Dung sai gia công tiêu chuẩn là một thông số quan trọng cần xem xét bất kể sản phẩm bạn đang sản xuất. Trong thời đại ngày nay, hầu hết các mặt hàng tiêu dùng đều đòi hỏi tính nhất quán ở quy mô vi mô.

Do đó, các nhà sản xuất thường xem xét các loại quy trình sản xuất khác nhau và so sánh chúng trong khi vẫn coi dung sai gia công là một yếu tố chính. Để hiểu dung sai gia công của các quy trình khác nhau, điều quan trọng là phải biết khái niệm về dung sai gia công, cách đo lường chúng và các loại dung sai khác nhau hiện có.

Bài viết này sẽ đi qua tất cả các thông tin này và nhiều hơn nữa. Cuối cùng, sẽ có các mẹo giúp bạn có thể cải thiện dung sai gia công cho ngành của mình.

Dung sai gia công là gì?

Dung sai gia công là giới hạn giá trị cho đến khi có thể cho phép sự thay đổi trong một kích thước liên quan đến các giá trị kế hoạch chi tiết lý tưởng của nó. Dung sai gia công mô tả độ chính xác của bất kỳ quy trình sản xuất nào.

Để có độ chính xác cao hơn, giá trị của dung sai gia công phải ở mức tối thiểu. Nói một cách đơn giản, dung sai gia công tỷ lệ nghịch với độ chính xác của quy trình. Vì không có quy trình hoàn hảo nên giá trị của dung sai gia công không bao giờ bằng 0 trong thực tế. Tuy nhiên, các kỹ thuật sản xuất hiện đại như gia công CNC đã làm giảm giá trị này xuống mức tối thiểu. Nói chung, dung sai trong gia công CNC được đo ở định dạng ±0.x”.

Tính toán và biểu thị dung sai gia công

Trước khi biết cách tính dung sai gia công, việc hiểu các thuật ngữ khác nhau liên quan đến chủ đề này là rất quan trọng. Dưới đây là một số thuật ngữ mà bạn nên làm quen với:

– Kích thước cơ bản

Kích thước cơ bản của phôi là kích thước được đề cập trong bản thiết kế. Các nhà sản xuất và nhà thiết kế biết rằng các quy trình sản xuất sẽ có một mức dung sai nhất định. Do đó, các nhà thiết kế chọn kích thước cơ bản lưu ý đến độ lệch sẽ xảy ra trong quá trình sản xuất.

– Kích thước thực sự

Kích thước thực tế là kích thước của sản phẩm cuối cùng sau khi kết thúc quá trình gia công. Trong khi kích thước cơ bản là giá trị lý thuyết, kích thước thực tế là hiện thực thực tế của phần đã hoàn thành. Mặc dù gần như không thể làm cho kích thước thực tế giống hệt như kích thước cơ bản, nhưng các nhà sản xuất cố gắng đưa hai giá trị này càng gần nhau càng tốt.

– Hạn mức

Giới hạn là kích thước tối đa và tối thiểu được phép của bộ phận. Kích thước tối đa được phép được gọi là giới hạn trên và kích thước tối thiểu được phép được gọi là giới hạn dưới . Nếu kích thước thực tế của bộ phận nằm ngoài hai giới hạn này, bộ phận đó được coi là không sử dụng được và bị loại bỏ.

– Độ lệch

Độ lệch là phương sai của kích thước tối đa được phép so với kích thước cơ bản. Vì có hai loại kích thước tối đa cho phép – giới hạn trên và giới hạn dưới, nên có hai loại sai lệch kết quả: sai lệch trên và sai lệch dưới. Tính toán những sai lệch này rất dễ dàng:

• Độ lệch trên = Giới hạn trên – Kích thước cơ bản
• Độ lệch dưới = Giới hạn dưới – Kích thước cơ bản

– Mốc chuẩn

Trong vật lý, mốc chuẩn là một đường thẳng hoặc mặt phẳng tưởng tượng được chọn tùy ý làm điểm tham chiếu cho các công cụ đo lường. Khái niệm Datum cũng được sử dụng trong nhiều loại kích thước hình học và vùng dung sai, sẽ được thảo luận trong các phần tiếp theo.

