GD&T の平坦度公差

小型部品の製造において平面度は重要ですか?

表面の平坦度は、部品の製造方法を伝えるために使用される幾何学的な寸法と公差 (GD&T) 規格の 1 つです。また、製造可能性を最適化する際の重要な考慮事項になる場合もあります。

配置、円筒度、およびその他の幾何公差特性に加えて、製造される金属部品が正しい形状と目的の機能の両方を備えていることを確認するために、設計図面に平坦度公差を示すことができます。

表面の平坦度とは?

平面度は、表面の形状をそれ自体と比較した尺度であり、表面に沿ったすべての点が同じ平面にあることを示します。 GD&T では平行四辺形で表される平坦性により、寸法公差を厳しくすることなく、表面のうねりや変化を制限できます。

平坦性の特性は、表面全体の摩耗を均一にするのに役立ちます。また、2 つの面が間にガスケットを介してボルトで固定されている場合のように、2 つの面が面一に接して緊密なシールを形成する必要がある場合にも役立ちます。

平坦度公差とは?

平坦度公差ゾーンは、2 つの平行な平面の間の領域であり、問​​題の表面が「平坦」と見なされるためには、この領域に収まる必要があります。平面度の公差は、これらの平行な平面間の許容距離になります。

別の見方をすると、公差ゾーンは、測定されている表面の平面を横切る最高および最低 (±) 許容ポイントです。

平坦度と真直度

したがって、平面度は 3 次元 (3D) オブジェクトの特性であり、その公差ゾーンを示す 2 つの平行な平面の間に存在します。

一方、表面の真直度は 2 次元 (2D) です。その公差域は 2 本の平行線の間に存在し、部品の表面の 1 本の線に沿った平坦度の指標です。

また、メタルカッティングコーポレーションでよく扱う特性である軸の真直度もあります。軸の真直度は、パーツの軸で許容される湾曲またはカーブの量を制御します。 (真直度の測定について詳しくはこちらをご覧ください。)

平坦性と並列性

他のデータや特徴を考慮しない平面度とは異なり、平行度は反対側の面の向きを比較します。軸の平行度などもありますが、GD&T では、2 つのサーフェスまたはフィーチャ間の平行度を制御するために最もよく呼び出されます。

平行度は、2 つのサーフェスが互いに一定の距離で同期して動作する必要がある場合に使用できます。また、相互に参照する必要がある 2 つの平面の間にパーツが収まる必要がある場合にも使用できます。

平面度と垂直度

単一面の平面全体の平面度とは異なり、垂直度は隣接する面の方向を比較します。 GD&T では、垂直公差は通常、2 つの 90° サーフェスまたは円柱上の特定の基準点に関連する軸のいずれかを制御するために使用されます。

金属切削では、通常、ロッド、チューブ、またはワイヤーの側面を、そのパーツに付けたエンド カットと比較して、パーツのエンド カットとの関係で垂直度を測定します。 (垂直度の測定について詳しくはこちらをご覧ください。)

平坦度はどのように測定されますか?

平坦度は測定が難しいことで知られています。まず第一に、「完全にフラット」 (または「完全に」何でも!) などというものは実際にはありません。

第二に、直径 0.040 インチ (1.016 mm) のチューブや、ここメタル カッティングで通常製造するその他の小さな部品など、非常に小さな部品の切断端の表面の平坦度を測定することは事実上不可能です。

第三に、部品の平面度は、テーブルに置いて高さゲージを部品に当てても測定できません。これは、テーブルがデータの一部になるためです。つまり、平坦性ではなく、並列性を測定することになります。

代わりに、パーツの表面に沿った点が平面度の許容範囲内にあることを確認し、表面を 2 つの架空の平行平面と比較する必要があります。

座標測定機 (CCM) は、部品の表面プロファイルを比較できる仮想平面を作成して、一種の 3D 測定を可能にします。そのため、CCM を使用して部品の長さと幅の点を測定し、表面全体が平面度の許容範囲内にあるかどうかを確認できます。

小さな金属部品の平面度の代替

毎日何千本ものロッド、チューブ、ワイヤーを長さに合わせて製造しているメタル カッティングでは、サイズが非常に小さいため、切断面の平面度公差を考慮して作業することはあまりありません。

代わりに、当社のお客様は通常、表面の平面度よりもエンド カットの平行度、角度、垂直度に関心を持っています。さらに、当社の顧客は、特に他の部品と嵌合する必要がある部品で、バリのないエンド カットを求めています。

ただし、顧客から時折、指定された平坦度公差を達成するための支援を依頼されることがあります。たとえば、より大きな表面積を持つ部品、機械加工された部品、または事前に作成され、追加の仕上げのために顧客から提供された部品などです。

このような場合、ラッピング装置をうまく活用して、顧客の仕様を満たす滑らかで平らな表面を実現します。

平坦度の公差を確認するにはどうすればよいですか?

金属切削では、通常、測定する表面が水平になるように部品を固定します。これを確認するには、パーツの表面で同じ高さの 3 つの反対側の点を見つけます。

次に、パーツ全体の他のさまざまなポイントに高さゲージを取り付けて違いを記録し、パーツ全体の平面度が仕様の範囲内であることを確認します。

OGP SmartScope システムを使用して、パーツの表面に沿って複数のランダム ポイントを測定し、最高点と最低点が許容範囲内にあることを確認することもできます。

平面公差の基準はありますか?

用途によっては、平坦度の公差が重要であることは間違いありません。

2019 年 1 月、Apple は、新しい iPad Pro モデルの厳しい平面公差を宣伝しました。同社によると、新しい iPad Pro は、「どの辺の長さでも 400 ミクロン以下のずれを許容するように製造されており、紙 4 枚の厚さよりも小さい」とのことです。

CNC 機械加工を使用してより強力なプラスチックとアルミニウムの筐体を作成することに加えて、より厳しい平面度公差は、さまざまなデバイスの曲げの問題に関する苦情に対する Apple の対応の一部でした。

小型部品の製造では、ASTM International およびその他の組織が、鋼、アルミニウム、およびその他の材料 (プレート、シート、バーからワイヤー、ロッド、チューブに至るまで) の平面度公差の基準を公開しています。

正確な仕様のために GD&T を使用する

平行度、垂直度、角度から真円度、真直度、平坦度に至るまで、GD&T 機能の完全な範囲について、金属切削の目標は常に、お客様の製品に最高の品質を提供しながら、生産コスト効率を維持することです。

詳細で完全な仕様 (表面の平坦度やその他の重要な特性に対する明確かつ慎重に考え抜かれた公差など) を前もって提供することで、製造可能性の最適化と、コストと品質の両方の管理を支援する上で、真に重要な役割を果たすことができます。