Geometrische Bemaßung und Tolerierung: Der ultimative Leitfaden

Bauteile, die in verschiedenen Industriezweigen verwendet werden, erfordern Präzision und Perfektion. Wenn ihnen die entsprechenden Toleranzen und Abmessungen fehlen, sind sie unbrauchbar und führen zu Ausschuss. Daher ist die Bedeutung, die der geometrischen Bemessung und Tolerierung in jeder Branche beigemessen wird, von entscheidender Bedeutung und trägt dazu bei, Bauteile mit weniger Ausschuss herzustellen.

Im folgenden Leitfaden wird alles über GD&T im Detail erläutert, werfen wir also einen Blick darauf.

Was ist GD&T?

Geometrische Bemaßung und Tolerierung (GD&T) sind für die Kommunikation zwischen Herstellern und Ingenieuren sehr wichtig. Dieses System hilft dabei, die zulässige Abweichung von der Konstruktion der Komponenten zu kommunizieren.

Eine kurze Geschichte von GD&T

Geometrische Bemaßung und Tolerierung haben ihren Ursprung in der Zeit des Zweiten Weltkriegs. Stanley entwickelte damals in der Royal Torpedo Factory in Schottland Toleranzverfahren, um die funktionalen Anforderungen an die Bauteile zu erfüllen.

Er führte Konzepte wie True Position ein. Er legte den Grundstein für GD&T in den Notes on Design and Inspection of Mass Production Engineering Work, später gefolgt von der ASME-Norm im Jahr 1957. Seitdem wurde sie regelmäßig aktualisiert, zuletzt im Jahr 2018.

Grundlagen der geometrischen Bemaßung und Tolerierung

Die Grundlagen der GD&T haben einige wesentliche Begriffe, die wie folgt lauten:

Größe

Die Größe bezieht sich auf die Größe der Komponentenmerkmale und hat eine +/- Toleranz. Sie gibt an, wie groß oder wie klein die Merkmale in der Komponente sind.

Standort

Die Position stellt die Lage des Merkmals im 3D-Raum dar; sie bestimmt, wo sich das Merkmal auf der x-, y- und z-Achse befindet.

Orientierung

Die Ausrichtung ist die Art und Weise, wie die Komponente gewinkelt ist. Diese Symbole helfen dabei, die Position besser zu bestimmen.

Formular

Die Form beschreibt die Gesamtform der Komponente. Sie hat Symbole wie EbenheitZylindrizität, Geradheit und Kreisform.

Toleranzzonen

Die Toleranzfelder mit ihren GD&T-Symbolen sind in der nachstehenden Tabelle aufgeführt.

Feature Control Frames

Der Feature-Kontrollrahmen erklärt die Toleranz einer geometrischen Kontrolle, die auf das Feature des Bauteils angewendet wird. Er besteht aus vier Teilen, die wie folgt lauten:

• Das GD&T-Zeichen ist auch das Kontrollsymbol.
• Die Größe und Form der Toleranzzone.
• Verschiedene Modifikatoren der Toleranzzone, wie Projektions- und Materialbedingungsmodifikatoren.
• Bezugsdaten.

Beschränkungen der Tolerierung vor GD&T

Vor GD&T wurden die Merkmale in reifenden Bauteilen durch die x- und y-Achsen angegeben. Nehmen wir als Beispiel das Bohren eines Montagelochs, das im vorgegebenen x- und y-Bereich liegen muss. Daher würde eine perfekte Toleranzspezifikation die Position des Lochs bestimmen und der Bereich innerhalb des Lochs, der akzeptabel war, wurde eingekreist.

Damals, während des 2. Weltkriegs, war Stanley Parker an der Entwicklung von Marinewaffen beteiligt. Er bemerkte einen Fehler und arbeitete an einem neuen System; dieses System der GD&T wurde dann 1950 zu einem Standard im Militär. Für die USA ist die Norm heute durch die ASME Y14.5-1188 definiert, für den Rest der Welt durch die ISO 1101-2017. Sie berücksichtigt die gesamte Produktgeometrie.

Warum GD&T-Prozesse implementieren?

Im folgenden Abschnitt werden die Gründe für die Einführung der GD&T-Prozesse erläutert.

Das Datum und der Bezugsrahmen

Der Bezugspunkt ist der genaue Punkt oder die Achse, von dem/der aus die Merkmale des Teils referenziert werden. Er wird als Referenz für die Maßtoleranz verwendet.

