GD&T مبانی اندازه گیری هندسی و تلرانس گذاری در ساخت قطعه و پرینت سه بعدی

در فرآیند تولید، اندازه‌ها و ابعاد قطعات تولیدی ممکن است با مدل اولیه طراحی شده در نرم‌افزار CAD تفاوت داشته باشند به همین دلیل است که در دنیای طراحی و تولید صنعتی، انتقال دقیق اطلاعات ابعادی و هندسی میان مهندسان و تولیدکنندگان اهمیت زیادی دارد. برای کنترل بهینه و انتقال دقیق این تفاوت‌ها، از یک زبان نمادین به نام  GD&T (مخفف Geometric Dimensioning and Tolerancing ) یا همان ابعاد گذاری و تلرانس گذاری هندسی استفاده می‌شود. یادگیری و آموزش GD&T، به ما کمک می‌کند تا این ارتباط را استانداردسازی کرده و از مشکلات ناشی از تفاوت‌های ابعادی در فرآیند تولید جلوگیری کنیم.

با استفاده از ابعاد گذاری و تلرانس گذاری هندسی، می‌توان محدوده مجاز تغییرات ابعادی و هندسی قطعات را به‌طور دقیق مشخص کرد. این روش به تولیدکنندگان و بازرسان امکان می‌دهد تا از انطباق قطعات با طراحی اولیه اطمینان حاصل کنند و در عین حال بهره‌وری فرآیند تولید را افزایش دهند.

در این مقاله، به طور دقیق در می‌یابیم که “GD&T چیست؟”  و به آموزش اصول پایه‌ای تلرانس هندسی، نمادهای پرکاربرد آن، و نحوه استفاده از جدول تلرانس ابعادی در طراحی و تولید خواهیم پرداخت. همچنین، با ارائه یک مثال عملی، نقش GD&T را در بهبود فرآیندهای تولید بررسی خواهیم کرد.

اندازه گیری هندسی یا GD&T چیست؟

GD&T، مخفف Geometric Dimensioning and Tolerancing، سیستمی برای تعریف و برقراری ارتباط با هدف طراحی و تلرانس مهندسی شده است که به مهندسان و تولیدکنندگان کمک می کند تا تغییرات را به صورت بهینه در فرآیندهای تولید کنترل کنند.

محدودیت‌های تلرانس گذاری پیش از فراگیری آموزش GD&T

حالا که می‌دانیم GD&T چیست و با آن آشنا شدیم، لازم به ذکر است که پیش از معرفی ابعاد گذاری و تلرانس گذاری هندسی (GD&T)، ویژگی‌های ساخت با استفاده از سیستم X-Y مشخص می‌شدند. برای مثال، هنگام ایجاد یک سوراخ نصب، موقعیت سوراخ باید در یک ناحیه مستطیلی مشخص در محورهای X و Y قرار می‌گرفت.

با این حال، مشخصات تلرانس دقیق‌تر می‌توانست موقعیت سوراخ را نسبت به محل مورد نظر، به‌صورت یک ناحیه دایره‌ای تعریف کند. در روش X-Y، ممکن بود سوراخی که در ناحیه مربعی تعریف شده قرار نمی‌گرفت، همچنان درون دایره محیطی مورد قبول باشد. این عدم تطابق می‌توانست منجر به نتایج نادرست در بازرسی شود.

این نقص در سال 1940 توسط استنلی پارکر، مهندسی که در زمان جنگ جهانی دوم روی توسعه تسلیحات دریایی کار می‌کرد، شناسایی شد. او که به دنبال کاهش هزینه‌های تولید و رعایت ضرب الاجل ها بود، سیستمی جدید را از طریق چندین مقاله توسعه داد. پس از اثبات عملیاتی بودن این روش، این سیستم در دهه 1950 به یک استاندارد نظامی تبدیل شد و روز به روز آموزش GD&T گسترش یافت.

امروزه، استاندارد GD&T در ایالات متحده تحت عنوان ASME Y14.5-2018 و در سایر نقاط جهان با استاندارد ISO 1101-2017 تعریف می‌شود. این استاندارد بیشتر بر هندسه کلی محصول تمرکز دارد، در حالی که سایر استانداردها ویژگی‌های خاصی مانند زبری سطح، بافت و رزوه‌ها را توصیف می‌کنند.

