Kích thước chi tiết nhỏ nhất, dụng cụ và dung sai trong phay và tiện vi mô
Thiết kế một chi tiết vi mô nghĩa là làm việc với những giới hạn không tồn tại ở quy mô thông thường. Dao phay ngón 0.2 mm bị uốn, độ đảo trục chính 5 μm là đáng kể và một ba via có thể lớn bằng chi tiết. Cẩm nang này đưa ra kích thước chi tiết nhỏ nhất, kích thước dụng cụ và dung sai thông thường cho phay vi mô và tiện vi mô, cùng các quy tắc thiết kế giúp chi tiết gia công được. Nếu bạn mới làm quen với lĩnh vực này, cẩm nang gia công vi mô cho bên mua là điểm bắt đầu tốt hơn.
Vì sao quy tắc thay đổi dưới 1 mm
Ba hiệu ứng vật lý đặt ra giới hạn trong gia công vi mô.
Độ cứng dụng cụ. Độ cứng của dao phay ngón giảm xấp xỉ theo lũy thừa bốn của đường kính. Giảm đường kính một nửa thì dao kém cứng khoảng 16 lần. Dao 0.2 mm bị uốn dưới những lực mà dao 2 mm không hề cảm thấy, thể hiện ra là thành bị côn và chi tiết nhỏ hơn kích thước.
Độ dày phoi tối thiểu. Mỗi lưỡi cắt có một bán kính nhỏ. Khi tải phoi trên mỗi răng so được với bán kính lưỡi đó, thường vài micron, dao ngừng cắt gọn và bắt đầu cày và chà xát. Điều đó giới hạn độ mịn của đường cắt hoàn thiện và gây ra ba via.
Độ đảo và giãn nở nhiệt. Độ đảo 5 μm trên dao 6 mm là nhỏ. Trên dao 0.2 mm, nó có nghĩa là một rãnh xoắn làm phần lớn việc cắt và mòn hoặc gãy sớm. Trục chính cũng giãn vài micron khi nóng lên. Xưởng gia công vi mô dùng bầu kẹp co nhiệt hoặc collet chính xác, kiểm tra độ đảo từng dao và chạy chu kỳ khởi động trước khi làm việc quan trọng.
Kích thước chi tiết nhỏ nhất thông thường
Bảng dưới đưa ra giới hạn sản xuất thông thường tại các xưởng gia công vi mô. Xưởng chuyên sâu đi xa hơn, thường với chi phí cao hơn.
| Chi tiết | Nhỏ nhất thông thường khi sản xuất | Giới hạn chuyên sâu | Ràng buộc chính |
|---|---|---|---|
| Độ rộng rãnh phay | 0.3 mm | khoảng 0.05 mm | Đường kính dao và chiều sâu |
| Bán kính góc trong | 0.1 đến 0.15 mm | khoảng 0.025 mm | Bán kính dao |
| Lỗ khoan | ⌀0.2 mm | khoảng ⌀0.05 mm | Độ bền mũi khoan, thoát phoi |
| Độ dày thành, kim loại | 0.15 mm | khoảng 0.05 mm | Biến dạng, rung |
| Độ dày thành, nhựa | 0.3 mm | khoảng 0.15 mm | Nhiệt và lực kẹp |
| Đường kính tiện | ⌀0.3 mm | khoảng ⌀0.1 mm trên đoạn ngắn | Biến dạng, chỗ đỡ phôi |
| Ren | M0.8 / 0-80 UNF | M0.3 | Biên dạng dao, sẵn có calip |
| Kích thước bao ngoài chi tiết | 1 mm | dưới 1 mm | Thao tác và đồ gá |
Giá trị thông thường cho kim loại trừ khi có ghi chú, không phải cam kết. Chi tiết nhỏ nhất 0.3 mm, lỗ từ ⌀0.2 mm và thành từ 0.15 mm là các con số lập kế hoạch thực tế cho đa số RFQ.
