Re: [請教] 尺寸公差和幾何公差(續-材料條件)

[choral (..)]

趁今天也算有空，就順勢把材料條件也講解一下，
材料條件(Material Condition)，是以在尺寸公差的上下限之內為前提，
讓幾何公差有相對應的變化。

以下講解如有錯誤，
還煩請板友不吝指正，
感謝!

首先來複習不考慮材料條件的狀況:
以本系列文原PO給的當範例:
(以下工程圖為範例用，有些不是100%依照工程規範標註，
還請多多包涵)

外圓的尺寸是φ30+-0.2，內圓的尺寸是φ24(+0.144,+0.06)

此2圓的同心度為0.2

如下圖:
https://imgur.com/Sx4MLnp

在這種情況下，不論外圓的直徑是30.2還是28.8，
皆以其加工出來的圓心當作基準，
內圓的直徑也不論是24.144或24.06，
內圓加工出來的圓心就是不能超過以外圓圓心為原點，直徑0.2的圓之外。
這個就是不考慮材料條件的同心度。

考量材料條件的狀況:
材料條件有分最大材料條件(Maximum Material Condition)
以及最少材料條件(Least Material Condition)
最大材料條件，就是以工件保留最多材料的狀況當基準，
以孔穴就是最小直徑孔穴，以插銷就是最大直徑的插銷。

同樣以上面當範例，但是增加最大材料條件，
如下圖:
https://imgur.com/wYAK8BW
https://imgur.com/EMYjUDo
這種情況呢，就必須考慮到實體內圓的尺寸公差，
因為此時0.2的同心度公差就會隨著內圓的直徑變化。
前面有提到，最大材料狀況是以留料最多的當基準，
所以，當內圓的直徑是24.144時，同心度為0.2
但是當內圓的直徑縮小時，同心度就會跟著增加。
比較如下圖:
https://imgur.com/geW3f0M
在內圓直徑下限時，同心度公差帶則是直徑0.338的圓

至於為什麼要做這種浮動式的公差帶設計呢?
主要是在組裝和經濟上的考量，在大部分的狀況，插銷是對上槽孔的，
假設今天槽孔的大小和位置不變(理想狀態)，
則我們只要確定插銷加工完成後能夠放入槽孔，
在這種狀況下，以不超過尺寸公差為前提，
當插銷直徑越小，則其能容許的幾何公差帶越寬，則在加工上所能容錯的空間就多。
重工或報廢的機率也降低，而又不影響功能性。(這種效應在多重孔位配合時特別明顯)

同樣的概念，最大材料條件運用在孔加工上，
這次是拿上一篇的例子:
https://imgur.com/begHOtu

孔則是在直徑最小的時候符合最大材料條件，
在直徑79.5的時候，正位度為0.5，當直徑增加，正位度公差也跟著增加
到直徑80.5的時候，正位度公差為1.5。

如果該種公差設計得當，同時可以得到不錯的組裝狀況以及較少的成本。
(過度則通常是鬆配合)

最小材料條件:
和最大材料條件相反，以留料最少的狀況為基準。
以內外圓為例:
https://imgur.com/6z2M5fY
在24.006的時候，同心度公差為0.2
在24.144的時候，同心度公差為0.338

而孔的情況如下圖:
https://imgur.com/6VOMumz

在80.5的時候，正位度公差為0.5
在79.5的時候，正位度公差為1.5

最小材料條件的設定是為了得到較緊密的配合狀況，
不過這個在公差設計上得考慮到製造和組裝能力，否則很容易就會變成干涉配合。
這個以製造/組裝以及品管的角度來看，可以跟GRR、SPC以及PFMEA連動，
來設定CP值高的公差。(題外話+1)
還有有時候在製作檢具時，會以最小條件設定。

把基本的材料條件介紹完後，再順便講解一下進階的，
"所參考的基準特徵也考慮材料條件"的情況:
這個部分還蠻複雜的，沒有興趣的可以先END了。

以下圖當例子:
https://imgur.com/rYpLCoE
其工程圖如下:
https://imgur.com/8cfM54i
我們可以看到B基準本身也參考A基準才產生，
同時我們要的量測特徵也參考了B的最大材料條件，這種看似很複雜的情況，
其實是為了減低製造和設計上的困擾，像上圖B基準必須在跟A的垂直度公差為0.2內，
在不考慮B的材料條件下的話，
量測基準的正位度公差在本身直徑79.5時為0.5，80.5時為1.5。
在量測特徵上的參考特徵B加了最大材料條件後，
B實際量測出來的值也會對量測特徵的幾何公差帶造成影響，
如果這次B的直徑是135.0，
量測基準的正位度公差在本身直徑79.5時為0.5+0.7=1.2，80.5時為1.5+0.7=2.2。
最小材料條件也是同樣的操作邏輯。

這種公差的設計邏輯是當你必須把某些零件的特徵也當作其他零件特徵的參考時，
使用這個方法會省去不少在尺寸公差上著墨的困擾。
這個用在大型系統設計時的效益會特別明顯~

因為幾何公差的運用方式千變萬化，
能講解的部分大多是原理操作，
大致的介紹如上。
感謝各位耐心閱讀!

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