה תכונה גלילית ממורכזת על ציר תיאורטי, הריסת בוחנת את המידה שבה התכונה סוטה ממעגל מושלם שמרכזו במדויק על ציר סיבוב. תאוצה מוגדרת לרוב כסכום המעגליות והקונצנטריות. במקרה של חלק עגול לחלוטין, סובלנות היציאה תהיה שווה לסובלנות הריכוזיות.
ישנם מספר הבדלים עיקריים בין ריכוזיות ל-runout:
- ריכוזיות מעריכה את הציר או המישור המרכזי של תכונה, בעוד ש-runout מעריך את הנתיב המעגלי של תכונה;
- ריכוזיות משמשת כדי להבטיח יישור סיבובי ולמנוע רטט, בעוד ש-runout משמש להערכת צורת פני השטח;
- סמל ה-GD&T עבור ריכוזיות ויציאה שונה, כמו גם האופן שבו הם מיוצגים על ציור.
מתי נדרשת ריכוזיות?
בשל המורכבות שלו, הקונצנטריות שמורה בדרך כלל לחלקים הדורשים דיוק גבוה כדי לתפקד ביעילות.
החשיבות של ריכוזיות תלויה בשימוש הסופי הספציפי. לדוגמה, אם צינור צריך להתאים בתוך פתח וחלק אחר צריך להתאים לקוטר הפנימי של הצינור (ID), ייתכן שהקוטר החיצוני (OD), המזהה והריכוזיות יצטרכו להתיישר כדי שכל החלקים יתפקדו יחד בצורה חלקה.
מצד שני, אם היישום כרוך במעבר של נוזל או גז דרך צינור, ייתכן שהריכוזיות לא תהיה קריטית כמו אי-ריכוזיות לא תפריע לזרימה.
אף על פי כן, גם במקרים שבהם הריכוזיות אינה מכרעת, עדיין ייתכן שיהיה צורך לקבוע את רמת הסטייה המקובלת מהקונצנטריות עבור ה-OD/ID. לדוגמה, כאשר נוזל או גז זורמים דרך צינור בלחץ, ציון עובי דופן מינימלי מקובל הופך חשוב כדי למנוע שבירה באזורים דקים של דופן הצינור הלא קונצנטרית.
בחירת החומר יכולה להיות קשורה גם לריכוזיות ולעובי הקיר המינימלי/מקסימלי במידה מסוימת. לדוגמה, אם בחרת בצינור מרותך שיעבור שחיקה כדי ליצור חלק, ייתכן שיהיה חשוב לציין עובי מינימלי כדי למנוע שחיקה מוגזמת ושבירת ריתוך פוטנציאלית.
באופן דומה, אם הצינור ישמש ביישום הכולל תנועה של נוזל בלחץ גבוה, בחירה בחומר ללא תפר שנמשך במקום מרותך עשויה להיות בחירה מתאימה יותר כדי למזער את הסיכון לשבירה. עם זאת, אם הצינור פשוט ישחרר אוויר לסביבה, שימוש בצינורות חלקים עשוי להיחשב מוגזם מבחינת הנדסה.
אתגרים של מדידת ריכוזיות
קביעת ריכוזיות ואימות אם ה-OD וה-ID שצוינו הושגו מתמודדים עם קשיים מסוימים. בנוסף לביסוס הציר המרכזי התיאורטי, מדידת קונצנטריות דורשת:
- ביצוע מדידות רבות על פני חתכים מרובים;
- מיפוי מדויק של פני השטח וזיהוי הנקודות החציוניות של החתכים;
- שרטוט נקודות אלה כדי לבדוק אם הן נופלות בתוך אזור הסבילות הגלילי.
בעוד א מִיקרוֹמֶטֶר או המשווה אופטי יכול לשמש למדידת קונצנטריות במקרים מסוימים, השיטה המדויקת ביותר כוללת שימוש במכונת מדידת קואורדינטות (CMM) או התקני מדידת מחשב אחרים. עם זאת, השימוש ב-CMM עלול לקחת זמן ולגרום לעלויות נוספות.
אתגר נוסף נובע מהעובדה הנוכחית עיבוד מיקרו טכניקות הובילו לייצור של חלקים קטנים יותר ויותר. לדוגמה, במקרה של צינורות חתוכים מדויקים המשמשים ב מכשירים רפואיים, הקושי טמון כיצד למדוד את הקונצנטריות של שני קטרים בצינורות קטנים במיוחד.
כיצד למדוד ריכוזיות
תהליך המדידה לריכוזיות הוא הסיבה העיקרית לכך שמעצבים ומכינים רבים נוטים להימנע ממנו. ביצוע המדידות הנדרשות הוא זמן רב, יקר ומאתגר.
המפקח נדרש לבנות את הציר המרכזי בפועל של החלק על ידי חיבור נקודות המרכז של חתכים עגולים עוקבים. זו הסיבה שהשגת מדידות קונצנטריות מדויקות מחייבת שימוש במכונת מדידת קואורדינטות (CMM) או שיטות מדידה אחרות בעזרת מחשב כגון מערכת מדידת פיר אופטי או מיקרומטר לייזר עם הרחבת קונצנטריות.
מהנדסים משתמשים לעתים קרובות במד חיוג כדי למדוד את ההפרש בין הנקודות הגבוהות והנמוכות ביותר על פני השטח, בטעות חושבים שהם מודדים קונצנטריות כאשר הם מודדים למעשה נקודת זמן. כפי שדיברנו קודם לכן, ה-runout יכול להיות שווה לריכוזיות רק אם הקטע הנמדד הוא מעגל מושלם, מה שקורה לעיתים רחוקות. העברת מדידות יציאה כקונצנטריות יכולה להכניס שגיאות מעגליות לסובלנות הקונצנטריות.
