公差表示零件的尺寸的測(cè)量值與其理想值之間的差異程度。創(chuàng)建公差的目的不是為了防止零件尺寸不可避免的變化，而是從制造過程的開始就考慮到它們并盡我們所能控制它們?cè)谝粋€(gè)合理可接受的范圍。這些可接受的偏差范圍（公差）對(duì)于較大的零件以及由多個(gè)組件組裝而成的產(chǎn)品變得尤為重要。如果零件公差超出可接受的范圍，它們可能根本無法滿足裝配要求。因此，合理的尺寸公差可以幫助生產(chǎn)運(yùn)行期間節(jié)省金錢、時(shí)間和資源，同時(shí)確保生產(chǎn)合格的零件。
產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不單單是設(shè)計(jì)出3D結(jié)構(gòu)就完事，同時(shí)需要設(shè)計(jì)零件加工圖（工程圖），工程圖設(shè)計(jì)中，較為重要的是尺寸公差的定義，這有利于加工廠選擇合適的加工方式，同時(shí)提供給質(zhì)檢員檢測(cè)尺寸的依據(jù)。雖然注塑成型工藝非常適合大規(guī)模生產(chǎn)零件，但是不可能生產(chǎn)出尺寸相同的零件；因此，設(shè)計(jì)人員有必要定義了注塑件設(shè)計(jì)尺寸的公差。這些公差是為了確保所有尺寸都符合制造能力以及裝配要求，但是，大多數(shù)時(shí)候，設(shè)計(jì)者往往容易忽略這一點(diǎn)，以至于零件尺寸超差。
本文討論如何以更準(zhǔn)確和實(shí)用的方式分析注塑件的尺寸、公差和范圍，以幫助設(shè)計(jì)人員合理確定注塑件的實(shí)際尺寸公差。
定義：
•公差：由設(shè)計(jì)師根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸給出。
•偏差：是生產(chǎn)的結(jié)果。
•范圍：一批生產(chǎn)零件中尺寸的最小和最大測(cè)量值之間的差異。
注塑件的公差的影響因素有：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、成型原料的類型（收縮率）、模具的設(shè)計(jì)與制造、注塑設(shè)備的穩(wěn)定、注塑工藝條件等。模具的型腔由鋼（硬化鋼）制成，因此模具中沒有尺寸變化。因此，可以通過分析收縮來處理產(chǎn)品尺寸。
以下分析僅限于：
• 僅尺寸收縮（不變形）
• 注射工藝參數(shù)無變化
• 忽略模具磨損以及制造公差
為了便于說明，從一個(gè)簡單示例開始（所有尺寸均以mm為單位）。見圖 1：
圖 1：零件的草圖
尺寸 1 (2.0±0.1），為了在產(chǎn)品上達(dá)到這個(gè)尺寸，在模具生產(chǎn)中加入收縮率。假設(shè)收縮率為2%。型腔尺寸將是 2.0/0.98=2.0408 毫米，意思是：為了滿足公稱尺寸 (2.0)，型腔尺寸將是 2.0408 毫米。在同一零件的另外一個(gè)尺寸2（200.0±0.1），模具尺寸將為：200.0/0.98=204.08 mm，參見圖 2。
圖 2：模具尺寸
模具中型腔的尺寸是固定的，因此將從這些尺寸計(jì)算收縮率。每個(gè)尺寸都可以達(dá)到公差極限，現(xiàn)在可以檢查每個(gè)尺寸的收縮率應(yīng)該是多少才能達(dá)到極限，參見圖 3。
圖 3：達(dá)到公差極限所需的收縮率
收縮至公差極限的分析：
1. 尺寸 1 （2.0±0.1mm）
a. 從模具尺寸收縮到最大值是不可能的，型腔尺寸小于圖紙?jiān)试S的最大尺寸（負(fù)收縮）。
b. 從模具尺寸收縮到最小尺寸也是不可能的，預(yù)計(jì)收縮 2% 的材料不可能收縮 6.9%。
c. 最小和最大公差之間的差異為尺寸的 10%。
d. 這意味著該尺寸幾乎不可能超出公差范圍。
2. 尺寸 2 （200.0±0.1mm ）
a. 從模具尺寸到最大允許尺寸的收縮率為 1.95%。
b. 從模具尺寸到最小允許尺寸的收縮率為 2.05%。
c. 最大和最小公差之間的差異為尺寸的 0.1%。
d. 這意味著要在公差范圍內(nèi)生產(chǎn)這個(gè)尺寸會(huì)困難得多。
e. 當(dāng)平均收縮率不等于 2% 時(shí)，幾乎不可能在公差范圍內(nèi)生產(chǎn)。
由于這兩個(gè)尺寸在同一零件上且方向相同，因此兩者的收縮百分比將彼此相等。因此，假設(shè)在生產(chǎn)過程中保持尺寸 200.0±0.1mm（實(shí)際上很難），即最大生產(chǎn)范圍為尺寸的 0.1%，則尺寸 2.0±0.1mm 的收縮范圍也將為 0.1%（0.002mm），參見圖 4。
圖 4：當(dāng)收縮率相等時(shí)，兩個(gè)尺寸的變化
