公差設計のハウツー

寸法公差の設計は、適切に適合し、適切に機能するコンポーネントを作成するために重要です。公差が過度に「緩い」と、製造誤差が大きくなりすぎて、測定ミスにつながります (したがって、使用できない部品が生じることがよくあります。ただし、不必要に「厳しい」公差は、コスト、リードタイム、および複雑さの増加につながる可能性のある精度を必要とします。

部品の公差を考慮した設計プロセスを習得すると、次のことが保証されます。

ピースが計画どおりに組み合わされ、効果的で美しい最終製品が得られる
特別で不必要な人件費のコストを削減していません
避けられない製造エラーによってコンポーネントが役に立たなくなることはありません
自然環境の損耗が機能を妨げない

コンポーネントの寸法公差を設計する際には、考慮すべき多くの要素があります。使用される材料から組み立ての順序までのすべてが部品の公差に影響する可能性があるため、製造プロセスのすべてのステップを考慮する必要があります。

寸法公差分析のヒント

寸法公差は、コンポーネントが使用できなくなる前に直面する可能性のある製造誤差の範囲をエンジニアが理解するのに役立ちます。公差は、多くの場合、X、Y、および Z 次元で測定されますが、表面の粗さや外部温度など、あらゆる要素に適用できます。「はめあい」とは、シャフトが穴にはめ込まれるなど、コンポーネントが互いにどのようにはめ込まれるかを決定する公差の一種です。

コンポーネントのすべての要素を時間をかけて深く検討することで、寸法公差と適合性を最もよく判断できます。特定の部品のすべての可能性と、アプリケーション関連の要因、環境要因、材料などが部品の公差にどのように影響するかを検討してください。また、特定のコンポーネントの製造プロセスが公差のきつさや緩みにどのように影響するかを必ず考慮してください。

寸法公差を最適化するには、性能と費用対効果の望ましいバランスを取る必要があります。製造公差を設計する際に留意すべきいくつかの提案を以下に示します:

使用する製造プロセスを決定する

製造方法が異なれば、必要となる公差も、それを達成できる公差も異なります。部品設計が最終用途向けに最適化されるだけでなく、特定の製造方法にも適していることを確認するために、常に製造可能性設計 (DFM) のベストプラクティスを遵守してください。

資料を検討する

材料の種類が異なれば、精度、一貫性、収縮率のレベルも異なります。たとえば、真鍮は溶接性に優れていますが、応力腐食割れの影響を非常に受けやすくなっています。プロジェクトの要件を満たし、すべての公差に適合する最適な材料を選択するには、材料選択表を使用してメーカーに相談してください。

トレランススタッキングを考慮に入れる

公差スタッキングは、関連する複数の公差にわたる公差の累積です。考慮しないと、多くの小さな公差が積み重なって、2 つの嵌合コンポーネントを組み立てることができなくなる可能性があります。

環境条件の説明

不規則な製造環境は、より自然に発生する変動をもたらします。コンポーネント間の偏差を最小限に抑えるには、部品が製造される製造施設が規制基準を満たしていること、および製造と部品の性能に影響を与える可能性のある温度や湿度の大きな変動に悩まされていないことを確認してください。さらに重要なことは、部品の用途と最終用途の環境要因を考慮して、劣化、変色、変形などの可能性を評価することです。

半径または直径に公差を適用するときは注意してください

半径の公差は、直径として測定すると 2 倍になるため、測定値が適切にチェックされていないと、意図したよりも緩んだり、きつくなったりする可能性があります。たとえそうでなくても、連続したゼロであるかのように寸法公差を処理することにより、精度を確保してください。

一般的な設計公差エラー

公差を設計する際に設計者とエンジニアが犯す 3 つのよくある間違いと、それらを回避する方法を以下に示します。

寸法公差の作成を待つ必要はありません

製品開発プロセスの開始時に公差を考慮することで、時間とコストのかかる再設計を防ぐことができます。部品の仕様を早い段階で調整すれば、生産速度と市場投入までの時間を短縮できます。特に、Fast Radius のような専門メーカーの助けを借りれば、最初から公差を最適化することができます。

公差を締めすぎない (または緩めすぎない)

公差のバランスを取ることは、公差設計の最も難しい側面の 1 つです。公差が緩すぎると、多くのコンポーネントがずれて到着し、機能不全になる可能性があります。一方、寸法公差をきつく設計しすぎると、製造、材料、および人件費が不必要に増加し、貴重な時間と費用がかかる可能性があります。

寸法公差を無視しないでください

寸法公差を省略した場合、メーカーは独自の公差を割り当てるか、部品に標準の ±0.005 インチの公差を設定します。これにより、不適切なサイズのピースが生成される可能性が高く、適切な公差を使用して正しく再製造する必要があります。

規制に関する考慮事項

公差規制とガイドラインに従うことで、常に適切な公差を設計するのに役立つパラメーターが提供されます。これらの要件とベストプラクティス (一部を以下に概説します) は、特定の部品の標準公差を見つけ、公差作成プロセスを支援する式を見つけ、コンポーネントのすべての材料と生産要素を適切に説明するのに役立ちます。

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幾何寸法と公差 (GD&T) .このシステムは、寸法公差、エンジニアリングの意図、およびその他のコンポーネント要件を定義するために使用される言語を標準化するのに役立ちます。 GD&T は、公差を設計するための基本的なルールとプラクティスも提供します。

アメリカ機械学会 (ASME) . ASME は、GD&T を使用して、記号、定義、公差規則の統一を促進します。これにより、デザイナー、エンジニア、メーカーの間で明確なコミュニケーションと理解が得られます。

国際標準化機構 (ISO) .最も普遍的な規制機関の 1 つである ISO は、製造公差の基準を提供しています。 ISO の寸法公差規格は、投影角度、シートサイズ、デフォルトの表題欄と枠線に関して ASME のものとは異なることに注意してください。

国際公差等級 (IT 等級) .これらのガイドは、ISO で定義された産業プロセスを参照し、製造プロセスが与えられた寸法に対して公差がどの程度正確であるかを特定します。 IT グレードは、特定の IT グレードの許容範囲を計算するのに役立つ数式を提供します。

これらのリソースを参照して、公差が適切で準拠していることを確認してください。これらのツールを利用することで、公差の測定ミスを防ぐだけでなく、寸法公差を形成するプロセスについての洞察と理解を深めることができます。

Fast Radius で公差を改善

寸法公差の作成は困難な場合がありますが、適切な先見性、ツール、および公差プロセスを採用することで、部品の長期的な性能を確保するのに役立つバランスのとれた公差を設計することができます。ただし、公差を定義するには、さまざまな複雑な要因を評価する必要があり、最も経験豊富な製品開発チームにとっても困難な場合があります。すべての部品が十分に許容され、高性能であることを保証するには、信頼できる製造パートナーとの提携を検討してください。

大手オンデマンドデジタルメーカーである Fast Radius は、選択した製造方法、材料、タイムライン、予算、関連する規制、および独自のプロジェクト要件に従って、寸法公差を最適化するのに役立ちます。 Fast Radius は、経験豊富なエンジニア、デザイナー、およびアドバイザーのチームにより、設計およびプロトタイプの最適化から生産およびフルフィルメントに至るまでの専門的なサービスを提供します。今すぐお問い合わせください。あなたのビジョンを実現しましょう。

射出成形公差の最適化、およびデュロメーターや応力集中などのその他の重要なエンジニアリングコンセプトの詳細については、Fast Radius リソースセンターにアクセスしてください。