Dao vi mô, chiều sâu và tỷ lệ khung hình
Đường kính không phải câu hỏi duy nhất. Chiều sâu quyết định một chi tiết có thực tế hay không.
| Đường kính dao | Chiều sâu tối đa thông thường với dao tiêu chuẩn | Tốc độ trục chính thông thường |
|---|---|---|
| 1.0 mm | 3 mm | 20,000 đến 40,000 vòng/phút |
| 0.5 mm | 1.5 mm | 30,000 đến 50,000 vòng/phút |
| 0.3 mm | 0.6 đến 0.9 mm | 40,000 đến 60,000 vòng/phút |
| 0.2 mm | 0.3 đến 0.6 mm | 40,000 đến 80,000 vòng/phút |
| 0.1 mm | 0.15 đến 0.3 mm | 60,000 vòng/phút trở lên |
Giá trị thông thường cho kim loại. Dao cổ dài và chiến lược đặc biệt kéo dài chiều sâu với bước tiến thấp hơn.
Với khoan, quy tắc tương đương là chiều sâu trên đường kính. Đến khoảng 5 lần đường kính là thường lệ, 10 lần đạt được bằng khoan từng nhịp, và vượt hơn thì xưởng dùng mũi khoan đặc biệt, phương pháp khoan súng hoặc EDM. Lỗ ⌀0.2 mm sâu 2 mm nằm ở rìa của sản xuất bình thường. Cùng lỗ đó sâu 5 mm là công việc chuyên sâu.
Dung sai trong phay và tiện vi mô
Dung sai trong gia công vi mô nên được đọc theo ba bậc.
| Bậc | Dung sai dài | Áp dụng ở đâu | Ảnh hưởng đến chi phí |
|---|---|---|---|
| Chung | ±0.02 đến ±0.05 mm | Chi tiết không chức năng | Cơ sở |
| Chính xác sản xuất | ±0.01 mm | Đa số kích thước có ghi | Vừa phải |
| Chi tiết chọn lọc | ±0.005 mm | Lắp ghép, chuẩn, chi tiết quang học và vi lưu | Thêm đường cắt và đo toàn bộ |
| Chuyên sâu | ±0.002 mm và nhỏ hơn | Lỗ, ferrule, chi tiết calip | Mài, lapping hoặc làm việc trong môi trường kiểm soát khí hậu |
Giá trị thông thường, không phải cam kết.
Tiện giữ đường kính chặt hơn phay giữ vị trí, vì đường kính tiện được tạo ra bởi chuyển động quay của trục chính. Với công việc Swiss, đường kính ±0.005 mm và lắp ghép trục h5 là thường lệ, như mô tả trong cẩm nang về tiện Swiss. Trong phay, dung sai vị trí phụ thuộc vào độ chính xác máy, nhiệt độ và gá đặt, nên ±0.005 mm trên vị trí lỗ là dung sai cho chi tiết chọn lọc.
Độ hoàn thiện bề mặt theo cùng logic. Ra 1.6 μm là thông thường cho mặt phay vi mô, Ra 0.8 μm đạt được với đường cắt hoàn thiện, và dưới mức đó xưởng thường thêm đánh bóng, lapping hoặc đánh bóng điện hóa.
Theo ISO 286, dung sai tiêu chuẩn cho kích thước trên 3 đến 6 mm là 5 μm ở IT5, 8 μm ở IT6 và 12 μm ở IT7. Đó là phép kiểm tra hợp lý hữu ích: nếu bạn đòi IT5 trên một chi tiết phay, bạn đang đòi công việc chuyên sâu.
Quy tắc thiết kế giúp chi tiết vi mô gia công được
Phần lớn chi phí của chi tiết vi mô được quyết định trên bản vẽ. Những quy tắc này lặp đi lặp lại trong phản hồi DFM.
- Cho góc trong một bán kính. Dùng ít nhất bán kính của dao có thể với tới chiều sâu hốc, và thêm biên độ. Góc trong sắc cần EDM.
