Tolerancja płaskości w dużych obrabianych konstrukcjach spawanych: co określić
Płaskość jest cechą najczęściej przesadnie określaną na rysunkach ciężkich ram. Jest też jedną z najdroższych, ponieważ jej zaostrzenie nie dodaje niewielkiego kosztu, lecz dodaje przejście wykańczające, drugie odprężanie, inną maszynę albo wszystko naraz.
Oto co ta tolerancja oznacza, co jest realnie osiągalne i jak ją zapisać, aby kupować to, czego potrzeba.
Czym naprawdę jest płaskość
Płaskość to tolerancja kształtu. Określa strefę między dwiema równoległymi płaszczyznami, w której musi mieścić się cała powierzchnia. Nic nie mówi o orientacji ani położeniu względem czegokolwiek innego, powierzchnia może być idealnie płaska i mocno przechylona, a mimo to spełniać wymóg.
Ta różnica jest ważna, ponieważ ludzie często chcą nie płaskości, lecz równoległości dwóch płaszczyzn mocowania albo współpłaszczyznowości kilku oddzielnych stóp. Określenie płaskości, gdy chodzi o współpłaszczyznowość, to częste i kosztowne pomylenie: cztery stopy mogą być każda pięknie płaska i mimo to leżeć na czterech różnych płaszczyznach.
Jeśli ważne jest, aby cztery stopy leżały w jednej płaszczyźnie, prosimy napisać współpłaszczyznowość lub zastosować tolerancję zarysu powierzchni względem bazy. Wytwórca będzie wdzięczny, a oferta niższa.
Realistyczne wartości
Zaokrąglone liczby z praktyki dla konstrukcji spawanych ze stali węglowej:
| Stan | Typowa płaskość | Uwagi |
|---|---|---|
| Po spawaniu, bez odprężania | 0.3–0.8 mm na 300 mm | Silnie zależna od układu spoin |
| Po spawaniu, odprężona | 0.3–0.5 mm na 300 mm | Bardziej powtarzalna, nie dokładniejsza |
| Po obróbce, standardowa | 0.05 mm/m | Powszechna wartość domyślna |
| Po obróbce, ostra | 0.02 mm/m | Wymaga dobrej maszyny i drugiego odprężania |
| Po obróbce, precyzyjna | Poniżej 0.02 mm/m | Praca specjalistyczna, kontrola temperatury, droga |
Dwie rzeczy warto zauważyć. Po pierwsze, odprężanie niewiele poprawia płaskość po spawaniu, sprawia, że późniejsza obróbka się utrzymuje. Po drugie, przejście z 0.05 na 0.02 mm/m nie oznacza 2.5-krotnego wzrostu kosztu; to zmiana procesu.
Tolerancja powinna rosnąć z rozmiarem
Praktyczna reguła: osiągalna płaskość rośnie mniej więcej z pierwiastkiem kwadratowym wymiaru charakterystycznego. Podwojenie długości powierzchni oznacza dopuszczenie mniej więcej 1.4 razy większej tolerancji przy tej samej trudności wykonania.
Płaskość 0.05 mm na stopie 300 mm to rutyna. Te same 0.05 mm na 3 m to problem innego rzędu: błąd prowadnic samej maszyny, wzrost temperatury elementu podczas skrawania i sposób podparcia stają się dominujące.
Dlatego płaskość określa się zwykle na jednostkę długości (0.05 mm/m), a nie jedną łączną liczbą. Jeśli zapisują Państwo pojedynczą wartość całkowitą dla długiej powierzchni, prosimy sprawdzić, co oznacza na metr, zanim zwolnią Państwo rysunek.
Sekwencja, która umożliwia osiągnięcie tolerancji
Płaskość kupuje się w procesie, nie na stole pomiarowym:
- Projektować symetrycznie. Układ spoin zrównoważony względem osi obojętnej odkształca się znacznie mniej niż spawany z jednej strony. Zob. welding distortion control on heavy plate.
- Odprężać przed obróbką. Bezwzględnie, jeśli powierzchnia ma pozostać na miejscu, stress relief for welded machine bases.
- Obróbka zgrubna, ponowne odprężanie przy grubych elementach, potem wykańczająca. Usunięcie dużej ilości metalu uwalnia naprężenia. Przy grubych przekrojach drugie odprężanie między przejściami pozwala utrzymać ostrzejsze wartości.
- Podeprzeć element tak, jak będzie podparty w eksploatacji. Rama 4 m zamocowana sztywno do stołu może zostać obrobiona idealnie płasko i sprężynować po zwolnieniu. Dobre zakłady obrabiają na podparciu trzypunktowym, odwzorowującym fundament.
- Pozwolić mu osiągnąć temperaturę. Element przywieziony z zimnego placu i od razu skrawany będzie się rozszerzał w trakcie operacji.
Pomiar i uzgodnienie sposobu
Tolerancji, której sposobu pomiaru nie można uzgodnić, nie da się uznać za tolerancję. Na dużych powierzchniach metoda zmienia wynik:
- Liniał i szczelinomierz: szybkie, zgrubne, dobre do kontroli po spawaniu
- Poziomica precyzyjna i przemiatanie: tradycyjne, dobre na prowadnicach maszyn, wolne
- Laser tracker: praktyczny standard dla dużych ram; dokładność zwykle dziesiątki mikrometrów na metrach
- Współrzędnościowa maszyna pomiarowa o dużym zakresie: najdokładniejsza, ograniczona rozmiarem maszyny, zwykle podzlecana
Prosimy określić metodę, liczbę punktów i warunki podparcia. “Płaskość 0.05 mm/m, mierzona laser trackerem na podparciu trzypunktowym, minimum 25 punktów” to tolerancja. “Ma być płasko” to rozmowa. Więcej o przyrządach w dimensional inspection of large frames.
Temperatura jest częścią specyfikacji
Stal rozszerza się o około 12 µm na metr na każdy °C. Na powierzchni 4 m różnica 10 °C między halą wytwórcy a Państwa zakładem to około 0.5 mm zmiany długości, a jeśli element jest nagrzany nierównomiernie, część tego ujawnia się jako błąd kształtu.
Dla wszystkiego ostrzejszego niż 0.05 mm/m prosimy podać temperaturę kontroli (20 °C to zwykła temperatura odniesienia) i uwzględnić czas wyrównania. Bez tego Państwo i zakład mogą zmierzyć ten sam element tego samego dnia i uzyskać różne wyniki.
Cztery pytania przed zwolnieniem rysunku
- Czy chodzi mi o płaskość, współpłaszczyznowość, czy równoległość? Mają różne koszty.
- Czy ta powierzchnia w ogóle musi być obrabiana? Powierzchnia piaskowana i szlifowana jest znacznie tańsza i często wystarcza dla mniej krytycznego mocowania.
- Czy mogę zastosować podkładkę? Zaprojektowanie pakietu podkładek 3 mm nic nie kosztuje. Obróbka drugiej płaszczyzny kosztuje.
- Jaką liczbę dały obliczenia? Nie liczbę z ostatniego rysunku. Odziedziczone tolerancje to najczęstsze źródło możliwego do uniknięcia kosztu obróbki, zob. co decyduje o koszcie ciężkich ram i skidów.
Mają Państwo ramę z wymogiem płaskości, co do którego nie są Państwo pewni, czy jest realistyczny lub opłacalny? Prosimy przesłać rysunek, a w ciągu 24 godzin roboczych powiemy, co oznacza w kategoriach procesu.