– Yêu cầu vật liệu tối đa và vật liệu tối thiểu

Điều kiện vật liệu tối đa (MMC) xảy ra khi một tính năng hoặc phân đoạn của phôi chứa lượng vật liệu tối đa ở tất cả các vị trí. Ví dụ về MMC có thể là lỗ có kích thước nhỏ nhất hoặc chốt lớn nhất trong phôi. Sự xuất hiện của MMC cung cấp dung sai bổ sung để làm việc.

Tương tự, Điều kiện Vật liệu Ít nhất (LMC) xảy ra khi một tính năng hoặc phân đoạn của phôi chứa lượng vật liệu ít nhất ở tất cả các vị trí. Ví dụ về NMC có thể là lỗ có kích thước lớn nhất hoặc chốt nhỏ nhất trong phôi.

Việc sử dụng MMC và NMC quyết định độ hở phù hợp cho cụm lắp ráp. MMC là tình huống xấu nhất mà bộ phận vẫn phù hợp. Bất kỳ sự gia tăng kích thước nào vượt quá MMC sẽ không cho phép lắp ráp sản phẩm.

Việc chuyển từ MMC sang LMC cho phép dung sai cho phép lớn hơn trong khu vực phôi gia công, được gọi là dung sai cộng thêm. Việc tính toán dung sai thưởng phụ thuộc vào mức độ thấp hơn của vật liệu thực tế so với vật liệu tối đa. Vì thế,

• Dung sai cộng thêm = MMC – Kích thước thực tế

Vì kích thước thực tế thấp nhất có thể là giới hạn LMC, dung sai tiền thưởng tối đa sẽ là:

• Dung sai tiền thưởng (tối đa) = MMC – LMC

– Số thập phân

Trong các quy trình có độ chính xác cao như gia công CNC, dung sai xảy ra với số lượng rất nhỏ. Giá trị thực tế của dung sai trong gia công CNC thấp đến mức cần có số thập phân để đo. Số lượng vị trí thập phân cao hơn tương quan với dung sai chặt chẽ hơn và độ chính xác cao hơn.

Để hiểu rõ hơn, chúng ta hãy lấy quy trình sản xuất A với dung sai ±0,2″, B với dung sai ±0,1″, C với dung sai ±0,01″ và D với dung sai ±0,001″. Về độ chính xác, quy trình D sẽ chính xác nhất, tiếp theo là C, B và A.

– Tính dung sai

Tính dung sai để tính toán dung sai gia công, chúng tôi yêu cầu giới hạn trên và dưới của quy trình. Chẳng hạn, chúng ta hãy xem xét một vít có đường kính thực tế là 10 mm, có phương sai chấp nhận được nằm trong khoảng:

• Giới hạn trên: 12 mm
• Giới hạn dưới: 8 mm

Dung sai của quá trình gia công sẽ là:

• dung sai (t) = giới hạn trên – giới hạn dưới
• t = 12-8 = 4 mm.

Đôi khi, thay vì đề cập đến các giới hạn trên và dưới, các giới hạn được mô tả dưới dạng biến thiên, chẳng hạn như 10 ± 0,2 mm. Trong trường hợp này, giới hạn trên và giới hạn dưới có thể được tính bằng cách cộng và trừ biến thể tương ứng.

Các loại dung sai gia công khác nhau

Dung sai trong gia công cơ khí CNC được thể hiện theo nhiều cách khác nhau, do hình dạng khác nhau của các bộ phận và các loại quy trình gia công khác nhau. Chúng ta hãy lần lượt đi qua các dung sai khác nhau này:

– Dung sai đơn phương

Dung sai một phương trong gia công CNC gợi ý rằng phương sai cho phép chỉ có thể xảy ra theo một hướng. Kích thước cơ bản của thành phần giống như giới hạn trên hoặc giới hạn dưới và dung sai chỉ có thể là dương hoặc âm chứ không phải cả hai.