- Giữ chiều sâu hốc ở khoảng 3 lần đường kính dao nhỏ nhất. Hốc sâu hơn cần dao cổ dài, bước tiến chậm và rủi ro phế phẩm cao hơn.
- Đỡ các thành mỏng. Thành 0.15 mm nên ngắn hoặc được vật liệu đỡ phía sau khi gia công. Thành mỏng cao sẽ rung.
- Chỉ đặt dung sai chặt ở nơi chức năng cần. Dùng ISO 2768 hoặc khối dung sai chung cho phần còn lại.
- Xác định tình trạng cạnh. Nêu rõ cạnh phải không ba via, vát đến kích thước cho trước hay để sắc, và kiểm tra thế nào.
- Chọn chuẩn mà bạn đo được. Chi tiết vi mô thường không thể chạm đầu dò ở nơi chi tiết bình thường làm được. Chuẩn trên đường kính tiện hoặc mặt mà CMM hay hệ thống vision với tới được sẽ tránh tranh cãi về sau.
- Đặt dung sai lỗ theo chức năng. Lỗ hở không cần cùng dung sai với lỗ lắp chốt định vị.
Ví dụ giả định: một giá đỡ quang học 8 x 8 x 6 mm bằng 6061 có bốn lỗ ⌀0.4 mm với vị trí ±0.005 mm, một rãnh rộng 0.2 mm sâu 1 mm và các góc trong sắc. Phản hồi DFM thường sẽ đề xuất mở rộng rãnh lên 0.3 mm hoặc giảm chiều sâu, thêm bán kính góc 0.1 mm và nới hai trong bốn vị trí lỗ lên ±0.01 mm. Mỗi thay đổi cắt giảm thời gian chu kỳ và kiểm tra mà không mất chức năng.
Đồ gá và thao tác ở quy mô vi mô
Một chi tiết chỉ chính xác bằng cách giữ chi tiết khi cắt. Ở quy mô vi mô, kẹp trở thành ràng buộc thiết kế.
- Biến dạng do kẹp. Một vỏ thành mỏng 5 mm kẹp trong ê tô có thể biến dạng quá dung sai rồi đàn hồi lại khi nhả. Xưởng dùng má mềm, đồ gá riêng, chân không hoặc keo nóng chảy thấp để giữ chi tiết nhẹ nhàng.
- Gia công từ phôi lớn hơn. Nhiều chi tiết phay vi mô được gia công khi vẫn còn dính vào một khối phôi lớn hơn, rồi tách ra ở công đoạn cuối. Cách này giữ chi tiết cứng vững, nhưng điểm tách để lại vết. Hãy cho xưởng biết vị trí nào chấp nhận có vết.
- Gờ nối và khung. Nhiều chi tiết nhỏ có thể được phay từ một tấm và giữ bằng các gờ nối nhỏ, như cuống đúc trên mô hình lắp ráp. Gờ nối phải được cắt bỏ và chỗ đó được hoàn thiện, làm tăng thao tác.
- Thu chi tiết. Trên máy tiện Swiss, chi tiết hoàn chỉnh rơi vào bộ hứng. Không có nó, chi tiết nhỏ bị lạc trong băng tải phoi hoặc hỏng do rơi.
| Phương pháp giữ | Phù hợp | Cần chú ý |
|---|---|---|
| Collet chính xác | Chi tiết tiện và tròn | Vết trên đường kính bị kẹp |
| Má mềm riêng | Chi tiết nhỏ dạng khối | Chi phí gá đặt, biến dạng nếu siết quá chặt |
| Đồ gá chân không | Chi tiết phẳng mỏng | Lực giữ hạn chế, chỉ dao nhỏ |
| Chi tiết giữ trong phôi mẹ | Chi tiết vi mô 5 trục phức tạp | Vết tại điểm tách |
| Gờ nối trong tấm | Nhiều chi tiết phẳng giống nhau | Cắt bỏ gờ nối và hoàn thiện |
Thực hành thông thường để tham khảo.