چرا آموزش GD&T اهمیت دارد و باید از آن استفاده کنیم ؟

ابعاد گذاری و تلرانس گذاری هندسی (GD&T) ابزار قدرتمندی است که به شما کمک می‌کند تا قطعات پیچیده و محصولات چندبخشی را به‌گونه‌ای طراحی کنید که همه اجزا به‌خوبی با یکدیگر کار کنند. وقتی صحبت از مونتاژهای عملکردی یا قطعات با ویژگی‌های خاص می‌شود، مهم است که تمام جزئیات به‌دقت مشخص شوند تا در عین حفظ عملکرد محصول، هزینه‌های تولید را نیز کنترل کنیم به همین دلیل است که امروزه آموزش GD&T از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است.

اگر تلرانس‌ها بیش‌ازحد سخت‌گیرانه شوند، ممکن است هزینه‌های تولید را تا دو برابر یا حتی بیشتر افزایش دهد، زیرا این کار می‌تواند نرخ رد شدن محصولات را بالا ببرد و نیاز به تغییر ابزارهای تولیدی ایجاد کند. استفاده از سیستم تلرانس هندسی GD&T و جدول تلرانس ابعاد به توسعه‌دهندگان و بازرسان امکان می‌دهد تا عملکرد محصول را بهینه سازند، بدون اینکه هزینه‌ها به‌صورت غیرضروری افزایش پیدا کنند.

یکی از مزایای کلیدی آموزش GD&T و به کارگیری روش تلرانس هندسی این است که به‌جای تمرکز روی ابعاد دقیق و توصیف مستقیم هندسه نهایی، هدف طراحی را مشخص می‌کند. به عبارت دیگر، GD&T همانند یک بردار یا فرمول، نمایشی از محصول است و نه خود محصول و مانند یک نقشه راه نشان می‌دهد قطعه باید چگونه کار کند، نه اینکه صرفاً چطور به نظر برسد.

برای مثال، اگر بخواهید یک سطح کاملاً عمود به پایه طراحی کنید، GD&T به شما اجازه می‌دهد این عمودیت را تعریف کنید، به‌طوری که ویژگی موردنظر بین دو صفحه موازی مشخص قرار بگیرد. یا اگر در حال طراحی یک سوراخ هستید، بهتر است تلرانس آن را بر اساس هم‌ترازی با سایر ویژگی‌ها تعریف کنید، نه صرفاً مختصات آن.

توصیف هندسه محصول با توجه به عملکرد موردنظر و روش تولید آن، به‌مراتب ساده‌تر از استفاده از ابعاد خطی است. این سیستم ابعاد گذاری و تلرانس گذاری هندسی (GD&T) همچنین به شما این امکان را می‌دهد که ارتباط بهتری با تولیدکنندگان، مشتریان و تیم‌های کنترل کیفیت برقرار کنید.

زمانی که ابعاد گذاری و تلرانس گذاری هندسی  GD&T به‌درستی پیاده‌سازی شود، حتی امکان کنترل آماری فرآیند (SPC) را نیز فراهم می‌کند. این یعنی کاهش نرخ رد شدن قطعات، کاهش خرابی‌های مونتاژ و صرفه‌جویی در زمان و هزینه کنترل کیفیت. در نهایت، آموزش GD&T و استفاده از جدول تلرانس ابعاد به تیم‌های مختلف در یک سازمان کمک می‌کند تا هماهنگ‌تر و سریع‌تر کار کنند، چون همه از یک زبان و استاندارد مشترک استفاده می‌کنند.

نحوه عملکرد GD&T: اصول و اهمیت تلرانس‌دهی در طراحی مهندسی

در نقشه‌های مهندسی، ابعاد تمامی ویژگی‌های یک قطعه باید به همراه تلرانس مشخص شوند. تلرانس نشان‌دهنده حداقل و حداکثر مقدار قابل‌قبول است و تفاوت میان این دو مقدار، همان تلرانس خواهد بود. برای مثال، اگر ارتفاع قابل‌قبول یک میز بین 750 تا 780 میلی‌متر باشد، تلرانس آن 30 میلی‌متر است.

