Bewerkingstoeslag 101:nauwkeurige toleranties berekenen en toepassen

Wat is bewerkingstoeslag?

We beginnen met het vaststellen van een definitie van wat bewerkingstoeslag is. De bewerkingstoeslag is het extra materiaal dat fabrikanten opzettelijk op een werkstuk achterlaten en dat bij daaropvolgende bewerkingen in een gecontroleerde omgeving moet worden verwijderd.

Door machinaal bewerkte toleranties te laten, wordt gegarandeerd dat er voldoende materiaal op het werkstukoppervlak achterblijft om nauwkeurige en nauwkeurige bewerkingsafmetingen, vereisten voor oppervlakteafwerking en onderdeeltoleranties te bereiken.

Bewerkingstolerantie versus tolerantie

Laten we een kleine omweg maken en het hebben over bewerkingstoeslag versus tolerantie.

In de vorige sectie hebben we de nadruk gelegd op het gebruik van het woord ‘opzettelijk’, omdat dit de belangrijkste onderscheidende factor is tussen de vaak verwarrende concepten van bewerkingstolerantie en tolerantie. Hoewel tolerantie ook gaat over hoeveel extra/minder materiaal er op een werkstuk zit, is dit niet iets dat opzettelijk wordt gedaan.

Het houdt veeleer rekening met de aanvaardbare hoeveelheid onbedoelde variatie in de afmetingen van het werkstuk. Het houdt verband met het feit dat het onmogelijk is om de exacte afmetingen van een onderdeel te bereiken. Daarom definiëren ingenieurs toleranties voor CNC-bewerkingen om fabrikanten een doelbereik te geven waar ze binnen moeten blijven.

Waarom is bewerkingstoeslag belangrijk?

Het is om veel praktische redenen belangrijk om bewerkingstoeslagen op onderdelen te laten staan. In dit gedeelte worden de redenen besproken waarom dit een gebruikelijke techniekpraktijk is.

• Dimensionale nauwkeurigheid :Door bewerkingstoeslagen op onderdelen te laten staan, hebben machinisten een veiligheidsmarge bij het uitvoeren van nabewerkingen. Door gebruik te maken van snijparameters zoals hoge snelheden en lage snededieptes, kunnen ze een hoge maatnauwkeurigheid bereiken tijdens de laatste sneden.
• Oppervlakafwerking :Net als bij maatnauwkeurigheid zorgt het hebben van extra materiaal op het werkstukoppervlak ervoor dat machinisten de oppervlaktekwaliteit kunnen beheren tijdens de nabewerking.
• Kwaliteitscontrole :Bewerkingstoeslagen bevorderen ook de kwaliteitscontrole tijdens het proces. Ingenieurs krijgen de kans om de productiekwaliteit tussen voorbewerkings- en nabewerkingscycli te monitoren en hun productieplannen dienovereenkomstig bij te werken, wat leidt tot minder afkeuringen van onderdelen.

Hoe bereken ik de bewerkingstoeslag?

Het achterlaten van bewerkingstoeslagen is een professionele ingenieurspraktijk, maar hoeveel toeslag moet er overblijven? Het antwoord op deze vraag is meer ervaringsgedreven dan wetenschapsgedreven. Ingenieurs en technici houden rekening met verschillende factoren bij het berekenen van de juiste bewerkingstoeslagen voor een onderdeel.

De belangrijkste factoren zijn als volgt:

Productieproces

Het productieproces dat wordt gebruikt om het onderdeel te produceren vóór de bewerking geeft veel informatie over hoe ‘ruw’ het is. Tussen gieten en smeden zijn gegoten onderdelen bijvoorbeeld over het algemeen minder maatnauwkeurig en vereisen daarom gewoonlijk een grotere bewerkingstolerantie van 2-5 mm. Voor smeden kan het 1-3 mm zijn vanwege de bijna-netvormresultaten.

Materiaaleigenschappen

Materialen die gevoelig zijn voor maatveranderingen of ongelukken tijdens de bewerking vereisen doorgaans grotere bewerkingstoleranties. Daarom kiezen ingenieurs ervoor om meer rekening te houden met ductiele materialen. Aluminium is bijvoorbeeld taaier dan roestvrij staal. Hun respectieve bewerkingstoeslagen voor dezelfde geometrie kunnen respectievelijk 1-2 mm en 0,5-1 mm bedragen.

Bewerkingstype

Voorbewerkingen met bulkmateriaalverwijdering vereisen grotere bewerkingstoleranties dan nabewerkingen met fijnere sneden. Neem bijvoorbeeld een bewerking van turbinebladen. Bij de eerste voorbewerkingssneden op het onbewerkte werkstuk zijn de bewerkingstoeslagen hoog (3-4 mm), maar naarmate het proces vordert en het profiel van het blad vorm krijgt, kunnen kleinere bewerkingstoeslagen in het bereik van 0,5-1 mm worden gebruikt voor semi-nabewerkings- en nabewerkingssneden.

Tolerantie/Afwerking

Onderdelen met hoge kwaliteitseisen (nauwe tolerantie, fijne oppervlakteafwerking) worden doorgaans gepland met meer toleranties om ervoor te zorgen dat kleine afwijkingen tijdens de laatste passages kunnen worden gecorrigeerd.

