Alkatrész méret- és alakvizsgálat: A pontosság alapkövei a gyártásban
A mechanikus alkatrészek geometriai paramétereinek pontosságát mind a méret-, mind az alakhiba befolyásolja. A mechanikus alkatrészek tervei gyakran egyszerre határozzák meg a méret- és a geometriai tűréshatárokat. Bár vannak különbségek és kapcsolatok a kettő között, a geometriai paraméterek pontossági követelményei határozzák meg a geometriai tűréshatár és a mérettűrés közötti kapcsolatot, a mechanikus alkatrész használati körülményeitől függően.
A járműgyártás keretében rengeteg kerek vagy hengeres alkatrész készül. A körkörösség nagymértékben befolyásolja a funkcionális működést és annak minőségi jellemzőit, például a megfelelő kenést egymáshoz illesztett alkatrészek esetében. A mérnöki tervezőmunka része a kerek alak elvárt minőségének a meghatározása, a méréstechnikának a feladata a specifikáció teljesítésének az ellenőrzése.
Alapvető fogalmak és terminológia a méret- és alaktűrések világában
Az alkatrészek pontosságának elemzéséhez kulcsfontosságú a pontos terminológia megértése.
- Helyi tényleges méret (D al, d al): Egy tényleges tereptárgy bármely normál szakaszán két megfelelő pont között mért távolság.
- Külső hatás mérete (D fe, d fe): Ez a definíció a mért elem adott hosszában a tényleges belső felülethez kívülről kapcsolódó legnagyobb ideális felület, illetve a tényleges külső felülethez kívülről kapcsolódó legkisebb ideális felület átmérőjére vagy szélességére utal. Kapcsolódó elemek esetén az ideális felület tengelyének vagy középsíkjának meg kell őriznie a rajz által megadott geometriai kapcsolatot a vonatkoztatási rendszerrel.
- In vivo hatásméret (D fi, d fi): A mért jellemző adott hosszánál a tényleges belső felülettel érintkező legkisebb ideális felület, illetve a tényleges külső felülettel érintkező legnagyobb ideális felület átmérője vagy szélessége.
- Maximális fizikai effektív méret (MMVS): A maximális fizikai effektív méret a külső hatás méretére utal abban az állapotban, ahol fizikailag a leghatékonyabb. A belső felület esetében a maximális effektív testméretet úgy számítjuk ki, hogy a geometriai tűrésértéket (szimbólummal jelölve) kivonjuk a maximális testméretből. Másrészt a külső felület esetében a maximális effektív testméretet úgy számítjuk ki, hogy a geometriai tűrésértéket (szintén szimbólummal jelölve) hozzáadjuk a maximális testmérethez.
MMVS = MMS ± T-alakú
A képletben a külső felületet "+", a belső felületet pedig "-" jel jelöli.
- Minimális fizikai effektív méret (LMVS): Egy entitás minimális effektív mérete a test méretére utal, amikor az a minimális effektív állapotban van. A belső felület esetében a minimális fizikai effektív méretet úgy számítjuk ki, hogy a geometriai tűrésértéket hozzáadjuk a minimális fizikai mérethez (ahogyan azt a képen egy szimbólum jelzi). Másrészt, a külső felület esetében a minimális effektív fizikai méretet úgy számítjuk ki, hogy a geometriai tűrésértéket kivonjuk a minimális fizikai méretből (ahogyan azt a képen egy szimbólum is jelzi).
LMVS = LMS ± t-alak
A képletben a belső felület a "+", a külső felület pedig a "-" jelet veszi fel.
Tűréshatár-elvek: A méret- és alaktűrések kapcsolata
A tűréshatár-elvek olyan szabályozások, amelyek meghatározzák, hogy a mérettűrések és a geometriai tűrések felcserélhetően használhatók-e vagy sem. Ha ezek a tűrések nem alakíthatók át egymásba, akkor független elveknek tekintendők. Másrészt, ha az átalakítás megengedett, akkor kapcsolódó elvnek minősülnek. Ezeket az elveket tovább osztályozzák befogadó követelményekre, maximális entitáskövetelményekre, minimális entitáskövetelményekre és visszafordítható követelményekre.
A függetlenség elve
A függetlenség elve a mérnöki tervezésben használt tűréshatár-elv. Ez azt jelenti, hogy a rajzon megadott geometriai tűréshatár és mérettűrés különállóak, és nincsenek összefüggésben egymással. Mindkét tűréshatárnak egymástól függetlenül kell megfelelnie a sajátos követelményeinek. Ha az alaktűrés és a mérettűrés a függetlenség elvét követi, akkor numerikus értékeiket külön kell feltüntetni a rajzon, további jelölések nélkül.