با این حال، این مقدار تلرانس نشان می‌دهد که میزی با ارتفاع 750 میلی‌متر در یک سمت و 780 میلی‌متر در سمت دیگر، یا حتی سطحی موج‌دار با تغییرات 30 میلی‌متری، قابل‌قبول است. بنابراین، برای تضمین کیفیت سطح صاف میز، علاوه بر تلرانس ارتفاع کلی، نیاز به مشخص کردن تلرانس صافی سطح داریم.

قطعاتی با اشکال پیچیده و تغییرات غیرقابل‌پیش‌بینی، نیازمند استفاده از روش‌های ابعاد گذاری و تلرانس گذاری هندسی  GD&T هستند که فراتر از تلرانس‌دهی سنتی با مقادیر مثبت و منفی ساده عمل می‌کنند.

به‌طور مشابه، در یک استوانه با قطر مشخص و تلرانس‌دهی‌شده، ممکن است در اثر خمیدگی جزئی طی فرآیند تولید، دیگر در حفره موردنظر جای نگیرد. در چنین مواردی، نیاز به کنترل صافی یا مستقیم بودن استوانه داریم که با روش‌های سنتی انتقال این اطلاعات دشوار است. یا زمانی که یک لوله باید دقیقاً با سطح پیچیده‌ای که به آن جوش داده می‌شود، منطبق باشد، نیاز به کنترل پروفیل سطح وجود دارد. برای مثال، در مجموعه‌های دینامیک مانند دست مصنوعی، تلرانس‌دهی دقیق برای عملکرد صحیح و هماهنگی قطعات الزامی است.

تلرانس هندسی GD&T مجموعه‌ای از نمادها را تحت قالب جدول تلرانس ابعاد برای انتقال این مفاهیم طراحی ارائه می‌دهد که در بخش بعدی از مقاله آموزش GD&T به تفصیل بررسی خواهند شد.

هنر تلرانس‌دهی و اهمیت آن در طراحی بهینه

تلرانس‌دهی هنری است که در آن باید تغییرات مجاز برای ویژگی‌های طراحی را به‌گونه‌ای مشخص کرد که ضمن تضمین کیفیت، نرخ تأیید محصولات در محدوده فرآیندهای تولیدی افزایش یابد. همچنین، هدف از تلرانس‌دهی باید با ظاهر و کاربرد قطعه مطابقت داشته باشد.

در سیستم متریک، استانداردهای بین‌المللی تلرانس (IT) برای تعیین تلرانس‌ها با استفاده از نمادها استفاده می‌شوند. به‌عنوان مثال، نماد 40H11 نشان‌دهنده حفره‌ای با قطر 40 میلی‌متر و با یک تناسب آزاد است. تولیدکننده می‌تواند مقدار دقیق تلرانس را از جدول استاندارد استخراج کند. تولیدکننده با مراجعه به جدول تلرانس ابعادی می‌تواند مقادیر دقیق تلرانس را تعیین کند.

اهمیت در نظر گرفتن اثرات سیستمی در طراحی

علاوه بر تلرانس‌های جداگانه، مهندسان باید اثرات سیستمی را نیز در نظر بگیرند. به‌عنوان مثال، اگر تمامی ابعاد یک قطعه در بیشترین مقدار مجاز خود باشند، آیا همچنان الزامات کلی مانند وزن محصول و ضخامت دیواره‌ها رعایت می‌شوند؟ این مفهوم با اصطلاح شرایط حداکثر ماده (MMC) و نقطه مقابل آن شرایط حداقل ماده (LMC) شناخته می‌شود.

تلرانس‌ها می‌توانند جمع شوند. برای مثال، اگر یک زنجیره با 100 حلقه داشته باشیم که هر حفره 0.1 میلی‌متر تلرانس مثبت و هر شفت 0.1 میلی‌متر تلرانس منفی داشته باشد، در نهایت اختلاف طول 20 میلی‌متر قابل‌قبول خواهد بود. برای الگوهای تکراری مانند سوراخ‌های مشبک، بهتر است ابتدا موقعیت کلی الگو مشخص شود و سپس فاصله‌های مرتبط تعیین شوند، به‌جای اینکه هر عنصر را به لبه یا سطح مرجع قطعه ارجاع دهیم.

