GD&T: forklaringer og definitioner

Dette blogindlæg guider dig gennem de grundlæggende begreber og definitioner inden for geometrisk dimensionering og tolerance (GD&T). Mere præcist vil vi komme omkring hvad GD&T er, hvordan det fungerer og hvorfor det er vigtigt at implementere i dit arbejde.
Og tænker du nu, “hvad filan er GD&T?”, så kan vi berolige dig med, at GD&T i Danmark er kendt som enten ISO GSP eller GPS (geometrisk produkt specifikation). I blogindlægget vil vi dog fortsat bruge termen GD&T.
Den tekniske tegning har sit helt eget sprog. Det består af et sæt meget præcise standarder, symboler og regler, der formidler de geometriske karakteristika og tolerancer som en del, et emne eller et produkt kan have.
Du bruger blandt andet tekniske tegninger til at designe og udvikle nye produkter. Disse tegninger er nyttige, når du f.eks. skal vælge de mest passende materialer og fremstillingsprocesser i en produktionsproces. Det er derfor særdeles nødvendigt, at du foretager en meget nøjagtig fortolkning af tegningens oplysninger. Vi tør slet ikke forestille os omfanget af de tekniske problemer, der ville opstå, hvis dette sprog ikke eksisterede. Puha.
Hvad er GD&T?
GD&T er et system, der definerer og kommunikerer tekniske dimensioner og tolerancer. Det bruger et symbolsk sprog i sine tekniske tegninger, der eksplicit beskriver den nominelle (teoretisk perfekte) geometri af dele og samlingstegninger. Dernæst tydeliggør GD&T også, hvilken grad af nøjagtighed og præcision, der er nødvendig for hver funktion af emnet. Det gøres ved at definere tilladte variation i størrelse, orientering og placering mellem disse funktioner.
Fordi GD&T-systemet indeholder en række forudbestemte symboler, hjælper det designere, ingeniører og teknikere til at kommunikere tydeligt og forståeligt med hinanden. På den måde kan de bringe en del til live og bygge den på en måde, der fejlfrit matcher dens computerstøttede design (CAD).
Hvordan fungerer GD&T?
GD&T sikrer, at alle der arbejder med tekniske tegninger – lige fra design til bearbejdning – taler det samme sprog. Deres ordforråd består af geometriske karakteristika som bl.a. planhed, rethed, cylindricitet, rundhed, vinkelret, parallelitet, vinkelrigtighed, position, profil, koncentricitet og symmetri. Disse geometriske karakteristika kan så inddeles i forskellige tolerancekategorier (f.eks. form, orientering, placering og kast) og i forhold til brugen af datums (f.eks. punkt, linje, plan og volumen), som reference til hvilke andre elementer i delens sammensætning, der skal passe sammen.
Når konstruktioner i dag bliver mere og mere komplekse, sætter det krav til, at designere, ingeniører og teknikere skal kunne kommunikere tydeligt og nøjagtigt med hinanden. For uden det rigtige sprog opstår der let misforståelser mellem dem. Sådanne misforståelser kan både være dyre og tidskrævende.
Heldigvis kan man med GD&T undgå disse. For det ensartede og logiske sprog i GD&T-systemet hjælper alle til at forstå en dels geometriske karakteristika og tolerancer. Alle kan dermed kommunikere med hinanden. Altså skaber dette sprog en fælles forståelse blandt de involverede, som reducerer gætværk og fortolkninger. I sidste ende sikrer det ensartede geometrier på tværs af design og fremstilling, hvilket betyder, at man kan spare tid og gøre design- og fremstillingsprocesserne mere effektive.