Az alkatrészek minőségének biztosítása érdekében fontos külön-külön figyelembe venni a tengelyátmérő Ф20 -0,018 mérettűrését és a tengely egyenességi tűrését Ф0,1. Ez azt jelenti, hogy minden méretnek önmagában is meg kell felelnie a tervezési követelményeknek, ezért külön kell ellenőrizni őket. A tengelyátmérőnek Ф19,982 és 20 közötti tartományba kell esnie, a megengedett egyenességi hiba Ф0 és 0,1 közötti tartományban lehet. Bár a tengelyátmérő tényleges méretének maximális értéke Ф20,1-ig terjedhet, ezt nem kell ellenőrizni. A függetlenség elve érvényesül, ami azt jelenti, hogy az átmérő nem esik át átfogó ellenőrzésen.
HM CRE SIX Comp. tuning: Malossi 206ccm alkatrészek
A befoglaltság elve (Envelope Principle)
Amikor egy szimbólumkép jelenik meg a rajzon egyetlen elem méretbeli eltérési határértéke vagy tűrészónája kódja után, az azt jelenti, hogy az adott elemre tűréshatár-követelmények vonatkoznak. A befoglaltsági követelmények teljesítéséhez a tényleges jellemzőnek meg kell felelnie a maximális fizikai határnak. Más szóval, az jellemző külső ható mérete nem haladhatja meg a maximális fizikai határát, és a helyi tényleges méret nem lehet kisebb a minimális fizikai méreténél.
A befoglaltsági elv azt jelzi, hogy a dfe értékének legfeljebb 20 mm-nek, míg a dal értékének legfeljebb 19,70 mm-nek kell lennie. Az ellenőrzés során a hengeres felületet minősítettnek tekintik, ha áthalad egy 20 mm átmérőjű alakmérőn, és ha a két ponton mért teljes lokális tényleges méret legalább 19,70 mm. A tűréshatár-követelmény egy olyan tűréshatár-követelmény, amely egyidejűleg szabályozza a tényleges méret- és alakhibákat a mérettűréshatáron belül.
Maximális entitáskövetelmények (Maximum Material Requirements - MMR)
A rajzon, ha egy szimbólumkép követi a geometriai tűréshatárban vagy a referenciabetűjelben szereplő tűréshatár-értéket, az azt jelenti, hogy a mért elem és a referenciaelem is a maximális fizikai követelményeket veszi figyelembe. Tegyük fel, hogy a kép a mért elem geometriai tűréshatár-értéke utáni szimbólumkép után van címkézve. Ebben az esetben ez azt jelenti, hogy a megfordítható követelményt a maximális szilárdtestkövetelményhez használják.
A maximális entitáskövetelmény a mért elemekre vonatkozik
Egy jellemző mérésekor, ha maximális szilárdsági követelmény van érvényben, az jellemző geometriai tűrésértéke csak akkor kerül megadásra, ha az jellemző a maximális szilárd alakjában van. Ha azonban az jellemző tényleges kontúrja eltér a maximális szilárd állapotától, ami azt jelenti, hogy a lokális tényleges méret eltér a maximális szilárd állapottól, az alak- és pozícióhiba értéke meghaladhatja a maximális szilárd állapotnál megadott tűrésértéket, és a maximális túllépés mértéke megegyezik a maximális szilárd állapottal. Fontos megjegyezni, hogy a mért elem mérettűrésének a maximális és minimális fizikai méretén belül kell lennie, és a lokális tényleges mérete nem haladhatja meg a maximális fizikai méretét.
Az ábra a tengely egyenességi tűrését szemlélteti, amely megfelel a legmagasabb fizikai követelménynek. Amikor a tengely a maximális szilárd állapotában van, a tengelyének egyenességi tűrése Ф0,1 mm. Ha azonban a tengely tényleges mérete eltér a maximális szilárd állapotától, a tengelyének megengedett egyenességi hibája (f) ennek megfelelően növelhető. A tengely átmérőjének Ф19,7 mm és Ф20 mm között kell lennie, a maximális határérték Ф20,1 mm. A tűréshatár dinamikus diagramja azt szemlélteti, hogy ha a tényleges méret a maximális szilárd állapothoz képest Ф20 mm-rel csökken, akkor a megengedett egyenességi hiba (f) értéke ennek megfelelően növekedhet. A maximális növekedés azonban nem haladhatja meg a mérettűrést. Ez lehetővé teszi a mérettűrés átalakítását alak- és helyzettűréssé.