כעת, בואו נעבור בקצרה את התהליך שלב אחר שלב למדידת קונצנטריות.
שימוש ב-CMM למדידת קונצנטריות
מדידת קונצנטריות באמצעות CMM כוללת ארבעה שלבים:
שלב 1: אבטחת החלק וקביעת ציר הדאטום (ציר תיאורטי)
בשלב זה, החלק ממוקם בקפידה כדי להגביל את כל דרגות החופש, ומבטיח שכל המשטח הגלילי נגיש למדידה. חשוב לבחור מיקום שמבטל את הצורך במיקום מחדש במהלך תהליך המדידה.
קביעת ציר הדאטום כרוכה בבחירת קצה המיסב של הציר כציר הייחוס, שכן סיבוב המכלול יופנה מקצה זה.
שלב 2: קביעת נקודת המרכז עבור חתך יחיד
בשלב זה, משטח הבקרה משורטט באמצעות חרט CMM. יש צורך במספר זוגות של נקודות מנוגדות בקוטר בכל חתך של החלק הגלילי. מומלץ להחזיק לפחות שלושה זוגות כאלה בכל חתך. צמדי נקודות אלו יביאו לשלוש נקודות חציוניות ברורות (אלא אם כן חלק מהנקודות חופפות). הממוצע של שלוש נקודות חציון אלה נבחר לאחר מכן כנקודת המרכז עבור אותו חתך מסוים.
שלב 3: חזרה על התהליך עבור חתכים מרובים לאורך החלק הגלילי.
בשלב זה מחושבת נקודת המרכז לכל חתך וכאשר נקודות אלו מחוברות מתקבל הציר הנמדד או הציר המרכזי בפועל של החלק. ציר זה מכונה גם הציר הנגזר.
שלב 4: וידוא אם הציר הנמדד נכנס לאזור הסובלנות המיועד
השלב הרביעי כולל בדיקה האם הציר הנמדד נכנס לאזור הסובלנות שצוין בהתייחס לציר הנתון. כל נקודה על ציר זה חייבת להיות בתוך אזור הסובלנות הגלילי שצוין במסגרת בקרת תכונה (FCF).
אזורי יישום של ריכוזיות
למרות שרוב המהנדסים המנוסים מכירים בכך שיש להשתמש בסובלנות לריכוזיות רק כאשר יש צורך מוחלט, עדיין ישנם יישומים שונים הדורשים זאת. הנה כמה דוגמאות:
- צינורות ברמה רפואית
קונצנטריות משמשת גם כדי לווסת את עובי הדופן של הצינור במכשירים רפואיים. מכיוון שחלקים אלו יכולים להיות קטנים במיוחד, השגת רמת דיוק גבוהה היא חיונית לייצור מוצרים מקובלים. - צנרת בלחץ גבוה
סובלנות קונצנטריות מועסקת לעתים קרובות בייצור של צנרת בלחץ גבוה. חלקים אלה דורשים עובי דופן מינימלי כדי להימנע מכל נקודות תורפה לאורך הצינור, מה שעלול לגרום לקרע בלחצים גבוהים. - מיסבים כדוריים מדויקים
חלקים דיוק גבוה המשמשים בתעשיות שונות, כגון מיסבים כדוריים, דורשים סובלנות הדוקה כדי למזער את הפסדי האנרגיה ולהבטיח פעולה תקינה. סובלנות קונצנטריות מופעלת בין רכיבים שונים של מיסב כדורי כדי להבטיח שהוא עומד במפרטים הנדרשים. - גלגלי שיניים
ייצור תמסורת הילוכים מחייב ריכוזיות כדי ליישר את הצירים בצורה מושלמת, מניעת תנועה צידית והפחתת בלאי. עם זאת, במצבים מסוימים, התרחקות עשויה לספק דיוק נאות.
שאלות נפוצות
סיכום
למרות שהיישום והמדידה של קונצנטריות יכולים להיות מאתגרים ויקרים, זה חיוני בשמירה על שלמות וביצועים של רכיבים מדויקים מסוימים. כל סובלנות גיאומטרית, כולל ריכוזיות, מציעה יתרונות ומגבלות ייחודיים, והמהנדסים צריכים לקבל החלטות מושכלות מתי וכיצד ליישם אותן בתכנון ובתהליכי הייצור שלהם.
פנה ל-Runsom Precision עבור חלקי CNC מדויקים בהתאמה אישית עם סובלנות הדוקה
אם אתה זקוק לחלקים מעובדים בעיבוד CNC עם סובלנות הדוקה ואיכות גבוהה, אתה יכול לפנות אל Runsom Precision. אנחנו מומחים לדיוק שירותי עיבוד שבבי CNC לחלקים מותאמים אישית בחומרים שונים. המומחים המקצועיים שלנו הם בעלי ניסיון רב בייצור חלקי CNC מותאמים אישית עם סט מלא של ציוד ומכשירי בדיקה מתקדמים ביותר כגון מכונת מדידת הקואורדינטות (CMM), המאפשרים לכל החלקים הללו לעמוד בסובלנות ובסטנדרטים הנדרשים. פשוט העלה את הקבצים שלך ו לקבל הצעת מחיר מיידית היום!
מאמרים נוספים שאתה עשוי להתעניין בהם:
