Minimale detailafmetingen, gereedschappen en toleranties bij microfrezen en microdraaien
Een microonderdeel ontwerpen betekent werken met grenzen die op normale schaal niet bestaan. Een vingerfrees van 0.2 mm buigt door, een spindelrondloop van 5 μm is aanzienlijk en een braam kan even groot zijn als het detail zelf. Deze gids geeft typische minimale detailafmetingen, gereedschapsmaten en toleranties voor microfrezen en microdraaien, en de ontwerpregels waarmee een onderdeel bewerkbaar blijft. Bent u nieuw in het vakgebied, dan is de inkoopgids voor microbewerking het betere beginpunt.
Waarom de regels onder 1 mm veranderen
Drie fysische effecten bepalen de grenzen bij microbewerking.
Gereedschapsstijfheid. De stijfheid van een vingerfrees daalt ruwweg met de vierde macht van de diameter. Halveert u de diameter, dan is het gereedschap ongeveer 16 keer minder stijf. Een gereedschap van 0.2 mm buigt door onder krachten die een gereedschap van 2 mm niet zou merken, wat zichtbaar wordt als taps toelopende wanden en te kleine details.
Minimale spaandikte. Elke snijkant heeft een kleine radius. Wordt de spaanbelasting per tand vergelijkbaar met die kantradius, doorgaans enkele microns, dan snijdt het gereedschap niet meer zuiver en begint het te ploegen en te wrijven. Dat beperkt hoe fijn een afwerkslag kan zijn en veroorzaakt bramen.
Rondloop en thermische groei. Een rondloop van 5 μm op een gereedschap van 6 mm is gering. Op een gereedschap van 0.2 mm betekent het dat één snijkant het meeste snijwerk doet en vroeg slijt of breekt. Spindels groeien ook enkele microns tijdens het opwarmen. Microbewerkingsbedrijven gebruiken precisie-krimpspanners of spantanghouders, controleren de rondloop per gereedschap en draaien opwarmcycli voor kritiek werk.
Typische minimale detailafmetingen
De tabel hieronder geeft typische productiegrenzen bij microbewerkingsbedrijven. Specialisten gaan verder, meestal tegen hogere kosten.
| Detail | Typisch productieminimum | Specialistische grens | Belangrijkste beperking |
|---|---|---|---|
| Gefreesde sleufbreedte | 0.3 mm | ongeveer 0.05 mm | Gereedschapsdiameter en diepte |
| Binnenhoekradius | 0.1 tot 0.15 mm | ongeveer 0.025 mm | Gereedschapsradius |
| Geboord gat | ⌀0.2 mm | ongeveer ⌀0.05 mm | Borensterkte, spaanafvoer |
| Wanddikte, metaal | 0.15 mm | ongeveer 0.05 mm | Doorbuiging, trilling |
| Wanddikte, kunststof | 0.3 mm | ongeveer 0.15 mm | Warmte en klemming |
| Gedraaide diameter | ⌀0.3 mm | ongeveer ⌀0.1 mm over korte lengte | Doorbuiging, staafondersteuning |
| Draad | M0.8 / 0-80 UNF | M0.3 | Gereedschapsvorm, beschikbaarheid van kalibers |
| Totale afmeting van het onderdeel | 1 mm | onder 1 mm | Hanteren en opspannen |
De waarden zijn typisch voor metalen, tenzij anders vermeld, geen garantie. Het kleinste detail van 0.3 mm, gaten vanaf ⌀0.2 mm en wanden vanaf 0.15 mm zijn de praktische planningsgetallen voor de meeste RFQ’s.
Microgereedschappen, diepte en aspectverhouding
Diameter is niet de enige vraag. Diepte bepaalt of een detail realistisch is.
| Gereedschapsdiameter | Typische max. diepte met standaardgereedschap | Typisch spindeltoerental |
|---|---|---|
| 1.0 mm | 3 mm | 20,000 tot 40,000 rpm |
| 0.5 mm | 1.5 mm | 30,000 tot 50,000 rpm |
| 0.3 mm | 0.6 tot 0.9 mm | 40,000 tot 60,000 rpm |
| 0.2 mm | 0.3 tot 0.6 mm | 40,000 tot 80,000 rpm |
| 0.1 mm | 0.15 tot 0.3 mm | 60,000 rpm en hoger |
Typische waarden voor metalen. Gereedschappen met lange hals en speciale strategieën vergroten de diepte bij lagere voeding.
Bij boren is de equivalente regel diepte ten opzichte van diameter. Tot ongeveer 5 keer de diameter is routine, 10 keer is haalbaar met pikboren, en daarboven gebruiken bedrijven speciale boren, dieptebooromethoden of vonkerosie. Een gat van ⌀0.2 mm en 2 mm diep ligt op de rand van de normale productie. Hetzelfde gat van 5 mm diep is werk voor specialisten.
