Na výkresu je uvedený plech tloušťky 3 mm. Do výroby jde materiál označený stejnou tloušťkou. Přesto se při montáži ukáže, že některé díly nesedí úplně podle očekávání. Jak je to možné?
Důvodem většinou není chyba ve výrobě ani v konstrukci, ale přirozená výrobní odchylka materiálu. Každý plech se vyrábí s určitou tolerancí tloušťky, takže jeho skutečná tloušťka se může od nominální hodnoty mírně lišit. A právě tato zdánlivě nevýznamná odchylka může ovlivnit ohýbání, svařování i sestavení výsledného výrobku. V tomto článku se podíváme na to, co tolerance tloušťky plechu představují, co je ovlivňuje a na co by si měl dát pozor konstruktér i výrobce.
Co se v článku dozvíte
- Co je tolerance tloušťky plechu
- Jaké normy tloušťku plechů upravují
- Jak tolerance ovlivňuje ohýbání
- Jak tolerance ovlivňuje svařování
- Kdy tolerance způsobí problém při montáži
- Co by měl konstruktér zohlednit už při návrhu
Co je tolerance tloušťky plechu
Tolerance tloušťky je rozsah, ve kterém se skutečná tloušťka plechu může lišit od nominální (deklarované) hodnoty – a stále se jedná o vyhovující materiál. Pokud objednáte plech 3 mm, dostanete materiál, který bude mít tloušťku v rámci povoleného rozpětí kolem této hodnoty – například o několik desetin milimetru více nebo méně.
Tyto odchylky vznikají přirozeně během výroby materiálu a jsou definovány příslušnými normami. Plech vzniká válcováním za tepla nebo za studena a i u moderních válcovacích linek se tloušťka v rámci jedné tabule i mezi jednotlivými tabulemi mírně liší. Tloušťka navíc nemusí být konstantní ani v rámci jednoho kusu – může se lišit podél délky i přes šířku tabule.
Rozsah tolerance závisí na:
- materiálu (ocel, nerez, hliník mají různé tolerance),
- způsobu výroby (válcování za tepla má obvykle širší tolerance než za studena),
- nominální tloušťce – u silnějších plechů bývá absolutní odchylka v milimetrech větší než u tenkých.
Jaké normy tloušťku plechů upravují
Tolerance tloušťky plechů upravují evropské normy řady EN – například EN 10051 pro plechy válcované za tepla nebo EN 10131 pro plechy válcované za studena, obdobné normy existují i pro nerezové a hliníkové plechy. Tyto normy definují, o kolik se může skutečná tloušťka odchýlit od nominální hodnoty. Konkrétní hodnoty se liší podle typu materiálu, jeho tloušťky a způsobu výroby, proto nelze stanovit jednu univerzální toleranci pro všechny plechy.
Pro praxi je důležité hlavně to, že:
- tolerance neznačí vadu materiálu – jde o standardní, předem definovanou odchylku,
- skutečná tloušťka může být vyšší i nižší než nominální hodnota,
- s rostoucí tloušťkou plechu roste i absolutní velikost tolerance v milimetrech, i když relativně (v procentech) může být menší.
Jak tolerance ovlivňuje ohýbání
Při ohýbání plechu se volí matrice a nastavuje tonáž lisu podle nominální tloušťky materiálu – jak jsme popisovali v článku o ohraňování plechů, výchozí volba V-drážky matrice se odvozuje od tloušťky plechu.
Pokud je skutečná tloušťka plechu na horní hranici tolerance, lis musí překonat větší odpor, než předpokládá nastavení vycházející z nominální tloušťky. Naopak u plechu na spodní hranici tolerance může být odpor nižší. To se projeví na:
- potřebné síle (tonáži) – u silnějšího kusu ze stejné série může být potřeba mírně vyšší síla,
- odpružení materiálu (springback) – tloušťka ovlivňuje, jak moc se plech po ohnutí „vrátí“ zpět, takže výsledný úhel může mírně kolísat,
- vnitřním poloměru ohybu – ten se odvozuje od tloušťky, takže odchylka v tloušťce ovlivní i poloměr.
V praxi to znamená, že díly ze stejné výkresové dokumentace, ale z různých tabulí materiálu, mohou mít drobně odlišný výsledný úhel ohybu – i když nástroj i nastavení stroje byly stejné.
Jak tolerance ovlivňuje svařování
Parametry svařování – proud, rychlost, počet průchodů – se nastavují podle tloušťky materiálu. Tolerance tloušťky může ovlivnit nastavení svařovacího procesu i kvalitu výsledného spoje.
- Plech na spodní hranici tolerance je tenčí, než předpokládá nastavení svařovacího procesu pro nominální tloušťku. Hrozí vyšší riziko propálení materiálu.
- Plech na horní hranici tolerance je naopak silnější, takže při nastavení podle nominální hodnoty může být svar méně provařený, než je potřeba.
Specifická situace nastává, když se svařují dva plechy téže nominální tloušťky, ale jejich skutečná tloušťka se v rámci tolerance liší (například jeden je na horní a druhý na spodní hranici). V takovém případě může vznikat nerovnoměrný spoj a je potřeba upravit techniku svařování – například jiný úhel nebo rozložení tepla mezi díly.
Kdy tolerance způsobí problém při montáži
Tolerance tloušťky materiálu se nejčastěji projeví u konstrukcí, kde na sebe navazuje větší množství dílů nebo kde jsou navržené velmi malé vůle.