Vélemények a Bardi Auto traktor alkatrészeiről
A maximális entitáskövetelményekhez visszafordítható követelményeket alkalmazunk
Amikor a visszafordíthatóság követelményét a maximális szilárdsági követelményre alkalmazzuk, a mért jellemző tényleges kontúrjának meg kell felelnie a maximális szilárdsági effektív határának. Ha a tényleges méret eltér a maximális szilárdtest mérettől, a geometriai hiba meghaladhatja az adott geometriai tűréshatárt. Továbbá, ha a geometriai hiba kisebb, mint az adott geometriai különbségérték a maximális szilárdtest állapotban, a tényleges méret is meghaladhatja a maximális szilárdtest méreteket, de a maximálisan megengedhető többlet az előbbi esetében egy méretközösség, az utóbbi esetében pedig egy adott geometriai tűréshatár.
A tengelynek ki kell elégítenie a d fe ≤ Ф20,1 mm és Ф19,7 ≤ d al ≤ Ф20,1 mm feltételeket. Az alábbi képlet azt magyarázza, hogy ha egy tengely tényleges mérete eltér a maximális szilárd állapottól a minimális szilárd állapotig, akkor a tengely egyenességi hibája elérheti a maximális értéket, ami megegyezik a rajzon megadott 0,1 mm-es egyenességi tűréshatárral és a tengely 0,3 mm-es mérettűrésével. Ez összesen Ф0,4 mm-t eredményez. Ha az egyenességi hiba nulla, a tényleges mérete elérheti a maximális értéket, ami megegyezik a Ф20,1 mm-es maximális fizikai effektív határméretével, így teljesül a geometriai tűréshatár mérettűréssé alakításának követelménye.
Az adatelemekre maximális entitáskövetelmények vonatkoznak
Amikor az adatelemekre maximális szilárdsági követelményeket alkalmazunk, az adatnak meg kell felelnie a megfelelő határoknak. Ez azt jelenti, hogy amikor az adatelem külső hatásmérete eltér a megfelelő határmérettől, az adatelem egy bizonyos tartományon belül mozoghat. A lebegő tartomány megegyezik az adatelem külső hatásmérete és a megfelelő határméret közötti különbséggel. Ahogy az adatelem eltér a minimális entitásállapottól, a lebegő tartománya addig növekszik, amíg el nem éri a maximumot.
A mért elemek és a vonatkoztatási elemek egyidejűleg veszik figyelembe a maximális fizikai követelményeket. Amikor az elem maximális szilárd állapotában van, a tengelyének a referenciaponthoz viszonyított koaxialitási tűrése Ф0,04 mm. Kisméretű elem mérésekor megengedhető, hogy a tengelyének koaxialitási hibája elérje a maximális értéket. Ez az érték két tűréshatár összegével egyenlő: a rajzon megadott 0,04 mm-es koaxialitási tűréshatárral és a tengely mérettűrésével, amely Ф0,07 mm. Amikor az adat külső mérete a minimális fizikai méretre, Ф24,95 mm-re csökken, az adattengely Ф0,05 mm mérettűrésen belül úszhat. Amikor a tengely a szélsőséges lebegő állapotban van, a koaxialitási tűrés a Ф0,05 mm-es adatmérettűrés értékére nő. Ennek eredményeként, amikor a mért és az adatelemek egyidejűleg a minimális szilárd állapotban vannak, a maximális koaxialitási hiba elérheti a Ф0,12 mm-t.
Villamos gépek - 1. Lecke (A transzformátor fogalma)
Minimális entitáskövetelmények (Minimum Material Requirements - LMR)
Ha a rajzon a geometriai tűréshatár mezőben a tűréshatár vagy az adatbetű után egy szimbólumkép látható, az azt jelzi, hogy a mért elemnek vagy adatelemnek meg kell felelnie a minimális fizikai követelményeknek. Másrészt, ha a mért elem geometriai tűréshatára után szimbólum áll, az azt jelenti, hogy a megfordítható követelmény a minimális entitáskövetelményhez használatos.