Chẳng hạn, nếu một đường ống có đường kính 10 mm với dung sai đơn phương là +1 mm, thì cả kích thước cơ bản và giới hạn dưới của quy trình sẽ là 10 mm. Giới hạn trên trong trường hợp này sẽ là 11 mm. Tất cả các bộ phận được chấp nhận phải nằm trong phạm vi này và bất kỳ bộ phận nào nhỏ hơn giá trị cơ bản là 10 mm sẽ bị loại bỏ.

Tương tự, nếu một đường ống có đường kính 10 mm với dung sai đơn phương là -1 mm, thì cả kích thước cơ bản và giới hạn trên của quy trình sẽ là 10 mm. Giới hạn dưới trong trường hợp này sẽ là 9 mm. Các bộ phận được sản xuất phải nằm trong phạm vi này và tất cả các bộ phận thậm chí lớn hơn một chút so với giá trị cơ bản là 10 mm sẽ bị từ chối.

– Dung sai song phương

Trái ngược với dung sai đơn phương, dung sai song phương cho phép thay đổi theo cả hai hướng. Kích thước cơ bản của thành phần nằm giữa giới hạn trên và dưới và giá trị của dung sai có thể là cả dương và âm.

Nếu có sự thay đổi như nhau theo cả hai hướng, thì dung sai hai bên được đề cập là ±0,x mm. Trong trường hợp có sự thay đổi không bằng nhau, dung sai hai bên có thể được ghi là +0,x mm và – 0,y mm.

Lấy một ví dụ, nếu có một đường ống có đường kính 10 mm và dung sai hai bên là ±1 mm, kích thước cơ bản sẽ là 10 mm, giới hạn trên sẽ là 11 mm và giới hạn dưới sẽ là 9 mm. Tất cả các phần từ 9 mm đến 11 mm sẽ được chấp nhận. Do đó, phần thực tế có thể nhỏ hơn hoặc lớn hơn phần dự định cơ bản.

– Dung sai giới hạn

Dung sai giới hạn là một biểu thức phổ biến khác của dung sai trong gia công CNC và các phương pháp sản xuất khác. Dung sai giới hạn không sử dụng bất kỳ ngôn ngữ ký hiệu ‘+’, ‘-‘ hoặc ‘±’ nào. Thay vào đó, các giới hạn trên và dưới của phần được đề cập. Thay vì sử dụng kích thước cơ bản và làm cho kích thước thực tế phù hợp với phương sai cho phép của kích thước cơ bản, yêu cầu duy nhất là làm cho bộ phận nằm trong giới hạn được cung cấp.

Dung sai giới hạn rất dễ sử dụng và không cần tính toán. Nếu dung sai giới hạn được mô tả trong biểu đồ, thì giới hạn trên được nêu trên kích thước cụ thể và giới hạn dưới được nêu dưới giới hạn trên và trên kích thước cụ thể.

Một ví dụ về việc sử dụng dung sai giới hạn là gia công ống có đường kính từ 9 mm đến 11 mm, thay vì yêu cầu ống có đường kính từ 10 ± 1 mm.

Một điều quan trọng cần nhớ là mặc dù dung sai giới hạn sử dụng các biểu thức khác với dung sai song phương, nhưng kết quả của bộ phận sẽ giống nhau. Sự khác biệt chỉ đến ở mức độ dễ dàng mà người đọc bản thiết kế hiểu được các tiêu chí thiết kế.

– Dung sai biên dạng

Dung sai biên dạng rất khác so với các loại dung sai khác được đề cập ở trên. Trong khi các dung sai khác cho đến nay là các biến thể về độ chính xác của kích thước, dung sai biên dạng liên quan đến độ cong của mặt cắt ngang của bộ phận. Biểu tượng của nó là một hình bán nguyệt nằm trên đường kính mặt cắt ngang của nó.

Để hiểu khái niệm dung sai biên dạng trong gia công cnc, điều quan trọng là phải biết đường biên dạng là gì. Đường biên dạng là đường chạy dọc theo mặt cắt ngang của phôi. Phạm vi dung sai cấu hình ngụ ý rằng đường cong của đường này phải nằm trong phương sai chấp nhận được. Giá trị này được đo bằng đơn vị chiều (mm hoặc inch).