Với bên mua, điều này có hai ý nghĩa. Hãy đánh dấu các bề mặt không được phép có vết kẹp, vết tách hoặc phần gờ nối còn lại. Và hãy chấp nhận rằng xưởng có thể đề nghị thêm một chi tiết nhỏ, như mặt phẳng hoặc gờ, để giữ chi tiết. Điều đó thường giúp đáp ứng các dung sai còn lại dễ hơn.
Đo những gì bạn chỉ định
Chi tiết bạn không đo được thì không thể nghiệm thu. Với chi tiết dưới khoảng 0.5 mm, đầu dò CMM tiêu chuẩn có thể không vừa, và lực chạm có thể làm biến dạng thành mỏng. Hệ thống vision, kính hiển vi đo và calip chốt sẽ thay thế. Cẩm nang về cách đo chi tiết vi mô đi vào chi tiết. Hiện tại, quy tắc rất đơn giản: hãy thống nhất phương pháp đo cho mọi chi tiết quan trọng trước khi sản xuất.
Bước tiếp theo
Dùng tài liệu tham khảo dung sai và vật liệu để đối chiếu bản vẽ của bạn với các giá trị thông thường. Khi sẵn sàng, hãy gửi RFQ nêu rõ chi tiết nhỏ nhất và dung sai chặt nhất. Micropartz kết nối với tối đa 3 xưởng gia công vi mô phù hợp và phản hồi trong vòng 24 giờ làm việc.
Câu hỏi thường gặp
Dao phay ngón nhỏ nhất dùng trong phay vi mô là bao nhiêu?
Có dao xuống đến khoảng 0.01 mm cho nghiên cứu và công việc chuyên sâu. Trong phay vi mô sản xuất, dao phay ngón từ khoảng 0.1 đến 1 mm là phổ biến, và nhiều xưởng thích giữ ở 0.2 mm trở lên để bảo đảm tuổi thọ dao và độ tin cậy.
Dao phay ngón 0.2 mm cắt sâu được bao nhiêu?
Theo quy tắc thông thường, dao phay ngón vi mô tiêu chuẩn cắt sâu đến khoảng 1.5 đến 3 lần đường kính. Dao cổ dài có thân thu nhỏ đi sâu hơn, với bước tiến chậm hơn và chi phí cao hơn. Với dao 0.2 mm, điều đó nghĩa là hốc sâu khoảng 0.3 đến 0.6 mm khi không có dụng cụ đặc biệt.
Vì sao không phải chi tiết nào cũng giữ được ±0.005 mm?
Vì ở quy mô này, độ đảo trục chính, giãn nở nhiệt, mòn dao và lớp phoi tối thiểu mà dao cắt được mỗi thứ đều ăn mất vài micron. Xưởng có thể kiểm soát chúng trên một số chi tiết chọn lọc bằng thêm đường cắt và đo lường, nhưng áp dụng dung sai đó ở mọi nơi sẽ nhân lên thời gian và công kiểm tra.
Nên đặt bán kính góc trong bao nhiêu cho hốc phay vi mô?
Ít nhất bằng bán kính của dao nhỏ nhất thực tế cho chiều sâu hốc, và tốt nhất lớn hơn một chút để dao không ăn toàn bộ 180 độ. Nếu cần góc trong sắc, EDM thường là quy trình đúng.
Đối chiếu với
- ISO 286-1:2010, ISO code system for tolerances on linear sizes
- ASME Y14.5-2018, Dimensioning and Tolerancing
- Wikipedia: Engineering tolerance
Các con số trong cẩm nang này là giá trị thông thường để tham khảo. Bản vẽ, chứng chỉ vật liệu và xưởng được kết nối sẽ quyết định giá trị thực.
Được kết nối với một xưởng gia công vi mô
Gửi bản vẽ một lần. Chúng tôi kết nối với tối đa 3 xưởng phù hợp với chi tiết và phản hồi trong vòng 24 giờ làm việc. Miễn phí cho bên mua.
Gửi RFQ