Hvorfor implementere GD&T-processer?
En af de væsentligste årsager til at implementerer GD&T i sit arbejde er, måske ikke så overraskende, dets universelle sprog. Det gør som nævnt, at ingeniører og maskinmestre problemfrit taler med det samme ordforråd og forstår hinanden.
En anden vigtig årsag er, at det kan effektivisere produktionen og reducere produktionsomkostninger. F.eks. er nogle materialer lettere at arbejde med end andre. Det smarte er så, at du ud fra en GD&T-tegning kan undersøge, hvilke potentielle konsekvenser, der kan være ved givent materiale. Altså kan du tage nogle uforudsete problemer i opløbet. Efter analysen af tegningen, kan du så tage en beslutning, om du bør foretrække et materiale frem for et andet – særligt hvis der ikke det ikke har nogen funktionel indflydelse på delen.
En tredje og betydelig årsag er, at hver geometrisk funktion har en tolerance. Denne tolerance består af forskellen mellem de maksimale og minimale grænser, inden for hvilke en dimension kan variere. På en teknisk tegning bruges tolerancer til at styre dele, der skal passe sammen i en samling. Det muliggør dermed, at du på sigt kan udskifte dele og individuelle komponenter.
Den maksimale variation mellem to funktioner er lig med summen af tolerancerne placeret på de kontrollerede dimensioner. Og derfor akkumuleres tolerancerne for de forskellige funktioner. Så efterhånden som antallet af kontrollerede dimensioner stiger, stiger toleranceakkumuleringen også. I værste tilfælde kan en bearbejdet del sagtens være inden for disse akkumulerede tolerancer, men hvor det først på monteringsstadiet viser sig, at den måske ikke passer med de andre dele.
Fordi du med GD&T-tilgangen styrer positioner og orienteringer, er der langt mindre sandsynlighed for monteringsfejl forårsaget af fejlakkumuleringer. Det skyldes, du med GD&T betragter det komplette sæt af tolerancer, så modellens fremstilling kan gentages med dele, der kan udskiftes. Når du tydeligt angiver alle design krav, garanter en grundig GD&T-proces en nøjagtig opfyldelse af alle dimensions- og tolerancespecifikationer.
Hvorfor er GD&T så vigtigt?
Jo mere komplekst design og jo snævre tolerancer, jo mere sofistikeret værktøj der kræves, desto dyrere bliver fremstillings- og inspektionsprocesserne, og jo større risiko for fejl og kasseringer. Dette skal du altid have in mente, når man designer en del.
Når du lægger en meget snæver dimensionel tolerance på positioner og huldiametre, medfører det, at bearbejdningen bliver dyrere og mere kompleks. Designere og ingeniører kan derfor i stedet styre profilerne og positioneringen ved at udvide tolerancerne. Det vil gøre, at du sparer penge, fordi du reducerer kompleksiteten i fremstillingsprocessen.
I disse situationer forbedrer GD&T designnøjagtigheden, fordi det tillader tolerancerne at maksimere produktionen. Det gode er så, at du i mange projekter vil få ekstra eller bonustolerancer, der yderligere kan øge omkostningseffektiviteten.
GD&T og 3D-måling
GD&T-systemet er relevant i forbindelse med kvalitetskontrol og særligt fasen omkring dataopsamling. Du kan både opsamle data med manuel måling, touch-probing eller 3D-scanning. Ved hjælp af disse metoder kan du digitalisere en eksisterende, fysisk del. Derefter kan du så vurdere, om de målte værdier svarer til de forventede geometrier – også kendt som GD&T callouts. Altså kan du se, om delen kan godkendes eller fejler ved at sammenligne den med dimensionerne vist på CAD-modellerne. Men endnu vigtigere er, at du kan kvantificere afvigelsen fra grænsetolerancerne.
Kort sagt så er 3D-måling nødvendigt, hvis du vil evaluere på sine GD&T callours. For når først du har erhvervet sig data ved at lave en samling af målepunkter eller ved at scanne en overflade, kan du vurdere delens kvalitet og fremstillingsprocessen i henhold til specifikke geometriske karakteristika såsom planhed, rethed, cylindricitet, rundhed, vinkelrethed osv.
Definitioner og symboler
Planhed

Det er tilstanden af en overflade eller et afledt medianplan, hvor alle elementer er i et plan. En planhedstolerance angiver en tolerancezone, der er defineret af to parallelle planer, inden for hvilke overfladen eller det afledte medianplan skal ligge.
Rethed

Rethed er en tilstand, hvor et element af en overflade eller afledt medianlinje, danner en ret linje. En rethedstolerance angiver en tolerancezone, inden for hvilken det betragtede element af en overflade eller den afledt medianlinje skal ligge. En rethedstolerance anvendes i visningen, hvor de elementer, der skal kontrolleres, er repræsenteret ved en lige linje.
Cylindricitet