استانداردهای GD&T و ابزارهای دقیق اندازه‌گیری

استانداردهای GD&T نه‌تنها برای طراحان و مهندسان، بلکه برای بازرسین کیفی نیز مهم هستند و روش‌های اندازه‌گیری ابعاد و تلرانس‌ها را مشخص می‌کنند. استفاده از ابزارهایی مانند میکرومتر دیجیتال، کولیس، ارتفاع‌سنج، صفحه‌های سطح، اندیکاتورهای عقربه‌ای و دستگاه‌های اندازه‌گیری مختصات (CMM) در این فرآیند ضروری است.

 

چارچوب مرجع داده (Datum Reference Frame)

در تعریف و اندازه‌گیری یک قطعه، هندسه در فضایی مفهومی به نام چارچوب مرجع داده (DRF) قرار می‌گیرد که مشابه سیستم مختصات در نرم‌افزارهای مدل‌سازی سه‌بعدی است. داده‌ها شامل نقاط، خطوط یا صفحاتی هستند که در DRF تعریف شده و به‌عنوان مبنای اندازه‌گیری استفاده می‌شوند.

 اطمینان حاصل کنید که ویژگی‌های داده مرتبط با عملکرد قطعه به‌درستی تعریف شده باشند. درصورتی‌که قطعات مختلفی باید با هم مونتاژ شوند، معمولاً یک داده کافی است. همچنین، اطمینان حاصل کنید که داده اصلی موقعیت قابل‌اعتمادی برای اندازه‌گیری‌های دیگر فراهم کند، مانند جایی که قطعه نهایی کمترین تغییرات غیرقابل‌پیش‌بینی را داشته باشد.

دستورالعمل های تلرانس گذاری GD&T

در نقشه‌های مهندسی، هدف اصلی انتقال دقیق اطلاعات محصول بدون ایجاد پیچیدگی یا محدودیت‌های غیرضروری است. آموزش GD&T و رعایت نکات زیر می‌تواند به بهبود کیفیت نقشه‌ها کمک کند:

1. وضوح نقشه، اولویت اصلی
   وضوح نقشه حتی از دقت و کامل بودن آن مهم‌تر است. برای بهبود وضوح نقشه:
   • ابعاد و تلرانس‌ها را خارج از محدوده قطعه قرار دهید و به خطوط قابل‌مشاهده در پروفایل‌های واقعی اعمال کنید.
   • جهت خواندن ابعاد را یکسان و یک‌طرفه در نظر بگیرید.
   • عملکرد قطعه را در نقشه نشان دهید.
   • ابعاد را گروه‌بندی یا پلکانی مرتب کنید.
   • از فضای سفید بهینه استفاده کنید.
2. تلرانس‌های آزادتر برای کاهش هزینه‌ها
   طراحی را به گونه‌ای انجام دهید که بیشترین تلرانس مجاز ممکن باشد تا هزینه‌های تولید کاهش یابد.
3. تلرانس عمومی در نقشه
   یک تلرانس عمومی را در پایین نقشه برای تمامی ابعاد قطعه تعریف کنید. تلرانس‌های خاصی که در نقشه مشخص شده‌اند، بر تلرانس عمومی ارجحیت دارند.
4. اولویت‌بندی تلرانس‌دهی بر اساس عملکرد
   ابتدا ویژگی‌های عملکردی و روابط آن‌ها را تلرانس‌دهی کنید و سپس به سایر بخش‌های قطعه بپردازید.
5. تفویض تلرانس‌دهی GD&T به متخصصان تولید
   در صورت امکان، تلرانس‌دهی GD&T را به کارشناسان تولید بسپارید و فرآیندهای تولید را در نقشه مهندسی مشخص نکنید.
6. زاویه 90 درجه را مشخص نکنید
   نیازی به تعریف زاویه 90 درجه نیست، زیرا این مقدار به‌صورت پیش‌فرض فرض می‌شود.
7. شرایط استاندارد اندازه‌گیری
   ابعاد و تلرانس‌ها در دمای 20 درجه سانتی‌گراد و فشار 101.3 کیلوپاسکال معتبر هستند، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد.

