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技術趨勢
未註公差惹的禍
2018.08.17∣瀏覽數:192

文 ◆ 陳銘德

零件有與其他零組件配合與組合時,必須標註公差以確保後續組裝順利,其他部分之尺 寸則不用再標註公差,兼顧易製性及成本,而未註公差亦應有所規範,提供設計、製作、 檢驗、組配等部門之依據,以免脫序無限上綱,爭議不斷。
某大公司設計部門剛完成底蓋設計,底部厚 度需t ≧ 2.5 ㎜,才滿足功能需求,如低於2.5㎜,恐有強度不足之疑慮,其相關尺寸如下圖 1。大量加工生產後,經檢測單位判允收,但 設計工程師看檢驗報告中,發現厚度有薄到2 mm,而有些零件厚度竟達到 2.9 mm 之現象,懷疑檢驗部門有放水怠忽職守之虞。自己抽一些零件送組裝線,回報組立沒問題,但自己用卡尺量底部厚度,與檢驗報告數據類似,而堅持應拒收不放行,並質疑檢驗之合理性依據。

設計工程師自認有機械碩士學歷,從 15 年前進公司即專門做機械設計,累積出一定之 能力,如Ø40 之深度27.5 mm 採單向公差 +0.1 mm,已經考量製作師傅之人因工程需 求。底部厚度 t 認為 32.5-27.5+0.1=5-0.1 mm, 5-0.1-2.5=2.5-0.1mm, 換 言 之;2.4 mm~2.5 mm 為設計需求,如低於 2.4 mm,恐有強度不足疑慮,並向其直接主管呈報,博士學歷之設計主管看到其計算過程,不覺有誤,並回憶以前大一之工程製圖老師也是這樣教,更令設計師吃下定心丸,準備向產品負責主管申訴。

檢驗部門之品檢小姐既無博、碩士學歷,亦 無學士學位,僅是機工科畢業而已,進公司20年來,就分發到品檢部門,負責全公司進料、委外加工製作等材質、尺寸之檢驗,也獲得公司補助到外面學習公差配合相關專業之研習,工作表現深獲公司認可,公司會計付帳,惟品檢部門之檢測報告為準,協力廠之檢驗報告僅供參考,只顯示協力廠之工作專業度、誠實度與精準度而已。她依據設計圖標註檢測,底部厚度無標註尺寸,又無標註基準面,只能依照 零件全高32.5 mm 扣除27.5+0.1 mm 計算,基於工作經驗必需先確認未註公差尺寸之依據,在設計圖右下角落註解處,載明未註公差用 CNS B1037 中級 (IT14 級),因此計算底部厚度 為t=2.0~2.9mm( 或 2.45±0.45mm) 皆允收,作為判定依據,其中雖有零件少量落到設計工 程師希望之 2.5 mm 外,亦只能判合格允收。

檢驗小姐風聞設計部想往上參奏,告到產品負責主管,也因此與檢驗主管商量應對,其主管瞭解原委後,計算方式正確,有照設計圖標 註要求,同時問如低於或超出 2.5 mm 之對策, 品檢員回答稱零件是置放於花崗石平台上,且有定期檢校,量具用深度規,且事先用厚度規 調校無誤,如發現較大誤差,再用 2.5D 高度規 複驗才紀錄,另外 ;也請教資深同仁再量,減少 操作變異度,惟尚未用到 3D 量床而已。其主管 認為就設計圖公差精度而言,使用 3D 量床是浪 費公司資源,至此 ;安慰一番沒事。

果然,組裝產線主管亦反映欠料,有斷線無法如期交貨之危機,促使產品負責主管出面解決燃眉之急。經設計、檢驗與組裝部門主管詳細陳述後,既然組立沒問題,表示可組裝,本批零件可用,不會斷料。再來只是合用或合格之問題,顯然檢驗部門執行檢測遇到超出公差疑慮時,有採儀具及手法均為複數交叉檢測之作為,計算也有依據設計圖規定,皆已達嚴謹無放水或過嚴之虞,結論不僅合用而且合格。況且設計師使用卡尺量測零件之垂直度誤差 (Sine Error; Abbe Error) 與環境溫度,相對比不上品檢同仁用高度規之垂直度及品檢室溫度控制之嚴謹。

本次案例凸顯出設計工程師第一次認識未註公差真正意義,不重要部位不必要標註公差,但有其製作容許範圍才能掌控零件形狀與大小,15 年來之錯誤無知,輕忽未註公差真實意義,甚至反向誤認為比較精準無公差之意義。設計師可能要花些時間檢討這些年來冤枉過多少加工、品檢之零件,甚至委外協力廠之案例,因通常製作部門與品檢部門對設計圖皆只能按圖加工檢測,不知其用途,即使有不合理亦難以回溯更正。

另外; 大學工程製圖教授對公差配合之正確認知很重要,或許欠缺機械設計實務經驗,以致無法傳授正確知識,甚至輕忽誤解,以個人認知教學生,學生對公差配合不甚瞭解,後續畢業生學歷愈高,擔任職位愈高,公差配合觀念影響層面愈廣,如果不正確,將正確合格件硬是判為不合格,損害不計其數,不可不慎。

標註邊界或雙向公差時,每個公差值小數點 需有同樣位數,必要時補予0。所有邊界尺 寸均為絕對精確值,其最末一個數字皆為0。 如 40 表示40.0;40.05 表示40.050,檢測數 據如為40.051,則拒收,如為40.0499,亦判拒收,不可將最後一位採四捨五入方式再研判合格不合格。

改善之道不難,直接標出底部厚度2.5 mm,如能標出單向公差 (2.5+0.1 mm) 更佳, 如圖2。或以底面標註為第一基準面  A  及 t=2.5+0.1。此外; 仔細瞭解ISO 國際標準公 差 IT 之來龍去脈,至少工具書[ 設計便覽] 中第10c-1~19 要真正看得懂,才能對公差 配合能正確選用,不致於用區區個人30~40年之工作時間,相對極窄之工作行業類別經 驗,去推翻對撞240年來機械業之智慧結晶。

公司企業考選新進工程師,設計主管如沒注意選用正確合理公差經驗把關審查,公司企業資源浪費就如同平時漏水漏電般,損失 不小,零組件合格率未達100% 均值得深思改進。
 

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