Ключевые инсайты: понимание концентричности ВН/ВН при закупке трубок

Как проверять концентричность двух диаметров (и другие факторы при закупке трубок)

Вопрос как проверить концентричность двух диаметров часто возникает при закупке трубок. Это подразумевает определение толщины стенки — измерения между внешним диаметром (OD) и внутренним диаметром (ID) — в разных точках для оценки ее постоянства относительно теоретической центральной оси.

Сложность в установлении теоретической центральной оси как референсной точки (datum axis). Именно поэтому идеальная концентричность почти так же трудна к измерению, как и к достижению.

Именно поэтому разумно учитывать следующее перед спецификацией измерений ВН/ВН трубок с требованиями концентричности.

1. Что такое концентричность?

Среди допусков GD&T концентричность (concentricity) — сложная — своего рода «круговая симметрия», устанавливающая зону допуска для медианных точек цилиндрической или сферической детали.

В чем разница между цилиндричностью (cylindricity) и концентричностью? Цилиндричность индицирует круглость и прямолинейность по всей оси 3D-детали, концентричность сравнивает ВН и ВН или круглость в двух разных точках.

Иногда называют коаксиальностью (coaxiality). GD&T концентричность «контролирует центральную ось референсного элемента относительно датум-оси» по GD&T Basics.

Проще: концентричность можно определить как меру постоянства толщины стенки трубки, трубы или другого цилиндра. Как таковая, концентричность контролирует центральную ось, выведенную из медианных точек детали, измеренных в поперечных сечениях.

Если бы концентричность была «идеальной», толщина стенки между ВН и ВН была бы одинаковой в каждом поперечном сечении, в каждой точке вокруг диаметра трубки.

Что делает концентричность такой сложной характеристикой?

Концентричность трубки опирается на измерения от выведенной оси, а не осязаемой поверхности. Иначе говоря, создается теоретическая 3D цилиндрическая зона допуска, в которую должны попасть все выведенные медианные точки трубки.

Именно поэтому концентричность обычно резервируется для высокоточных деталей, где критично контролировать эти медианные точки.

Что такое эксцентричность (eccentricity) vs концентричность?

При вариациях толщины стенки трубка эксцентрична — центр круга, образованного ВН, в другой точке, чем центр круга, образованного ВН. (Два круга не концентричны.)

Эксцентричность измеряется путем рассмотрения поперечного сечения для определения мин. и макс. размеров стенки. Затем вычисляется разница между мин. и макс. толщинами и делится пополам.

2. Выноски (Callouts) концентричности ВН/ВН

Требования концентричности ВН/ВН могут быть указаны на чертеже несколькими способами:

• Символ GD&T концентричности — круг в круге;
• Процент эксцентричности;
• TIR (Total Indicator Reading — полный показ индикатора);
• Писменные заявления: «ВН и ВН должны быть концентричны в пределах 0,00X дюймов».

Другой термин, иногда используемый для концентричности — wall runout (пробег стенки), то же самое, что TIR. Wall runout рассчитывается установкой индикатора на деталь при вращении на своей оси, измеряя не только концентричность, но и кругличность (circularity) детали.

Wall runout выводится из эксцентричности трубки и описывает вариацию толщины стенки по сравнению с заданной номинальной стенкой. Также выражается как:

• Макс. толщина стенки минус мин. толщина стенки;
• Эксцентричность × 2.

Где эти (и другие) термины используются на чертежах для описания требований концентричности, поставщики материалов и точечные металлорежущие цеха сталкиваются с вызовом определить не только какой станочный процесс использовать, но и как измерить концентричность для соответствия спецификации.

3. Сложности измерения концентричности

Это приводит к трудности измерения концентричности и определения, достигнуты ли заданные ВН/ВН. Помимо проблемы установления теоретической центральной оси, измерение концентричности требует:

• Множественных измерений по серии поперечных сечений;
• Точного картирования поверхности и определения медианных точек поперечных сечений;
• Нанесения этих рядов точек для проверки попадания в цилиндрическую зону допуска.

Можно использовать микрометр или оптический компаратор для измерения концентричности некоторых деталей. Но задачу лучше выполнять на координатно-измерительной машине (CMM) или другом компьютерном измерительном устройстве. Однако CMM трудоемка — значит добавленная стоимость.

Другой вызов: с современным микромеханическим производством (micromachining) детали для измерения часто меньше чем когда-либо. Например, крошечные точечно резаные трубки как компоненты медприборов — вызов: как проверить концентричность двух диаметров в сверхмалых трубках.

4. Когда концентричность необходима

Со всей этой сложностью концентричность обычно используется только для деталей, требующих очень высокой точности для правильной функции.

Критичность концентричности зависит от конечного применения, например, нужно ли физическому объекту со своим ВН войти в трубку. Например:

• В общем, если трубка должна войти в отверстие, а другая деталь — в ВН трубки, то ВН, ВН и концентричность могут все нуждаться в выравнивании для совместной работы.
• Однако если приложение требует прохождения жидкости или газа через трубку, концентричность может не иметь значения, так как неконцентричность не препятствует проточному течению.

Но даже где концентричность не критична, может быть важно знать, насколько далеко от концентричности могут быть ВН/ВН. Например, где жидкость/газ течет под давлением, может понадобиться задать минимально допустимую толщину стенки, чтобы давление не вызвало разрыв в тонком месте неконцентричной стенки.

До некоторой степени выбор материала также может относиться к концентричности или мин./макс. толщине стенки. Например, если выбрана сваренная трубка, которая пройдет шлифовку для формирования детали, может понадобиться задать мин. толщину, чтобы шлифовка не смахнула стенку слишком тонко и не вызвала разрыв шва.

Аналогично, если конечное применение использует трубку для перемещения жидкости под высоким давлением, бесшовный (seamless) материал, вытянутый (drawn), а не сваренный, может быть лучшим выбором для минимизации риска разрыва. Но если трубка просто выпускает воздух в среду — бесшовная трубка будет овер-инженерингом.

5. Альтернатива: концентричность vs пробег (runout)

В некоторых случаях можно избежать времени и затрат на верификацию концентричности, заменив требования концентричности на пробег (runout), который легче измерить и легче достичь.

Пока концентричность смотрит, насколько цилиндрический элемент центрирован на теоретической оси, пробег смотрит, насколько элемент отклоняется от идеального круга, идеально центрированного на оси вращения. Иначе: пробег — комбинация концентричности и кругличности — и если деталь идеально круглая, пробег будет равен концентричности.

Пока концентричность и пробег не одно и то же, они часто могут использоваться взаимозаменяемо для достижения того же базового результата.

Большое отличие: с пробегом можно физически коснуться и измерить поверхность детали. Контроль пробега также будет контролировать концентричность, хотя и не в той степени, что концентричность сама по себе.

(Подробнее о пробеге: круговой пробег, общий пробег, TIR.)

Проектируйте трубки с достижимыми допусками в виду

Помните: возможность производства деталей в пределах ваших допустимых допусков — критически важное соображение при создании чертежей. Поэтому большинство токаршей, измерителей и инженеров-конструкторов рекомендуют избегать ВН/ВН концентричности когда возможно.

Вместо этого можно использовать другие применимые символы GD&T в чертежах и дизайнах трубок — предотвращая вызовы ВН/ВН концентричности, не проектируя их в деталь изначально.

Чтобы узнать больше о том, как спецификация GD&T признаков и допусков влияет на качество производства деталей, скачайте наш бесплатный документ How to Fine-Tune Your Quote Request to Your Maximum Advantage: Frequently Asked Questions in Small Parts Sourcing.