Toleranties bij microfrezen en microdraaien
Toleranties bij microbewerking leest u het best in drie lagen.
| Laag | Lineaire tolerantie | Waar toegepast | Effect op de kosten |
|---|---|---|---|
| Algemeen | ±0.02 tot ±0.05 mm | Niet-functionele details | Basis |
| Productieprecisie | ±0.01 mm | De meeste gematen details | Matig |
| Geselecteerde details | ±0.005 mm | Passingen, referenties, optische en fluïdische details | Extra slagen en volledige meting |
| Specialistisch | ±0.002 mm en lager | Boringen, ferrules, kalibreeronderdelen | Slijpen, lappen of werk in klimaatgestuurde ruimte |
Typische waarden, geen garantie.
Draaien houdt diameters strakker dan frezen posities, omdat een gedraaide diameter wordt gegenereerd door de spindelrotatie. Bij langdraaien zijn diameters van ±0.005 mm en aspassingen h5 routine, zoals beschreven in de gids over langdraaien. Bij frezen hangen positietoleranties af van machinenauwkeurigheid, temperatuur en instelling, dus ±0.005 mm op gatpositie is een tolerantie voor geselecteerde details.
Oppervlakteafwerking volgt dezelfde logica. Ra 1.6 μm is typisch voor microgefreesde vlakken, Ra 0.8 μm is haalbaar met afwerkslagen, en daaronder voegen bedrijven meestal polijsten, lappen of elektrolytisch polijsten toe.
Volgens ISO 286 is de standaardtolerantie voor maten boven 3 tot en met 6 mm 5 μm bij IT5, 8 μm bij IT6 en 12 μm bij IT7. Dat is een nuttige controle: vraagt u IT5 op een gefreesd detail, dan vraagt u specialistisch werk.
Ontwerpregels waarmee microonderdelen bewerkbaar blijven
Het grootste deel van de kosten van microonderdelen wordt op de tekening bepaald. Deze regels komen steeds terug in DFM-feedback.
- Geef binnenhoeken een radius. Gebruik minstens de radius van het gereedschap dat de kamerdiepte kan bereiken en voeg een marge toe. Scherpe binnenhoeken vragen vonkerosie.
- Houd de kamerdiepte op ongeveer 3 keer de kleinste gereedschapsdiameter. Diepere kamers vragen gereedschappen met lange hals, lage voeding en meer afkeurrisico.
- Ondersteun dunne wanden. Een wand van 0.15 mm moet kort zijn of tijdens het bewerken door materiaal worden gesteund. Hoge dunne wanden trillen.
- Zet strakke toleranties alleen waar de functie ze nodig heeft. Gebruik ISO 2768 of een blok algemene toleranties voor de rest.
- Definieer de randconditie. Vermeld of randen braamvrij moeten zijn, tot een gegeven maat gebroken of scherp mogen blijven, en hoe dat wordt geïnspecteerd.
- Kies referenties die u kunt meten. Een microonderdeel kan vaak niet worden getast waar een normaal onderdeel dat wel zou kunnen. Referenties op gedraaide diameters of vlakken die een CMM of visionsysteem bereikt, voorkomen later discussie.
- Tolereer gaten naar functie. Een doorgangsgat heeft niet dezelfde tolerantie nodig als een pasdoorpassing.
Hypothetisch voorbeeld: een optische houder van 8 x 8 x 6 mm in 6061 heeft vier gaten ⌀0.4 mm met ±0.005 mm positie, een sleuf van 0.2 mm breed en 1 mm diep en scherpe binnenhoeken. DFM-feedback zou doorgaans voorstellen de sleuf te verbreden tot 0.3 mm of de diepte te verminderen, een hoekradius van 0.1 mm toe te voegen en twee van de vier gatposities te versoepelen tot ±0.01 mm. Elke wijziging verkort cyclustijd en inspectie zonder verlies van functie.
Opspannen en hanteren op microschaal
Een detail is slechts zo nauwkeurig als de manier waarop het onderdeel tijdens het snijden wordt vastgehouden. Op microschaal wordt opspannen een ontwerpbeperking.
- Klemvervorming. Een dunwandige behuizing van 5 mm in een bankschroef kan meer vervormen dan haar tolerantie en terugveren bij het loslaten. Bedrijven gebruiken zachte bekken, maatwerkopspanningen, vacuüm of lagesmeltlijmen om onderdelen zacht vast te houden.
- Bewerken vanuit een groter blok. Veel microgefreesde onderdelen worden bewerkt terwijl ze nog aan een groter stuk materiaal vastzitten en pas in een laatste bewerking worden losgemaakt. Dat houdt het onderdeel stijf, maar het scheidingspunt laat een merkteken achter. Vertel het bedrijf waar een merkteken acceptabel is.