با شروع یادگیری و آموزش GD&T و رعایت این دستورالعمل‌ها، نقشه‌های مهندسی شما هم از نظر وضوح و هم از نظر کارایی بهبود خواهند یافت.

نمادهای تلرانس هندسی

اساس GD&T بر اساس مشخصه است و هر مشخصه با کنترل‌های مختلف مشخص می‌شود. نمادهای GD&T به پنج گروه تقسیم می‌شوند:

کنترل‌های فرم (Form Controls)

این کنترل‌ها شکل مشخصه ها را مشخص می‌کنند، شامل:

• راستایی (Straightness): به دو دسته راستایی عنصر خط و راستایی محور تقسیم می‌شود.
• تختی (Flatness): به معنای راستایی در چندین بعد است که بین بالاترین و پایین‌ترین نقاط روی یک سطح اندازه‌گیری می‌شود.
• گردی (Circularity یا Roundness): می‌تواند به‌عنوان راستایی خمیده به شکل یک دایره توصیف شود.
• استوانه‌ای بودن (Cylindricity): اساساً تختی خمیده به شکل یک بشکه است و شامل راستایی، گردی و مخروطی بودن است که بازرسی آن را پرهزینه می‌کند.

کنترل‌های پروفیل (Profile Controls)

این کنترل‌ها ناحیه تلرانس سه‌بعدی اطراف یک سطح را توصیف می‌کنند:

• پروفیل خط (Line Profile): یک مقطع دوبعدی را با یک شکل ایده‌آل مقایسه می‌کند. ناحیه تلرانس توسط دو منحنی جابجا شده تعریف می‌شود مگر اینکه خلاف آن ذکر شود.
• پروفیل سطح (Surface Profile): از طریق دو سطح جابجا شده ایجاد می‌شود که سطح ویژگی باید بین آن‌ها قرار گیرد. این کنترل پیچیده معمولاً با دستگاه CMM اندازه‌گیری می‌شود.

کنترل‌های جهت‌گیری (Orientation Controls)

این کنترل‌ها ابعاد زاویه‌ای را مشخص می‌کنند، شامل:

• زاویه‌داری (Angularity): به معنای تختی در زاویه‌ای نسبت به یک مبنا است و توسط دو صفحه مرجع که به اندازه مقدار تلرانس از هم فاصله دارند، تعیین می‌شود.
• عمودیت (Perpendicularity): به معنای تختی در زاویه 90 درجه نسبت به یک مبنا است. این کنترل دو صفحه ایده‌آل را مشخص می‌کند که سطح ویژگی باید بین آن‌ها قرار گیرد.
• موازی بودن (Parallelism): به معنای راستایی در یک فاصله مشخص است. موازی بودن محور‌ها می‌تواند با تعریف یک ناحیه تلرانس استوانه‌ای و اضافه کردن نماد قطر به مقدار تلرانس مشخص شود.

کنترل‌های موقعیت (Location Controls)

این کنترل‌ها مکان ویژگی‌ها را با استفاده از ابعاد خطی تعریف می‌کنند:

• موقعیت (Position): مکان ویژگی‌ها را نسبت به یکدیگر یا مبناها مشخص می‌کند و رایج‌ترین کنترل است.
• هم‌محوری (Concentricity): محور یک ویژگی را با محور یک مبنا مقایسه می‌کند.
• تقارن (Symmetry): اطمینان می‌دهد که بخش‌های غیر استوانه‌ای در دو طرف یک صفحه مبنا مشابه هستند. این کنترل پیچیده معمولاً با دستگاه CMM اندازه‌گیری می‌شود.

کنترل‌های ران‌آوت (Runout Controls)

این کنترل‌ها میزان تغییر یک ویژگی را نسبت به مبناها مشخص می‌کنند:

• ران‌آوت دایره‌ای (Circular Runout): زمانی استفاده می‌شود که نیاز باشد خطاهای متنوعی مانند قطعات نصب‌شده روی بلبرینگ‌ها در نظر گرفته شود. در حین بازرسی، قطعه روی یک اسپیندل چرخانده می‌شود تا تغییر یا «لقی» در اطراف محور چرخش اندازه‌گیری شود.