A minimális entitáskövetelmények a teszt alatt álló követelményekre vonatkoznak
Amikor egy mért elem minimális entitáskövetelményét használjuk, az elem tényleges körvonala nem haladhatja meg a tényleges határát egyetlen adott hosszon sem. Ezenkívül az elem helyi tényleges mérete sem haladhatja meg a maximális vagy minimális entitásméretet. Ha a minimális szilárdtest-követelményt egy mért elemre alkalmazzák, a geometriai tűrésértéket akkor adják meg, amikor az elem a minimális szilárdtest-állapotban van. Ha azonban az elem tényleges kontúrja eltér a minimális szilárdtest-méretétől, az alak- és pozícióhiba értéke meghaladhatja a minimális szilárdtest-állapotban megadott tűrésértéket. Ilyen esetekben a mért elem aktív mérete nem haladhatja meg a minimális szilárdtest-, effektív határméretét.
A minimális entitáskövetelményekhez visszafordítható követelményeket használnak
Amikor a megfordítható követelményt a minimális szilárdtest-követelményre alkalmazzuk, a mért elem tényleges körvonala nem haladhatja meg a minimális szilárdtest-határát egyetlen adott hosszúságon sem. Ezenkívül a lokális tényleges mérete sem haladhatja meg a maximális szilárdtest-méretet. Ilyen feltételek mellett a geometriai hiba nemcsak akkor haladhatja meg a minimális fizikai állapotban megadott geometriai tűréshatár-értéket, ha a mért elem tényleges mérete eltér a minimális fizikai mérettől, hanem akkor is túllépheti a minimális fizikai méretet, ha a tényleges méret eltér ettől, feltéve, hogy a geometriai hiba kisebb, mint a megadott geometriai tűréshatár-érték.
A minimális szilárdtestre és annak visszafordíthatóságára vonatkozó követelményeket csak akkor szabad alkalmazni, ha a geometriai tűréshatárt a kapcsolódó középső jellemző szabályozására használják. Azonban ezen követelmények alkalmazása az elem konkrét teljesítménykövetelményeitől függ. Amikor az adott geometriai tűrésérték nulla, a maximális (minimális) szilárdtest-követelményeket és azok megfordítható követelményeit nulla geometriai tűréshatároknak nevezzük. Ezen a ponton a megfelelő határok megváltoznak, míg a többi magyarázat változatlan marad.
Geometriai tűréshatárok meghatározása
Általánosságban ajánlott, hogy a tűrésértékek egy adott összefüggést kövessenek, ahol az alaktűrés kisebb, mint a pozíciótűrés és a mérettűrés. Fontos azonban megjegyezni, hogy szokatlan körülmények között a karcsú tengely egyenességi tűrése sokkal nagyobb lehet, mint a mérettűrés. A pozíciótűrésnek meg kell egyeznie a mérettűréssel, és gyakran összehasonlítható a szimmetriatűrésekkel.
Modern alkatrészvizsgálati és méréstechnikai módszerek
Az alkatrészek pontos méret- és alakvizsgálatához számos modern technológia áll rendelkezésre. Az optikai mikroszkóppal vagy számítógépes röntgentomográfiás rendszerrel végzett alkatrészvizsgálatok információt szolgáltatnak az additív gyártású vagy fröccsöntött műanyag alkatrészek minőségéről. A teljes mérési és vizsgálati jegyzőkönyvekkel ellátott alak- és méretelemzés (ISTR) biztosítja a funkcionális és optikai követelményeknek való megfelelést, valamint garantálja a műanyag alkatrész feszülésmentes összeszerelését.
Az elsőtermék-vizsgálat elvégezhető a mérési terv (koordináta-mérőgéppel végzett vizsgálat), a CAD-modell vagy a PMI-adatkészlet alapján olyan funkciókkal, mint a geometriai méretezés és tűrésezés (GD&T).
A szemrevételezés a felületen és a belső szerkezeteken látható hibák felderítésére is alkalmas. A szemcséket pásztázó elektronmikroszkóppal (SEM) méretük alapján, szemmel szokták megszámolni. A szemcseméreteket korlátot meghatározó mintákkal szokták összehasonlítani, ami kiértékelési eltérésekhez vezet.
Számítógépes Tomográfia (CT) mint átfogó vizsgálati módszer
A komputertomográfia (CT) segítségével külső és belső méreteket, alak- és helyzettűréseket lehet vizsgálni. Ilyen vizsgálható geometriák a laposság, hengeresség, gömbölyűség, merőlegesség stb.
A CT gépben a munkadarab egy forgatható tárgyasztalon kerül elhelyezésre a röntgenforrás és a szenzor között, ezzel lehetővé téve a darab átvilágítását. A komputertomográfos (CT) mérés során a tárgyasztalon elhelyezett munkadarabról röntgenfelvétel készül, mely az ún. detektoron képződik. A detektoron megjelenő kép minden egyes képpontja digitalizálásra kerül, így egy digitális röntgenkép készül. A munkadarabot folyamatosan körbeforgatva és készítve a digitális röntgenképeket megkapjuk a munkadarab 3 dimenziós képét. Így a munkadarab 3 dimenzióban megjeleníthető. A megjelenítés nem csak a munkadarab kontúrjára vonatkozik, hanem az anyagvastagságra és anyagminőségre is.