Dung sai định hướng là sự thay đổi của dạng phôi so với dạng tham chiếu. Biểu mẫu hoặc mặt phẳng tham chiếu được sử dụng để kiểm tra các phương sai tương đối được gọi là mốc chuẩn. Đo dung sai định hướng được thực hiện liên quan đến độ vuông góc của phôi hoặc độ góc của nó. Ngay cả khi đo sự thay đổi góc, dung sai hướng cũng được đo bằng mm hoặc inch, thay vì độ.

– Dung sai vị trí

Phạm vi dung sai vị trí tương tự như dung sai định hướng. Dung sai vị trí trong gia công CNC đề cập đến sự thay đổi vị trí của các tính năng cụ thể của phôi. Để đo lường sự dịch chuyển, một đường tham chiếu được gọi là đường chuẩn được sử dụng. Vị trí dự định của tính năng được gọi là vị trí thực của nó.

– Dung sai hình thức

Dung sai hình dạng liên quan đến các tính năng vật lý của phôi, chẳng hạn như độ phẳng, độ tròn hoặc độ thẳng của nó. Các dung sai này cũng được đo bằng mm hoặc inch, bằng các công cụ đo lường như thước đo chiều cao, thước cặp, panme, v.v.

– Đo kích thước và dung sai hình học 

Kích thước và dung sai hình học là một hệ thống để chi tiết hóa và truyền đạt các dung sai gia công tiêu chuẩn. Do có nhiều loại dung sai ở nhiều loại và hình dạng khác nhau của các bộ phận, nên một hệ thống được tiêu chuẩn hóa sẽ giúp các bên liên quan đến sản xuất giao tiếp với nhau. Đo kích thước và dung sai hình học là hệ thống dung sai tiêu chuẩn được áp dụng rộng rãi nhất trên toàn cầu.

Đo kích thước và dung sai hình học gán các ký hiệu cho các loại dung sai khác nhau cùng với bộ quy tắc chi tiết về cách đo dải dung sai cụ thể.

Dung sai gia công CNC phổ biến

Gia công CNC là một lĩnh vực rộng lớn với nhiều quy trình khác nhau dưới sự bảo trợ của nó. Dung sai gia công CNC cho từng quy trình này là khác nhau do các loại công cụ cắt được sử dụng khác nhau. Dưới đây là dung sai gia công CNC tiêu chuẩn cho các quy trình phổ biến:

• Bộ định tuyến: ± 0,005″ hoặc 0,13 mm
• Máy tiện: ± 0,005″ hoặc 0,13 mm
• Bộ định tuyến (Dụng cụ cắt vòng đệm): ± 0,030″ hoặc 0,762 mm
• Phay (3 trục): ± 0,005″ hoặc 0,13 mm
• Phay (5 trục): ± 0,005″ hoặc 0,13 mm
• Khắc: ± 0,005″ hoặc 0,13 mm
• Dung sai cắt ray: ± 0,030″ hoặc 0,762 mm
• Gia công trục vít: 0,005″ hoặc 0,13 mm
• Cắt khuôn theo quy tắc thép: ± 0,015″ hoặc 0,381 mm
• Bề mặt hoàn thiện: 125RA

Nếu bạn so sánh các giá trị này với các công nghệ tái sản xuất thay thế, bạn sẽ thấy rằng các quy trình gia công CNC có dung sai chặt chẽ hơn.

Những điều quan trọng cần nhớ khi xử lý dung sai

Khi đối phó với dung sai, biết trước một số điều có thể dẫn đến kết quả cuối cùng tốt hơn, lập kế hoạch tốt và sử dụng tài nguyên hợp lý.

– Bạn có cần dung sai chặt chẽ?