- Lipjes en frames. Meerdere kleine onderdelen kunnen uit één plaat worden gefreesd en met kleine lipjes worden vastgehouden, zoals de gietboom bij een modelbouwkit. Lipjes moeten worden verwijderd en de plekken afgewerkt, wat extra hanteren betekent.
- Onderdelen opvangen. Bij langdraaibanken vallen klare onderdelen in een opvangbak. Zonder die bak raken kleine onderdelen kwijt in de spaantransporteur of beschadigen ze door de val.
| Opspanmethode | Geschikt voor | Let op |
|---|---|---|
| Precisiespantang | Gedraaide en ronde onderdelen | Afdrukken op de geklemde diameter |
| Maatwerk zachte bekken | Kleine prismatische onderdelen | Instelkosten, vervorming bij te vast aanspannen |
| Vacuümopspanning | Dunne platte onderdelen | Beperkte spankracht, alleen kleine gereedschappen |
| Onderdeel in moedermateriaal | Complexe 5-assige microonderdelen | Merkteken op het scheidingspunt |
| Lipjes in een plaat | Veel identieke platte onderdelen | Lipjes verwijderen en afwerken |
Typische praktijk ter oriëntatie.
Voor de inkoper betekent dit twee dingen. Markeer de oppervlakken waar klemsporen, scheidingssporen of lipresten niet zijn toegestaan. En accepteer dat een bedrijf kan vragen een klein detail toe te voegen, zoals een vlak of een nok, om het onderdeel vast te houden. Dat maakt de overige toleranties vaak makkelijker haalbaar.
Meten wat u specificeert
Een detail dat u niet kunt meten, kunt u niet accepteren. Bij details kleiner dan ongeveer 0.5 mm passen standaard CMM-tasters mogelijk niet, en de contactkracht kan dunne wanden doen doorbuigen. Visionsystemen, meetmicroscopen en penkalibers nemen het dan over. De gids over hoe microonderdelen worden gemeten gaat daar dieper op in. Voorlopig is de regel eenvoudig: spreek de meetmethode voor elk kritiek detail af vóór de productie.
Volgende stap
Gebruik de referentie voor toleranties en materialen om uw tekening met typische waarden te vergelijken. Bent u zover, stuur dan een RFQ met uw kleinste detail en strakste tolerantie vermeld. Micropartz koppelt die aan maximaal 3 passende microbewerkingsbedrijven en reageert binnen 24 werkuren.
Veelgestelde vragen
Wat is de kleinste vingerfrees die bij microfrezen wordt gebruikt?
Gereedschappen tot ongeveer 0.01 mm bestaan voor onderzoek en specialistisch werk. Bij microfrezen in productie zijn vingerfrezen van ongeveer 0.1 tot 1 mm gebruikelijk, en veel bedrijven blijven liever op 0.2 mm of groter voor standtijd en betrouwbaarheid.
Hoe diep kan een vingerfrees van 0.2 mm snijden?
Als vuistregel snijdt een standaard microfrees tot ongeveer 1.5 tot 3 keer zijn diameter diep. Gereedschappen met lange reikwijdte en verjongde hals gaan verder, bij lagere voeding en hogere kosten. Voor een gereedschap van 0.2 mm betekent dat kamers van ongeveer 0.3 tot 0.6 mm diep zonder speciaal gereedschap.
Waarom kan niet elk detail op ±0.005 mm worden gehouden?
Omdat op deze schaal spindelrondloop, thermische groei, gereedschapsslijtage en de minimale spaan die een gereedschap kan snijden elk een paar micron kosten. Een bedrijf kan ze op geselecteerde details beheersen met extra slagen en metingen, maar de tolerantie overal toepassen vermenigvuldigt tijd en inspectie.
Welke binnenhoekradius moet ik op een microgefreesde kamer zetten?
Minimaal de radius van het kleinste praktische gereedschap voor de kamerdiepte, en bij voorkeur iets groter zodat het gereedschap niet volledig 180 graden aangrijpt. Hebt u een scherpe binnenhoek nodig, dan is vonkerosie meestal het juiste proces.
Getoetst aan
- ISO 286-1:2010, ISO code system for tolerances on linear sizes
- ASME Y14.5-2018, Dimensioning and Tolerancing
- Wikipedia: Engineering tolerance
De getallen in deze gids zijn typische waarden ter oriëntatie. De tekening, het materiaalcertificaat en het gekoppelde bedrijf bepalen de echte.
Word gekoppeld aan een microbewerkingsbedrijf
Stuur uw tekening één keer. Wij koppelen die aan maximaal 3 bedrijven die bij het onderdeel passen en reageren binnen 24 werkuren. Gratis voor inkopers.
Een RFQ sturen