Formule van bewerkingstoeslag

Hoewel er geen vaste formule bestaat voor het berekenen van bewerkingstoeslagen, kan een algemene richtlijn die rekening houdt met de belangrijkste factoren er als volgt uitzien:

Bewerkingstoeslag =Oppervlaktevariatie + Gereedschapstoegangsmarge + Buffer voor afwerkingsvereisten

Laten we het geval van de onderstaande technische tekening bekijken en een ruwe berekening maken van de bewerkingstoeslag. Ervan uitgaande dat het onderdeel uit aluminium moet worden vervaardigd, zou een conservatieve machinetoeslag van 0,5-1 mm in orde zijn, gezien de eenvoudige geometrie en het ontbreken van tolerantievereisten op de hoofdafmetingen.

Voor het positioneren van het gat kunnen echter grotere hoeveelheden nodig zijn. Er is een tolerantie op de positie (±0,05mm) en een eenzijdige tolerantie op de gatdiameter (+0,1 – +0,3mm); de toegestane oppervlaktevariatie kan 0,5 mm bedragen. Er is geen probleem met de toegang tot gereedschap, dus die marge kan worden genegeerd. We hebben echter een glad gat nodig en kunnen nabewerkingen gebruiken met ruimen of polijsten. De afwerkingsvereistebuffer kan dus 0,1 mm bedragen.

Daarom zou de bewerkingstoeslag voor het positioneren en boren van het gat zijn:

Bewerkingstoeslag =Standaard (0,5) + Oppervlaktevariatie (0,5) + Afwerkingsvereiste Buffer (0,1) =1,1 mm

Gemeenschappelijke uitdagingen bij het beheren van bewerkingstoeslagen

Bewerkingstoeslagen vormen een belangrijk tussenproces bij de bewerking, en het correct beheren ervan is van cruciaal belang voor een succesvolle productie. Machinewerkplaatsen kunnen te maken krijgen met de volgende uitdagingen bij het beheren van bewerkingstoeslagen:

Te veel toestaan

Het achterlaten van bewerkingsmarges is een veilige technische aanpak, en het is mogelijk om een deel te veel toe te staan in ontwerpen met een hoog risico. Deze extra hoeveelheid leidt tot onnodig energie- en materiaalverspilling, gereedschapsslijtage en langere productietijden.

Te weinig toegestane hoeveelheid

Op dezelfde manier kunnen ingenieurs onderdelen te weinig toestaan, terwijl ze proberen prioriteit te geven aan operationele efficiëntie. Dit is ook problematisch omdat er mogelijk niet genoeg materiaal overblijft om de tolerantie of oppervlakteafwerking goed te controleren. Als gevolg hiervan kan dit leiden tot herbewerking of uitval van onderdelen.

Complexe geometrische kenmerken

De bewerkingsmarge is eenvoudig te definiëren voor eenvoudige prismatische of cilindrische geometrieën, maar is behoorlijk lastig voor onderdelen met complexe profielen of ondersnijdingen. Voor dergelijke functies moeten ingenieurs gelokaliseerde bewerkingslimieten toewijzen en geavanceerde CAD/CAM-oplossingen gebruiken.

Materiële inconsistenties

De definitie van de bewerkingstoeslag is aanzienlijk afhankelijk van het materiaal, maar het is gebruikelijk dat er kleine variaties in de materiaaleigenschappen optreden bij verschillende batches, merken en richtingen. De inconsistenties maken het beheren van bewerkingstoeslagen een uitdaging in sectoren met hoge precisie.

Gereedschapsslijtage

Snijgereedschappen gaan na verloop van tijd achteruit, en dit kan de hoeveelheid materiaal die ze verwijderen veranderen. Dit kan problematisch zijn bij het omgaan met bewerkingstoeslagen, omdat de afmetingen van het onderdeel variabel worden.

Conditie van machinegereedschap

De nauwkeurigheid van CNC-machines gaat na verloop van tijd achteruit. Dit maakt ze onvoorspelbaar in het handhaven van nauwe toleranties, waardoor het moeilijk wordt om bewerkingstoeslagen op de werkvloer te beheren.

Het achterlaten van bewerkingstoeslagen is een praktijk die helpt een betere onderdeelkwaliteit te bereiken door maatnauwkeurigheid, grotere controle over de oppervlakteafwerking en een beter beheer van het snijproces te garanderen. Het vereist ook praktische ervaring om te beslissen welke bewerkingstoeslagen moeten worden gebruikt, omdat deze afhankelijk zijn van factoren als materiaaleigenschappen, geometrie en kwaliteitseisen.

Wat voor invloed heeft de bewerkingstoeslag op de productiekosten?

De bewerkingstoeslag heeft rechtstreeks invloed op de productiekosten. Nauwkeurige bewerkingen met nauwe toleranties vereisen extra zorg en tijd en hebben een verhoogde kans op afkeur van onderdelen. Deze eisen verhogen de productiekosten.

Heeft de temperatuur invloed op de bewerkingstoeslag?

Temperatuurverschillen tijdens de bewerking kunnen ervoor zorgen dat materialen thermisch uitzetten/krimpen, wat op zijn beurt de bewerkingstoeslag negatief kan beïnvloeden.

Is oppervlakteafwerking gekoppeld aan bewerkingstoeslag?

Over het algemeen hebben componenten met hoge eisen aan de oppervlakteafwerking ook kleine bewerkingstoleranties, omdat beide eigenschappen verband houden met hoge precisie. Lagerzittingen hebben bijvoorbeeld zowel nauwe tolerantieniveaus als een fijne oppervlakteafwerking.