Vì dung sai phản ánh trực tiếp độ chính xác của một bộ phận, nên cái nhìn đầu tiên có thể cho thấy rằng tốt hơn hết là nên có dung sai chặt chẽ. Tuy nhiên, đối với các bộ phận được gia công bằng máy CNC, dung sai chặt chẽ có thể làm tăng chi phí sản xuất và dẫn đến một quy trình tốn nhiều thời gian. Do đó, nên kết hợp sử dụng dung sai chặt chẽ khi cần thiết.

Dung sai chặt chẽ thường cần thiết trong trường hợp một bộ phận sẽ được sử dụng trong các quy trình lắp ráp thứ cấp. Dung sai lỏng lẻo trong những trường hợp này có thể dẫn đến lỗi lắp ráp có thể chấp nhận được. Do đó, có một sự tập trung cao độ vào dải dung sai.

Một trường hợp sử dụng khác của gia công dung sai chặt chẽ là khi thiết kế nguyên mẫu của các bộ phận sáng tạo. Các nhà thiết kế mong muốn nguyên mẫu hoạt động chính xác như thành phẩm. Do đó, họ sử dụng các yêu cầu chặt chẽ nhất có thể.

– Chi phí

Để tối ưu hóa tốt hơn các nguồn lực, các nhà sản xuất không nhắm đến dung sai nhỏ nhất tuyệt đối. Thay vào đó, họ sử dụng dung sai nhỏ nhất phù hợp với ngân sách của họ. Một cách hay để kết hợp yếu tố ngân sách là vẽ sơ đồ tăng chi phí với việc giảm dải dung sai và tìm ra phạm vi chấp nhận được khi hai giá trị này đáp ứng cho dự án cụ thể.

– Kiểm tra chất lượng

Hầu hết các dự án được thực hiện bằng máy CNC hoặc bất kỳ quy trình sản xuất nào khác đều có giai đoạn kiểm soát chất lượng để kiểm tra xem sản phẩm cuối cùng có nằm trong phạm vi chấp nhận được hay không. Trong trường hợp nó không đáp ứng phạm vi chấp nhận được, sản phẩm sẽ bị loại bỏ. Nếu sử dụng dung sai rất chặt chẽ, thời gian trong giai đoạn kiểm tra sẽ tăng lên đáng kể. Ngoài ra, có thể cần thiết bị phức tạp để đo mức dung sai chặt chẽ hơn.

– Phương pháp gia công

Máy CNC nói chung được đánh giá cao nhờ độ chính xác cao và dung sai quy định thấp. Tuy nhiên, ngay cả trong các máy CNC, loại máy được sử dụng có thể ảnh hưởng đáng kể đến dung sai của bộ phận. Do đó, nếu bạn có máy CNC trong nhà, hãy kiểm tra mức dung sai của máy trước rồi thiết kế dự án cho phù hợp.

– Độ nhám bề mặt

Mọi bề mặt đều có quang sai gồ ghề trên đó bất kể bề mặt trông nhẵn nhụi như thế nào. Đối với một số bề mặt, chẳng hạn như đá tự nhiên được đánh bóng, các quang sai này nhỏ hơn đáng kể dẫn đến độ nhám bề mặt ít hơn. Đối với những loại khác, như gỗ, độ nhám bề mặt cao hơn đáng kể. Do đó, khi chọn dung sai chặt chẽ cho gia công CNC, hãy lưu ý đến độ nhám bề mặt đã có. Các bề mặt gồ ghề sẽ gây khó khăn khi mục tiêu là đạt được dung sai chặt chẽ.

Làm thế nào để tìm được dung sai phù hợp?

Khi tìm được dung sai phù hợp cho phần của bạn, có nhiều lựa chọn. Chúng ta hãy lần lượt đi qua các tùy chọn này:

– Sử dụng một công ty gia công CNC có uy tín

Gia công dự án cho một công ty gia công CNC tốt có thể giúp bạn không phải đau đầu giải quyết các vấn đề kỹ thuật về dung sai và nhiều vấn đề khác. Cơ khí Intech là một trong những nhà cung cấp dịch vụ CNC hàng đầu về vấn đề này.