Der Bezugsrahmen ist ein entscheidender Aspekt von GD&T, der die Bildung von drei senkrechten Rahmen ermöglicht, die theoretisch und manuell perfekt sind. Diese drei Ebenen sind für die Herstellung und Prüfung von Teilen unerlässlich und lauten wie folgt:

• Die ersten Primärdaten werden mit mindestens drei Kontaktpunkten des ersten Merkmals des Bauteils erstellt.
• Die Sekundärdaten müssen mindestens 2 Punkte des zweiten Merkmals berühren.
• Der tertiäre Bezugspunkt erzeugt mindestens einen Kontaktpunkt mit dem dritten Merkmal.

Der Feature Control Frame

Der Merkmalskontrollrahmen legt die Anforderungen fest, die das Merkmal in einer bestimmten Komponente möglicherweise benötigt. Jeder Rahmen besteht aus einer einzigen Nachricht. Die erste Formkomponente der Nachricht enthält ein geometrisches Symbol, das die Anforderungen an ein Merkmal, wie seine Position oder Ebenheit, darstellt. Die zweite Komponente enthält die Gesamttoleranz der Merkmale, und die dritte Komponente enthält die Bezugsmerkmale.

Wahre Position und Positionstoleranz

Die wahre Position ist die genaue Lage, die durch das Grundmaß definiert ist und die Sollwerte darstellt. Sie gibt an, wie weit die Position eines Merkmals von der tatsächlichen Position abweichen kann.

Unabhängig von der Merkmalsgröße (RFS)

Unabhängig von der Featuregröße bezieht sich auf die geometrische Toleranz, die über den gesamten Bereich der Bauteilgrößen eingehalten werden muss. Sie reicht vom Minimum bis zum Maximum der Materialverbindung.

Sprache der Symbole

Die Symbolsprache ist die universelle Symbolsprache, die zur Kommunikation von Fertigungstoleranzen und -grenzen verwendet wird. Durch die Verwendung dieser Symbole wird das Risiko von Verwechslungen und Verschwendung vermieden.

Wie GD&T funktioniert？

GD&T spezifiziert die erforderlichen Toleranzen und Abmessungen des Entwurfs. Der Wert der Toleranz liegt zwischen der Mindest- und der Höchstgrenze. Durch die Tolerierung wird die genaue Abweichung für jedes Merkmal des Entwurfs festgelegt, wodurch das Bauteil optimiert und die Genehmigungsrate sichergestellt wird. Sie trägt sogar dazu bei, die Ästhetik und den funktionalen Zweck des Bauteils zu erhalten.

Es muss sichergestellt werden, dass die Toleranzen des Produkts die mit Hilfe von Symbolen festgelegten Grenzen nicht überschreiten. Diese Symbole helfen bei der Kommunikation der Konstruktionsanforderungen und stellen sicher, dass die gewünschte Funktion erreicht wird.

GD&T-Symbole

Die verschiedenen Arten von GD&T-Symbolen werden im Folgenden erläutert.

Formular-Steuerelemente

Form-Steuerelemente bestimmen die Gesamtform des Merkmals, und einige davon sind wie folgt:

Geradlinigkeit: Die Geradheitstoleranz ist die maximal zulässige Abweichung zwischen der realen Linie und der idealen Geraden.

Flachheit: Sie ist der Grad der zulässigen Ebenheitstoleranz gegenüber der idealen Ebene und wird mit der realen Oberfläche verglichen.

Zirkularität: Sie ist die zulässige Abweichung von der realen Kreisform zum idealen Kreis.

Zylindrizität: Er stellt die maximal zulässige Abweichung zwischen dem idealen und dem realen Zylinder dar.

Profil-Steuerungen

Die Profilkontrolle bezieht sich auf die Toleranzzone in drei Dimensionen um die Oberfläche herum. Sie hat die folgenden zwei Profile:

Profil einer Linie: Das Profil einer Linie bezieht sich auf die Abweichung, die in der tatsächlichen Kurve einer unregelmäßigen Kreiskurve zulässig ist.

Profil einer Oberfläche: Er bezieht sich auf die zulässige Abweichung zwischen der tatsächlichen Konturlinie und der idealen Konturlinie.

Orientierungskontrollen

Die Orientierungskontrolle bezieht sich auf die Position des Merkmals in verschiedenen Winkeln, die wie folgt lauten:

Winkligkeit: Die zulässige maximale Abweichung von der idealen Ausrichtung bei einem bestimmten Winkel zum Bezugspunkt wird als Winkligkeit bezeichnet.

Rechtwinkligkeit: Es handelt sich um die Differenz zwischen der tatsächlichen Richtung des zu messenden Elements und der orthogonalen Richtung zur zulässigen Referenz.

