Mała tolerancja i jej wpływ na obróbkę CNC

Tolerancja oznacza dopuszczalny zakres odchyleń wymiarów części. Określa więc dokładność pomiaru produkowanego komponentu. Warto projektować detal tak, aby tolerancja była standardowa. Nie zawsze jest to jednak możliwe i w takim przypadku należy pamiętać, że im wyższa wymagana dokładność części, tym bardziej zawężona jest jej tolerancja. W jaki więc sposób węższa tolerancja wpływa na obróbkę CNC?

Mniejsza tolerancja to wyższe koszty produkcji

Wynika to z faktu, że węższa tolerancja zwiększa ilość odpadów, wymaga stosowania specjalnych narzędzi pomiarowych i dodatkowych, często kosztownych przyrządów. Może również spowolnić tempo obróbki, co spowoduje wydłużenie cykli produkcyjnych. Dlatego też, w zależności od wymaganego poziomu tolerancji i geometrii, dążenie do uzyskania węższych tolerancji części może podwoić koszty projektowania i produkcji w porównaniu do osiągnięcia standardowych poziomów tolerancji.

Najczęstsze przyczyny zwiększenia kosztów obróbki CNC

Istnieją trzy główne przyczyny, w jakich wąskie tolerancje detali zwiększają koszty produkcji:

Stosowanie specjalistycznych narzędzi, które zwykle są drogie, a ich zastosowanie może być jednorazowe pod konkretną serię,
Przeprowadzanie kosztownych testów niezależnie czy testowanie odbywa się automatycznie, czy jest wykonywane przez kontrolerów jakości. Za każdym razem wymaga czasu, pracy a tym samym zwiększa koszty. Czasami w przypadku, gdy tolerancja jest mocno zawyżona, każdy detal musi zostać sprawdzony. Każdy niezgodny ze specyfikacją zostaje odrzucony, nawet gdy wydaje się użyteczny. W efekcie takie szczegółowe sortowanie i odrzucanie wpływa również na cenę części, czyniąc ją wyższą.
Dodatkowe procesy, do których zalicza się np. specjalne wykończenie powierzchni potrzebne do metalu, procesy wtórne, takie jak szlifowanie, honowanie czy rafinowanie, które są drogie i powinny być wykonywane tylko wtedy, gdy są naprawdę konieczne.

Mniejsza tolerancja wymaga modyfikacji procesów obróbki CNC

Wybór tolerancji bardziej rygorystycznych niż standardy branżowe może spowodować konieczność zmiany procesu produkcyjnego na bardziej optymalny. Przykładem może być sytuacja, w której otwór obrabiany z użyciem frezarki będzie miał inne tolerancje niż ten sam otwór uzyskany przez rozwiercanie za pomocą tokarki, jak i inny czas realizacji. Należy też pamiętać, że podstawowe tolerancje mogą się różnić również w zależności od liczby osi maszyny CNC. Obrabiana część może wymagać dalszych operacji, zanim osiągnie wymaganą tolerancję. Szlifowanie lub polerowanie może być konieczne, aby spełnić rygorystyczne standardy tolerancji.

Tolerancja materiału a złożoność procesu produkcji

Złożoność procesu produkcji przy użyciu określonej tolerancji może się różnić w zależności od użytego materiału. Zachowanie określonej tolerancji dla miękkich materiałów, jak tworzywa termoutwardzalne i termoplastyczne, jest zazwyczaj trudne. Stopień tolerancji osiągnięty dla danego materiału może zależeć od jego właściwości:

Stabilności cieplnej, z którą problem mają niemetale, takie jak tworzywa sztuczne, przez co odkształcają się podczas obróbki CNC w trakcie gromadzenia się ciepła,
Ścieralności, która może utrudniać osiągnięcie określonej tolerancji przy jednoczesnym zachowaniu precyzji. Dotyczy to materiałów do obróbki CNC o wysokiej zawartości węgla, takich jak stal węglowa i tytan, które wymagają niezbędnej w procesie liczby zmian narzędzi,
Twardości, gdyż w porównaniu do materiałów miękkich jak tworzywa sztuczne, twardsze materiały takie jak stal nierdzewna, aluminium, mosiądz czy miedź, są łatwiejsze do obróbki. Obrabianie miękkich materiałów może w łatwy sposób zmienić ich wymiar, dlatego wymaga cierpliwości.

Tolerancja a projektowanie

Projektowanie części CNC jest najważniejszym elementem kontroli wymaganych tolerancji. Wprowadzanie korekt na etapie projektowania zapewni spójne ścisłe tolerancje w trakcie produkcji, jak i poprawi jakość, zwiększy zadowolenie klientów i nie spowoduje przekroczenia zaplanowanego budżetu. Tolerancja jest zależna od geometrii części, ogólnych wymiarów i specyfikacji grubości ścianek. Grubość ścianek ma wpływ na zróżnicowanie współczynników kurczenia się materiału w różnych sekcjach przez co może być problematyczne utrzymanie precyzyjnych tolerancji.

Wskazówki dotyczące tolerancji w obróbce CNC

Poniżej przedstawiono ważne wskazówki, które należy wziąć pod uwagę podczas tolerowania obróbki CNC:

Tolerancje są bardzo ważne dla Twojego projektu. Jednak nie wszystkie cechy części muszą być tolerowane. Aby zaoszczędzić czas i koszty obróbki, stosuj tolerancję tylko do kluczowych cech, takich jak cechy, które pasują lub kolidują z innymi częściami.
Unikaj niepotrzebnie ścisłych tolerancji. Ścisłe tolerancje często powodują zwiększoną produkcję złomu, specjalne narzędzia pomiarowe, dodatkowe mocowanie i dłuższe cykle. Wszystko to prowadzi do wzrostu kosztów obróbki.
Zazwyczaj podczas tolerowania należy również pamiętać o możliwościach tolerancji maszyn CNC, które będą obrabiać Twoją część.
Pamiętaj o szczególnych cechach materiału. Trudność obróbki części zgodnie z określoną tolerancją jest w dużej mierze zależna od materiału, z którego wykonana jest część.

Wiele osób skłania się ku wyborze zbyt szczegółowej tolerancji. Wybór tolerancji 0,001 mm zamiast 0,01 mm może skutkować dwu- lub trzykrotnym wzrostem ceny detalu. Węższe tolerancje wymagają bardziej skrupulatnej produkcji i dalszych testów w celu zagwarantowania dokładności wszystkich części. W niektórych sytuacjach faktycznie konieczne są ściślejsze tolerancje, ale warto pamiętać, że powinny być one przede wszystkim określane przez sposób ich zastosowania, sposób produkcji i wrażliwość cech na zmiany.