ران‌آوت کلی (Total Runout): روی نقاط متعدد یک سطح اندازه‌گیری می‌شود و نه فقط ران‌آوت یک ویژگی دایره‌ای، بلکه کل سطح را توصیف می‌کند. این کنترل راستایی، پروفیل، زاویه‌داری و سایر تغییرات را شامل می‌شود.

جدول نمادهای تلرانس هندسی GD&T

در ادامه این بخش از مقاله آموش GD&T، نمادهای اصلی GD&T که در بالا به آنها اشاره شد و برای مشخص کردن ویژگی‌های مختلف قطعات استفاده می‌شوند، معرفی شده‌اند. این نمادها برای تعریف دقیق‌تر ابعاد، شکل، موقعیت و سایر ویژگی‌های هندسی قطعات به کار می‌روند. جدول تلرانس ابعاد زیر به شما دید کلی و جامعی از این نمادها و کاربردهای آن‌ها ارائه می‌دهد.

هر دو استاندارد ANSI و ISO از این نمادهای رایج برای كنترل های تلرانس گذاری استفاده می كنند.

فریم کنترل مشخصه (FCF)

فریم کنترل مشخصه (Feature Control Frame) ابزاری است که برای تعریف کنترل‌های هندسی روی نقشه‌های فنی استفاده می‌شود. بخش اول (سمت چپ‌ترین خانه) نشان‌دهنده ویژگی هندسی است. مثلاً در شکل زیر، یک کنترل موقعیت انتخاب شده، اما می‌تواند هر نماد دیگری نیز باشد.

بخش دوم شکل ناحیه تلورانس را مشخص می‌کند. در این مثال، نماد دایره به این معناست که تلرانس به صورت شعاعی (دایره‌ای) اعمال می‌شود، نه خطی. عدد داخل این بخش، مقدار تلرانس مجاز را نشان می‌دهد. بخش‌های بعدی مربوط به مبناها (Datums) هستند. در این مثال، موقعیت موردنظر با توجه به مبناهای B و C تعیین می‌شود.

در کنار این موارد، ممکن است یک حرف محصور در دایره وجود داشته باشد که به آن “اصلاح‌کننده ویژگی” گفته می‌شود و نحوه اعمال تلرانس را توضیح می‌دهد:

• M: تلرانس در شرایط حداکثر ماده (MMC) اعمال می‌شود.
• L: تلرانس در شرایط حداقل ماده (LMC) اعمال می‌شود.
• U: تلرانس دوجانبه نامساوی را مشخص می‌کند (مثلاً ±0.2 میلی‌متر).
• P: تلرانس در یک ناحیه پیش‌بینی‌شده اعمال می‌شود.
• اگر هیچ نمادی وجود نداشته باشد، تلرانس مستقل از اندازه قطعه (RFS) خواهد بود.

در شرایط خاص، اگر قطعه کاملاً در شرایط MMC نباشد، تلرانس اضافی (Bonus Tolerance) به آن تعلق می‌گیرد. به عنوان مثال، اگر قطعه 90٪ از MMC را داشته باشد، تلورانس نیز به همان نسبت افزایش می‌یابد.

تلرانس گذاری در چاپ سه بعدی

بسیاری از طراحان و مهندسان محصولات در حین نمونه سازی و تولید محصول از چاپ سه بعدی برای تولید نمونه های اولیه و قطعات سفارشی مقرون به صرفه استفاده می کنند که در غیر این صورت به سرمایه گذاری قابل توجهی در ابزار نیاز دارند.

تلرانس گذاری در چاپ سه بعدی با ابزارهای مرسوم تولید متفاوت است، زیرا پرینت سه بعدی یک فرآیند خودکار جداگانه است. تلرانس شدید ممکن است در مرحله طراحی به تلاش بیشتری نیاز داشته باشد، اما می تواند باعث صرفه جویی در زمان و هزینه های قابل توجهی در نمونه سازی و تولید شود.

