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非双向对称公差,造成产品设计错误

1年前浏览374

在之前的文章中,我曾经说到:在零部件数量多、需要模具、大批量生产等场合下,如果使用双向对称公差进行2D图纸图纸,不但会额外增加尺寸转换所产生的工作量,同时还容易发生转换错误。

有的产品设计工程师觉得,尺寸转换是模具的工作,出错了是他们的责任,与产品设计无关。

然而事实上,使用非双向对称公差,在产品设计时同样需要尺寸转换,也非常有可能使得产品设计出现错误。

这个错误非常隐蔽,很不容易被发现。

本文将通过一个真实的失败案例来说明,非双向对称公差是如何造成设计错误的。




       

       
 1           
       
产品防水失败,问题出在哪里?        

       
       
下面案例经过真实案例简化和改编。        
一个产品,使用密封圈防水,当零部件开完模具、做防水测试时,发现防水测试失败。        

图1        


工程师就急急忙忙去找原因。
       
最先想到的零件尺寸是不是超过规格了。        
于是,根据2D图纸,如图2所示,仔细测量相关零部件的尺寸,结果发现零部件尺寸都在尺寸公差范围。        
       
图2        

       
然后再检查产品3D图纸设计,如图3所示,是不是名义压缩量设计得太小了,需要增加压缩量?        
经过计算发现,5mm直接的密封圈,放在4mm(13-3-6=4)的槽中,名义压缩量为20%。        
按照密封圈材料供应商推荐,10%~30%的压缩比,可以满足防水要求。        
(注,此处10%~30%仅为举例用        
       
图3        

       
那么,问题到底出在哪里呢?        
是密封圈配合的相关尺寸精度太宽松了吗?需要让精度更精密吗?        
还是零部件加工供应商尺寸报告不准确?        
还是密封圈供应商推荐的压缩比错误?        

       


       

       

       
 2           
       
公差分析计算        

       
这个问题的根源其实非常隐蔽,如果我们单纯通过观察或者简单分析,难以发现根本原因。        
我们需要用公差分析进行计算,问题根源就一目了然。        

       
1)用3D图纸尺寸进行公差分析        
一般来说,我们在3D图中,默认是双向对称公差。        
即我们在绘制如图4所示的3D图纸时,公差就默认为图5的双向对称所示。        
       
图4        
图5        

       
我们把图2的尺寸和公差,代入到公差分析表格中,公差分析(极值法)结果为-1(-0.4,+0.4)mm,如图6所示;即名义压缩量为1mm,最小压缩量为0.6mm,最大压缩量为1.4mm,。        
如果转换为压缩比则为名义压缩比为20%,最小压缩比为12%,最大压缩比为28%。        
符合密封圈供应商推荐的压缩比范围(10%~30%)。        

       
图6        

       
2)用2D图纸尺寸进行公差分析        
我们把2D图纸里面的尺寸及公差(采用了非双向对称公差),放入公差分析表格中,进行计算,如图7所示。        

图7


       
公差分析(极值法)的结果的-1(0,+0.8)mm,即最小压缩量仅为0.2mm,最大压缩量为1.0mm。        
转换为压缩比为则为:最小压缩比为4%,最大压缩比为20%。        
与供应商推荐的压缩比范围(10%~30%)严重不符合。最下压缩比仅为4%,防水测试不可避免地会出现失败。        

       


       

       
 3        
       
根源在于非双向对称公标注        

       
       
通过公差分析发现,防水失败的原因是2D图纸的尺寸公差标注与3D图纸的尺寸公差默认不一致。        
为什么会出现不一致?        
这是因为3D图纸默认是双向对称公差,而2D图纸却是按照非双向对称公差进行标注。        
当产品零部件数量多、或者是3D绘制或者2D图纸间隔时间太长,我们就有可能出现这种失误。        

       
如何避免此类问题的发生?让工程师有更多的精力投入到有价值的设计中呢?        
答案非常简单,既然3D图纸默认是双向对称公差,那么2D图纸也按照双向对称公差进行标注,即可解决此类问题。        
我们可以称呼这种思维模式为双向对称公差思维。        
千万不要自作主张,按照非双向对称公差进行2D图纸标注,例如极限公差、单向公差、双向非对称公差等。        
否则,到时候出现问题了,都还不知道根本原因是什么。        

       
当然,有的工程师可能会说:我在3D图纸进行产品设计时,同2D图纸一样,我也按照双向对称公差进行考虑,这样是不是就不会出现此类问题了?        
这不能百分百避免此类问题。        
3D图纸设计时,如果使用非双向对称公差,那么我们看到的3D图纸中的密封圈直径5mm,不是5±0.1mm、而是5 (0,-0.2)mm,相当于5是5、又不是5,这相当不直观,我们要心理默算转换,这非常烧脑、自己卷自己。        
如果我们只有一两个尺寸,那可能还没问题。        
然而尺寸数量多,就拿本文案例中的4个尺寸来说,我们不用工具,通过默算进行转换,那就非常难,那么也非常容易出现转换错误。        
本文案例原本有近10个尺寸,3D图纸设计时使用非双向对称公差,如果不是有意使用公差分析工具,我们根本上就无法算出正确的密封圈压缩量。        

       


       

       
最后的话        

       
工程师,我们不要自己卷自己。          
       
我们需要具备双向对称公差思维。        
既然3D图纸已经默认为双向对称公差,那么2D图纸也就乖乖采用相同方式标注,这样最简单最高效,同时不容易出现因为二者不一致而导致的产品设计质量问题。        
我们可以把更多的时间和精力,放在其它更有价值的产品设计上去。        

       

----END---        

来源:降本设计

材料模具
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首次发布时间:2023-11-16
最近编辑:1年前
钟元
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