A CT-technológia alkalmazható műanyagok különböző típusaiból, fémekből, mint például alumínium, acél, réz készült darabok mérésére. A CT gépben elhelyezett munkadarab több anyagból is állhat, így a térfogati pontfelhő lehetővé teszi a több anyagból készült darabok vizsgálatát is. A porozitásvizsgálat során lehetőség van az alkatrész térfogatán belüli anyagfolytonossági hibák felderítésére és vizsgálatára.
Egy Werth HV 500-as komputertomográfos mérőgéppel a kívánt munkadarabot rövid határidővel be lehet szkennelni, azaz előállítható a 3 dimenziós pontfelhő és kép. Minden olyan munkadarab CT-mérésére alkalmas, mely egy 500 mm átmérőjű és 700 mm magas befoglalóméretű hengerben elhelyezhető. A térfogati pontfelhőn keresztszelvények és keresztmetszeti videók készíthetők. A metszeteken korlátozott pontossággal mérhetők a hosszúságok és a szögek.
Villamos gépek - 1. Lecke (A transzformátor fogalma)
Alkalmazási területek és minőségellenőrzés
A járműgyártásban igen sok technológiát alkalmaznak, sokféle terméket állítanak elő. Ezek méréstechnikája könyvtárnyi irodalmon is túllép. A belső égésű motor dugattyúszerkezete sok kerek felülettel rendelkezik, amelyeket minősíteni, ellenőrizni kell. Az emberiség történetében az egyik legnagyobb találmány a kerék, illetve általánosabb megközelítésben a kerek testek feltalálása. A mai életünk elképzelhetetlen a forgó alkatrészeket tartalmazó gépek nélkül.
A szinterezett alkatrészek úgy készülnek, hogy fém öntőformákba fém- vagy kerámiaport töltenek, majd olvadáspontjuknál alacsonyabb hőmérsékleten összesütik és megkeményítik az öntőformában lévő alkatrészeket. A szinterezés előnye, hogy csupán kevés energiát igényel, az anyagveszteség minimális, és a másodlagos feldolgozás sem igényel sem időt, sem erőfeszítést, mert nem kell megolvasztani a fémeket. Az anyagporok nem olvadnak meg, mert az öntőformában lévő alkatrészt az olvadási pontjuk alatti hőmérsékleten sütik össze, hogy megkeményedjen. A szinterező kemencéket gázzal töltik meg, hogy megakadályozzák a szinterezett öntvények oxidálódását. Az ilyen alkatrészek minőségi ellenőrzése is kiemelt fontosságú.
A műanyag alkatrészek elsőtermék-vizsgálatát gyakran sürgető határidők mellett végzik: Az öntőforma-készítő részleg várja a méréstechnikai csapat gyors visszajelzését arról, hogy kell-e javításokat végezni az öntőformán. Ugyanakkor a vezetőség elvárja, hogy mihamarabb elkezdődjön a sorozatgyártás. Ma már sok időt megtakarítunk azzal, hogy mérőprogramjaink programozását offline módon végezzük.
A minőségellenőrzés fogalmai és szerepe
A minőség, mint a követelmény fogalma alapvető a gyártásban. A minőség-ellenőrzés célja, szerepe és jelentősége megkérdőjelezhetetlen. Ennek során a méréses és a szemrevételezéses vizsgálat egyaránt alkalmazásra kerül, figyelembe véve a névleges méretet és a tűréseket.
A minőség-ellenőrzés végzésének feltételei közé tartozik az infrastruktúra, a szabályozás, az eszköz és az emberi erőforrások biztosítása. A minőségellenőrökkel szemben támasztott követelmények is szigorúak. Fontosak a termékbiztonsági elvárások, a termékbiztonsági szempontok, a vonatkozó ISO/TS és VDA követelmények, valamint a termékfelelősségi törvény betartása.
Az ellenőrzések fajtái magukban foglalják az idegenáru-, gyártásközi- és végellenőrzést, melyek dokumentálása is elengedhetetlen. Az AQL táblázat használata, valamint az enyhített és szigorított ellenőrzés szabályai is részét képezik a minőségellenőrzési folyamatoknak.