مطالعه موردی ادغام GD&T در ابزارهای CAD مانند SolidWorks

اکثر ابزارهای CAD مخصوص مهندسی مکانیک، مانند SolidWorks، Autodesk Fusion 360، AutoCAD، SolidEdge، FreeCAD، CATIA، NX، Creo و Inventor، امکان ادغام استاندارد GD&T را در هنگام ایجاد نقشه‌های مهندسی ارائه می‌دهند. با این حال، طراحان همچنان باید تلرانس‌ها را به صورت دستی تعیین کنند و انحرافات احتمالی در فرآیند تولید را در نظر بگیرند. در مطالعه موردی زیر، مثالی از استفاده از قواعد GD&T در نرم‌افزار SolidWorks ارائه شده است.

این پروژه خاص با هدف تولید ۵۰,۰۰۰ درپوش بطری از طریق قالب‌گیری تزریقی انجام شده است. هدف ما کنترل میزان فشار و نیروی مورد نیاز برای قرار گرفتن درپوش‌ها روی بطری‌ها است. بنابراین، تعیین تلرانس‌های مناسب ضروری است. می‌خواهیم از حالتی جلوگیری کنیم که برخی از درپوش‌ها قطر خارجی بزرگ‌تر یا کوچک‌تری نسبت به بطری داشته باشند و در عوض، یک اتصال ثابت و هماهنگ ایجاد شود.

شیار بطری دارای قطر خارجی ۳۶.۹۵ ± ۰.۰۱۰ میلی‌متر است. این بدان معناست که محدوده قطر داخلی درپوش بین ۳۶.۹۸۵ و ۳۷.۰۶۵ میلی‌متر خواهد بود و مقدار میانگین آن ۳۷.۰ میلی‌متر است.

علاوه بر این، درپوش دارای اتصالات خاصی برای یک محور است که در زیر یک سطح صاف نصب می‌شود. این طراحی امکان باز کردن بطری با یک دست را فراهم می‌کند، در حالی که بطری زیر سطح کابینت انبار آویزان است. محور مورد استفاده یک قطعه استاندارد از جنس استیل ضدزنگ (OEM) با قطر ۴ میلی‌متر و تلورانس ۰.۱۳ میلی‌متر (۰.۰۰۵ اینچ) است. برای یک اتصال محکم، به تلرانس فشار (Force Fit) با بازه مجاز بین -۰.۰۳۷۵ و ۰.۰۱۲۵ میلی‌متر نیاز داریم. بنابراین، قطر سوراخ بین ۳.۹۹ و ۴.۰۱ میلی‌متر باید باشد تا اتصال فشاری برای تمامی اندازه‌های محور حاصل شود.

با توجه به اینکه این بازه بسیار محدود است، تصمیم می‌گیریم سوراخ را با قطر ۳.۸۵ میلی‌متر مشخص کنیم و سپس آن را با دقت به ۴.۰۰ میلی‌متر سوراخ‌کاری کنیم. این کار همچنین هم‌مرکزی/ متحد المرکز بودن (Concentricity) دو سوراخ را کنترل می‌کند.

برای کنترل مناسب ابعاد خود، نیاز به استفاده از یک مبنا داریم. یک مبنا باید مشخصه های جفت شدن و عملکرد مجموعه را نشان دهد، به علاوه باید پایدار، قابل تکرار و در دسترس باشد. در این حالت، جفت شدن درپوش و دهانه بطری از اهمیت بیشتری برخوردار است، بنابراین سطح استوانه ای داخلی درپوش را به عنوان مبنای اصلی انتخاب می کنیم. کار بعدی، جفت شدن با سطح پایه است، بنابراین سطح صاف بالایی درپوش را به عنوان مبنای ثانویه انتخاب می کنیم.

پس از مشخص کردن نیازها، اعمال تلرانس‌ گذاری GD&T در SolidWorks به این شکل انجام می‌شود:

1. دیتام‌ها را در مسیر DimXpert > Auto Dimension Scheme مشخص کنید.
2. به جای تلرانس‌های مثبت/منفی، گزینه Geometric را انتخاب کنید.
3. دیتام‌ها و ویژگی‌هایی که باید بر اساس دیتام‌ها کنترل شوند را تعیین کنید.
4. پس از تکمیل Dimension Scheme، تلورانس‌های هندسی و نمادهای GD&T را به صورت جداگانه اضافه کنید.