– Tự tính toán dung sai

Để tự tính toán dung sai của bộ phận, trước tiên bạn cần hình dung việc sử dụng bộ phận đó. Chức năng của bộ phận sẽ quyết định mức độ tập trung bạn cần trả cho dung sai của bộ phận. Sau đó, bạn có thể sử dụng các quy tắc chung để xác định dung sai.

Lời khuyên cho dung sai gia công CNC chặt chẽ hơn

Thực hiện theo các mẹo dưới đây có thể hữu ích để có được dung sai gia công chặt chẽ và các bộ phận chất lượng cao hơn:

• Hãy nhớ rằng dung sai không phải là một kích thước phù hợp với tất cả các chỉ định . Tính dung sai riêng cho các vật liệu khác nhau và cho các ứng dụng khác nhau. Đối với các bộ phận kim loại, dung sai tiêu chuẩn là +/- 0,005″ và đối với các bộ phận nhựa, giá trị là +/- 0,01″. Các giá trị này có thể nhiều hơn hoặc ít hơn trong thực tế do kích thước hình học khác nhau.
• Chọn quy trình sản xuất có thể đạt được dung sai mà bạn yêu cầu. Mặc dù các quy trình có dung sai chặt chẽ hơn có thể tốn kém, nhưng chúng có thể tiết kiệm chi phí tổng thể do tối ưu hóa tốt hơn.
• Đừng bao giờ đánh giá thấp tầm quan trọng của dung sai độ song song và độ vuông góc . Những dung sai này nên được ưu tiên vì bất kỳ sự thay đổi nào trong các giá trị này đều có thể ảnh hưởng đến mọi giá trị khác và thậm chí thay đổi hình thức trực quan của chính bộ phận đó.
• Kỳ vọng về dung sai phải phù hợp với khả năng gia công của vật liệu. Có được dung sai chặt chẽ hơn đòi hỏi nhiều công việc hơn trên vật liệu. Công việc bổ sung này có thể rất khó khăn đối với các vật liệu vốn đã khó gia công.
• Nếu dự án không yêu cầu, tránh sử dụng dung sai chặt chẽ hoàn toàn. Điều này có thể tiết kiệm chi phí đáng kể trong dự án.
• Nhấn mạnh vào dung sai đối với các tính năng quan trọng của bộ phận, chẳng hạn như các tính năng hỗ trợ lắp ráp hoặc các tính năng chịu lực. Đồng thời, dung sai có thể được bỏ qua trong một số tính năng, chẳng hạn như những tính năng dành cho mục đích thẩm mỹ.

Điều gì được coi là dung sai chặt chẽ trong gia công?

Mặc dù không có phạm vi dung sai chặt chẽ chính xác, nhưng khoảng ±0,005″ được coi là dung sai chặt chẽ đối với gia công CNC. Dung sai giới hạn hẹp có thể xuống tới ± 0,001″, dưới mức này việc gia công trở nên rất khó khăn.

Tầm quan trọng của dung sai gia công

Dung sai và độ chính xác về kích thước của các bộ phận lớn hơn nhiều so với những gì nhìn thấy lúc đầu. Mọi quy trình sản xuất, dù thủ công hay CNC, đều có một số lỗi nhất định, một số lỗi nhiều hơn các quy trình khác. Dung sai gia công biểu thị mức độ lỗi này có thể được phép.

Lưu ý đến dung sai cho phép sản xuất các bộ phận chất lượng cao. Đồng thời, việc bỏ qua dung sai có thể dẫn đến những sai lầm nghiêm trọng trong sản xuất, khiến một số lượng lớn sản phẩm hoặc thậm chí cả lô bị loại bỏ.

Kết luận

Dung sai gia công là một yếu tố không thể thiếu trong quy trình sản xuất. Mặc dù mức độ của các dung sai này có thể thay đổi tùy theo dự án, nhưng hầu như không có bất kỳ trường hợp sử dụng nào mà các giá trị này có thể bị bỏ qua hoàn toàn.

Do đó, việc coi trọng thông tin được đề cập ở trên có thể tiết kiệm chi phí cho dự án của bạn và dẫn đến kết quả chất lượng tốt hơn.