- Kumulace tolerancí (tzv. tolerance stack-up): Pokud se na sebe skládá víc plechových dílů a každý má vlastní toleranci tloušťky, jednotlivé odchylky se sčítají. U sestavy z více vrstev může výsledný rozdíl být znatelně větší než tolerance jednoho kusu.
- Lícování s jiným dílem: Pokud plech zapadá do drážky, žlábku nebo proti jinému profilu navrženému na nominální tloušťku, a skutečná tloušťka je na horní hranici tolerance, spoj může být příliš těsný – a naopak.
- Zápustné šrouby a zahloubení: Hloubka zahloubení pro zápustnou hlavu šroubu se obvykle navrhuje podle nominální tloušťky materiálu. Pokud je skutečná tloušťka jiná, hlava šroubu nemusí přesně lícovat s povrchem.
- Pohledové spoje: U dílů, kde se setkávají hrany dvou plechů (například kryty nebo panely), může být drobný rozdíl ve skutečné tloušťce vizuálně patrný – zejména u broušených nebo leštěných povrchů.
Co by měl konstruktér zohlednit už při návrhu
- Nepočítejte jen s nominální tloušťkou u kritických rozměrů. Pokud rozhoduje o funkci dílu přesné lícování, drážka nebo zapadnutí do jiného prvku, zahrňte do výpočtu i toleranci tloušťky materiálu, ne jen jeho nominální hodnotu.
- U sestav z více vrstev počítejte s kumulací. Pokud na sebe sedá víc plechových dílů, sečtěte tolerance jednotlivých vrstev a posuďte, zda výsledná odchylka neovlivní funkci celé sestavy.
- U ohýbaných dílů nechte rezervu na doladění. Pokud je přesný úhel kritický, počítejte s tím, že se může mírně lišit kus od kusu, a zvažte, zda návrh umožňuje dodatečné seřízení.
- Pro extrémně přesné rozměry zvažte dodatečné opracování. Pokud standardní tolerance materiálu nevyhovuje, lze některé rozměry doladit obráběním nebo broušením po ohnutí či svaření.
- Konzultujte kritické rozměry předem. Pokud víte, že daný rozměr je v sestavě kritický, dejte nám to vědět už při poptávce – ověříme dostupnost materiálu i možnosti výroby, abychom se vyhnuli komplikacím při montáži.
Potřebujete poradit s návrhem dílu?
Tolerance tloušťky plechu se na výkresu často neřeší, ale v sériové výrobě může rozhodovat o tom, jestli díly bez problémů sednou do sestavy. Pokud máte výkres nebo představu dílu a nejste si jistí, jak se tolerance promítne do výroby, ozvěte se nám – rádi to s vámi probereme ještě před zahájením výroby.
FAQ
Co je tolerance tloušťky plechu?
Povolený rozsah odchylky skutečné tloušťky plechu od nominální (deklarované) hodnoty. Materiál v rámci tolerance je standardně vyhovující, není to vada.
Proč mají plechy tolerance, když objednávám konkrétní tloušťku?
Tloušťka vzniká válcováním a i moderní výrobní linky nedokážou udržet absolutně konstantní hodnotu v rámci tabule ani mezi tabulemi. Tolerance definuje, jak velká odchylka je ještě v normě.
Jak tolerance ovlivní výsledný úhel ohybu?
Skutečná tloušťka ovlivňuje potřebnou tonáž, odpružení materiálu i vnitřní poloměr ohybu. Díly ze stejného výkresu, ale z různých tabulí, mohou mít mírně odlišný výsledný úhel.
Může tolerance způsobit problém při svařování dvou plechů?
Ano, hlavně pokud se svařují dva kusy téže nominální tloušťky, ale jejich skutečná tloušťka se v rámci tolerance liší – může vzniknout nerovnoměrný spoj.
Co je „tolerance stack-up“ a proč na něm záleží?
Jde o sčítání tolerancí více dílů poskládaných na sebe. U sestav z více vrstev plechu může výsledná odchylka být výrazně větší než tolerance jednoho kusu.
Jak se tolerance projeví u zápustných šroubů?
Hloubka zahloubení se navrhuje podle nominální tloušťky. Pokud je skutečná tloušťka jiná, hlava šroubu nemusí přesně lícovat s povrchem materiálu.
Jak se vyhnout problémům s tolerancí už při návrhu?
Zahrnout toleranci do výpočtu kritických rozměrů, počítat s kumulací u vícevrstvých sestav a u kritických dílů konzultovat návrh s výrobcem předem.
Můžete zajistit plech s užší tolerancí?
U standardních zakázek vycházíme z běžných tolerancí podle norem. Pokud potřebujete přesnější materiál nebo dodatečné opracování kritických rozměrů, řešíme to individuálně – napište nám, co potřebujete.
autor:
Jan Matějka
Spolumajitel a jednatel společností AKROS
Jan je absolventem procesního inženýrství na ČVUT v Praze. Svou profesní dráhu ve společnosti AKROS spojil s jejím rozvojem již v roce 2009. Za dalších 9 let, v roce 2018, vstoupil odkoupením podílu firmy do vlastnické struktury.
Dnes jako jednatel kombinuje své technické vzdělání s dlouholetou praxí v oboru. Věnuje se aktivnímu řízení chodu společností a dohlíží na to, aby AKROS zůstal synonymem pro kvalitu a odbornost, na které si zakládá už od svého nástupu.