Det er tilstanden for en omdrejningsflade, hvor alle punkter på overfladen er lige langt fra en fælles akse. En cylindricitetstolerance angiver en tolerancezone, der er afgrænset af to koncentriske cylindre, inden for hvilke overfladen skal ligge.
Rundhed (cirkularitet)

Rundhed e er et mål for, hvor tæt formen af et objekt nærmer sig formen for en matematisk perfekt cirkel. Cirkularitet gælder i to dimensioner, såsom tværsnitscirklerne langs en cylindrisk genstand, såsom en aksel eller en cylindrisk rulle til et leje. En cirkulæritetstolerance angiver en tolerancezone, der er afgrænset af to koncentriske cirkler, inden for hvilke hvert cirkulært element af overfladen skal ligge.
Vinkelrethed

Vinkelrethed er symboliseret ved en vandret linje, hvor anden linje står vinkelret på. Det er tilstanden af en overflade, et element, midterplan eller et element, hvis akse er retvinkel på et datum-plan eller en datum-akse. Husk at vinkelrethed måles i mm. ikke grader.
Parallelitet

Parallelisme er symboliseret ved to skrå parallelle linjer. Det er tilstanden af (1) en overflade eller et elements midterplan, hvor der er lige langt til alle punkter fra et datumplan eller (2) et objekts akse, lige langt langs dets længde fra et eller flere datum-planer eller datum-akse.
Vinkelrigtighed

Vinkelrigtighed er symboliseret med to linjer i en vinkel. Det er tilstanden af en overflade, hvor et elements midterplan eller et elements akse er i en hvilken som helst vinkel fra et datum-plan eller datum-akse.
Position

Position er symboliseret ved et sigtekorn. Det beskriver placeringen af en eller flere geometrier i forhold til hinanden eller til et eller flere datums. En positionstolerance definerer en zone, inden for hvilken centrum, en akse eller midterplan af en geometri variere fra en teoretiskkorrekt position.
Fladeform – Profil af en overflade

Fladeformer symboliseret ved af en halvcirkel, hvor den buede kant vender opad og den flade nedad. Tolerancezonen, der er etableret af profilen af en overfladetolerance, er 3D (et volumen). Den strækker sig langs længden og bredden (eller omkredsen) af den betragtede geometri. Profil af en overflade kan påføres dele af enhver form, herunder dele med konstant tværsnit, dele med omdrejningsflade eller dele med en profiltolerance påført overalt.
Profilform – Profil af en linje

Hver linjeelementtolerancezone, der er etableret af profilen for et linjetolerancekrav, er 2D (et område). Profilen af en linje kan påføres dele med et varierende tværsnit (f.eks. den tilspidsede vinge på et fly) eller et konstant tværsnit (f.eks. et ekstruderet emne, hvor det ikke ønskes at have en tolerancezone omfattende hele overfladen af funktionen som en enkelt enhed).
Koncentricitet

Koncentricitet er den tilstand, hvor to eller flere objekter siges at være koncentriske, når de deler det samme centrum Dette symbol bliver også til at måle koaksialitet. Geometriske objekter er koaksiale, hvis de deler den samme akse. Center-værdier der kontrolleres, skal uanset geometrien størrelsen ligge inden for den cylindriske (eller sfæriske) tolerancezone.
Symmetri

Symmetri er den tilstand, hvor medianpunkterne for alle modstående, eller tilsvarende placeret elementer af to eller flere geometrier, er kongruente med en datum-akse eller midterplan. Forklaringen givet i det foregående afsnit gælder for den eller de overvejede egenskaber, da symmetri- og koncentricitetskontrol er de samme begreber, undtagen som anvendes på forskellige delkonfigurationer.
Kast

Kast giver kontrol over cirkulære elementer på en overflade. Tolerancen påføres uafhængigt ved hver cirkulær måleposition, når delen drejes til hele overfladens vinkeludstrækning omkring den simulerede datum-akse.
Total kast

Total kast giver kontrol over alle overfladeelementer. Tolerancen påføres samtidigt for alle cirkulære og profilmålepositioner, når delen drejes 360° om nulpunktaksen.
Har du spørgsmål om GD&T eller os, er du altid velkommen til at kontakte os på 40 72 16 87 eller info@kvejborg.dk. Så lover vi at vende tilbage med et svar.
Det oprindelige blogindlæg er skrevet af Creaform og kan findes her.