نرم‌افزار به صورت خودکار ابعاد مشخصه‌های دارای اندازه (FOS)، مانند سوراخ‌ها و برآمدگی‌ها، را تولید می‌کند. برای مشخصه‌هایی که محدودیت مثبت و منفی آن‌ها برابر نیست، مطمئن شوید که نوع تلرانس را روی Bilateral یا Limit تنظیم کنید.

برای وارد کردن این تلرانس‌ها به یک نقشه مهندسی، ابتدا در FeatureManager بررسی کنید که کدام صفحات در پوشه Annotations استفاده شده‌اند. هنگام وارد کردن نماها از این صفحات به نقشه، گزینه‌های Import Annotations و DimXpert Annotations را فعال کنید.

اضافه کردن یک نمای مقطعی مناسب نیز می‌تواند نقشه را به طور قابل توجهی واضح‌تر و قابل درک‌تر کند.

آموزش GD&T برای تولید نمونه اولیه و ساخت سریع قطعات با چاپ سه بعدی

در این راهنمای آموزش GD&T، سیستم تلرانس‌گذاری هندسی و ابعادی (GD&T) را بررسی کردیم؛ سیستمی که مزایای چشمگیری برای طراحان و مهندسانی که روی محصولات پیچیده با نیاز به کنترل دقیق ابعاد کار می‌کنند، به همراه دارد. دیدیم که GD&T نه‌تنها ابعاد خطی را منتقل می‌کند، بلکه نیت طراحی را نیز مشخص می‌سازد و به این ترتیب، ارتباط طراحی مهندسی را برای تمامی ذینفعان پروژه شفاف‌تر می‌کند.

با استفاده از تنها چند نماد، دیتام‌ها و Feature Control Frame، می‌توان نقشه‌های تولید را به‌طور قابل‌توجهی غنی‌تر کرد و اطمینان حاصل کرد که اتصالات مهندسی در سراسر مجموعه محصولات سازگار باقی می‌مانند. همچنین، GD&T مهندسان را ترغیب می‌کند تا قطعات خود را با توجه به فرآیند تولید انتخاب‌شده بهینه‌سازی کنند، زیرا تکنیک‌های تولید مختلف انحرافات خاص خود را به همراه دارند.

شرکت‌ها در صنایع مختلف از جمله هوافضا، خودروسازی، دفاعی، کالاهای مصرفی، پزشکی و بسیاری دیگر در حال پذیرش ابزارهای تولید دیجیتال هستند تا به سمت چشم‌انداز صنعت 4.0 حرکت کنند. پرینت سه‌بعدی به‌عنوان یک کاتالیزور بهره‌وری عمل می‌کند و به تیم‌های تولید، از مهندسان تا ماشین‌کاران، ابزارهایی می‌دهد تا زنجیره تأمین را بهبود بخشند، تولید را کارآمدتر کنند و محصولات را سریع‌تر به بازار برسانند—در نتیجه صدها هزار دلار و هفته‌ها تا ماه‌ها در زمان صرفه‌جویی می‌شود.

با یادگیری بیشتر درباره اینکه چگونه شرکت‌های پیشرو مانند Ford، General Electric و Dyson از پرینت سه‌بعدی برای صرفه‌جویی در هزینه‌ها و کاهش زمان تولید از طراحی تا ساخت بهره می‌برند، به این حرکت بپیوندید.

سخن آخر

با توجه به نقش حیاتی آموزش GD&T و استفاده از ابزارهای ساخت دیجیتال در بهبود کیفیت و سرعت تولید، اهمیت بهره‌گیری از تکنولوژی‌های پیشرفته نظیر چاپ سه‌بعدی بیشتر از هر زمان دیگری احساس می‌شود. با استفاده از خدمات چاپ سه‌بعدی ما، شما می‌توانید از این فرصت‌ها بهره‌برداری کنید و پروژه‌های خود را با دقت و سرعت بیشتری به نتیجه برسانید. تیم متخصص ما آماده است تا با ارائه راه‌حل‌های سفارشی و متناسب با نیازهای شما، به شما کمک کند تا بهینه‌سازی فرآیندهای تولید خود را تجربه کنید و در مسیر صنعت 4.0 گام بردارید. همین حالا با ما تماس بگیرید و آینده تولید را با ما تجربه کنید.