Parallelität: Parallelität ist der Abstand, in dem die tatsächlichen Merkmale des Bauteils mit der Bezugsebene übereinstimmen. Er stellt die zulässige Abweichung zwischen der genauen Richtung und der erweiterten Richtung dar.

Standortkontrollen

Standortkontrollen helfen bei der Festlegung des Merkmalsstandorts mit Hilfe von linearen Dimensionen, und einige ihrer Aspekte sind wie folgt:

Position: Der Grad der Position ist die Genauigkeit, mit der ein Merkmal auf dem Bauteil im Vergleich zu seiner erwarteten Position lokalisiert ist. Die Positionstoleranz stellt die maximale Abweichung der tatsächlichen Position von der idealen Position dar.

Konzentriertheit: Die Rundlaufgenauigkeit ist die Toleranz für eine zulässige Abweichung von der tatsächlichen Achse des Bezugspunkts.

Symmetrie: Die Symmetrie ist die zulässige Abweichung der realen Symmetrie von der idealen Symmetrie. Die Symmetrie stellt den Teil dar, in dem zwei Komponenten mit zwei symmetrischen Zentren innerhalb der gleichen Achse bleiben.

Rundlaufkontrollen

Die Rundlaufkontrolle beschreibt die maximale Abweichung, die ein Feature vom Bezugspunkt haben darf.

Kreisförmiger Auslauf: Er bezieht sich auf den Zustand, in dem sich die Rotationsfläche eines Bauteils in der Messebene befindet. Die Art und Weise, wie sie eine konstante Position im Vergleich zur Bezugsachse beibehält. Die maximal zulässige Abweichung ist die Kreisformtoleranz im Vergleich zur idealen Abweichung.

Gesamtauslauf: Wenn sich ein Bauteil gleichmäßig um den Bezugspunkt dreht, hat ein Vollausschlag die Größe des Auslaufs zur Messfläche. Er bezieht sich auf den zulässigen Schlag, wenn das Bauteil um die Bezugsachse entlang seiner erwarteten Kontur gedreht wird.

Tolerierung im 3D-Druck

Die Bedeutung von GD&T in 3D-Druck gewinnt an Bedeutung, da es präzise Spezifikationen für komplexe Bauteile bieten kann. Es ist ein wichtiger Aspekt der additiven Fertigung, wenn das Bauteil in Form von Schichten erstellt wird. Aufgrund von Abweichungen in den Schichten kann es zu Ungenauigkeiten kommen.

Die Kombination von GD&T und 3D-Druck stellt sicher, dass die Konstruktion genaue Abmessungen erreicht. So wird sichergestellt, dass das Endprodukt mit der erwarteten Leistung und Geometrie übereinstimmt.

Wie wähle ich ein GD&T aus?

Die Auswahl geeigneter GD&T erfordert ein Verständnis der funktionalen Aspekte von Bauteilen und ihrer Interaktion mit anderen Bauteilen. Einige der diesbezüglichen Überlegungen sind die folgenden:

• Es ist wichtig, die Funktion des Merkmals zu verstehen und wie es sich auf die Leistung der Baugruppe auswirkt.
• Konzentrieren Sie sich auf die Merkmale, die sich auf die Funktion des Bauteils, der Baugruppe oder der Passung auswirken, und wenden Sie die GD&T auf solche kritischen Geometrien an.
• Definieren Sie die Form und Größe der Toleranzzone, damit bei der Herstellung des Teils die Funktionalität erhalten bleibt.
• Identifizieren Sie den Bezugspunkt, wenn die Ausrichtung und Lage der Merkmale von Referenzpunkten abhängen.
• Vermeiden Sie Übertoleranzen, um die Herstellungskosten zu senken.
• Testen Sie, ob das ausgewählte GD&T-System bei realen Anwendungen effektiv funktioniert.

Schlussfolgerung

Wir bei DEK kann Ihnen Bauteile mit hervorragenden Toleranzen und geometrischen Abmessungen anbieten. Lassen Sie uns also Komponenten für Ihre Anwendungen entwerfen und herstellen, um eine nahtlose Qualität zu gewährleisten.

FAQs

Was sind die 5 Kategorien von GD&T?

Die fünf Kategorien von GD&T sind Orientierungstoleranz, Formtoleranz, Lagetoleranz, Rundlauftoleranz und Profiltoleranz.

Wie lange dauert es, GD&T zu lernen?

Der GD&T-Kurs dauert etwa 24 bis 25 Stunden.

Macht GD&T die Teile teurer?

Nein, GD&T reduziert die Herstellungskosten, indem es Verschwendung verhindert und die Herstellungskosten senkt.