這個(gè)尺寸范圍 2.0±0.001mm對(duì)于注塑件來說非常小，我們沒有能力在生產(chǎn)中測(cè)量或維護(hù)它。一個(gè)結(jié)論是，圖紙尺寸的公差百分比與生產(chǎn)零件的能力之間存在相關(guān)性。百分比越高，生產(chǎn)越容易，反之亦然。如果管控 200.0±0.1mm 的尺寸，則沒有必要在圖紙上管控和測(cè)量 2.0±0.1mm 的尺寸了，因?yàn)楣芸?了200.0±0.1mm 的尺寸，2.0±0.1mm 的尺寸就很容易能達(dá)到。
反過來，假設(shè)在生產(chǎn)過程中保持尺寸 2.0±0.1mm（實(shí)際上很容易），即最大生產(chǎn)范圍為尺寸的 10%，則尺寸 200.0±0.1mm 的收縮范圍也將為 10%（20mm）。
顯然，這個(gè)尺寸范圍200.0±20mm對(duì)于注塑件沒用啥意義，這個(gè)公差范圍再垃圾的廠都能做到吧，那應(yīng)該取多少合適呢？0.1？0.2？0.3？
尺寸公差的定義，是根據(jù)設(shè)計(jì)者對(duì)產(chǎn)品的要求以及供應(yīng)商的制造能力來定，同時(shí)需要考慮成本。公差定的越小，代表零件要求越精密，供應(yīng)商的制造能力要求越高，成本也會(huì)越高，反之亦然。
上面有提到，圖紙尺寸的公差百分比（公差/尺寸*100%）與生產(chǎn)零件的能力之間存在相關(guān)性。百分比越高，生產(chǎn)越容易，也就是說，尺寸越大，公差就得越大，反之亦然。
那問題來了，到底怎么樣設(shè)計(jì)公差，公差取多少合適？
對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者，他們能夠憑借以往成功的經(jīng)驗(yàn)去設(shè)計(jì)，對(duì)于新人，總不能一個(gè)一個(gè)去問供應(yīng)商吧。別擔(dān)心，我們有國標(biāo)，針對(duì)注塑件，國家標(biāo)準(zhǔn)中有“塑料模塑件尺寸公差 GBT 14486-2008”，標(biāo)準(zhǔn)里面規(guī)定了不同材料、不同精度等級(jí)、不同尺寸范圍的尺寸公差，設(shè)計(jì)者根據(jù)零件要求去選擇就可以了，標(biāo)準(zhǔn)中反映的是行業(yè)中的平均水平，一般的工廠都能達(dá)到。
表1：塑料模塑件尺寸公差
表2：常用材料模塑件尺寸公差等級(jí)的選用
但是，少批量生產(chǎn)跟大批量生產(chǎn)是不一樣的要求，大批量生產(chǎn)追求良品率，這時(shí)候，零件的管控尺寸的Cpk需要滿足一定要求。（Cpk的相關(guān)知識(shí)較多，這里就不詳細(xì)介紹，感興趣的自己到網(wǎng)上查閱吧）
Cpk：是Complex Process Capability Index（制程能力指數(shù)）的縮寫，是現(xiàn)代企業(yè)用于表示制程能力的指標(biāo)。Cpk是一種表示制程水平高低的方法，其實(shí)質(zhì)作用是反映制程合格率的高低，一般情況下Cpk達(dá)到1.33以上才可以進(jìn)行批量生產(chǎn)。
圖：Cpk的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)
圖：Cpk與合格率
Cpk主要目的在管控制程能力，在制程能力一定下，它可以告訴我們圖紙上的公差是否合適，反過來，圖紙公差一定時(shí)，Cpk異常，表明制程能力在變化。比如，一個(gè)+/-0.05mm的公差，但是Cpk只有0.67（不良率4.5%），這樣表示圖紙公差過嚴(yán)或是工廠制造能力不足。
Cpk的計(jì)算需要取樣數(shù)據(jù)至少應(yīng)有20~25組數(shù)據(jù)，方具有一定代表性。顯然，在設(shè)計(jì)圖紙尺寸公差時(shí)，沒辦法取樣，所以，在設(shè)計(jì)公差時(shí)還是需要回過頭來參考國標(biāo)，那么，有沒有一種方法或者工具能夠根據(jù)尺寸以及公差，計(jì)算出Cpk和不良率ppm呢？國內(nèi)的沒找到，以下是一款國外的計(jì)算工具，大家如感興趣可以注冊(cè)試用下，網(wǎng)址：https://www.tolcap.com/
通過這款工具，選定制造工藝和材料，可以通過輸入尺寸以及公差，輸出Cpk和ppm，同時(shí)也可以輸入Cpk，輸出公差和ppm，也可以通過輸入ppm，輸出公差和Cpk。
圖a：輸入尺寸和公差，輸出Cpk和ppm
圖a：輸入尺寸和Cpk，輸出公差和ppm
圖a：輸入尺寸和ppm，輸出公差和Cpk
舉例，比如有一個(gè)注塑件，材料為ABS，某一尺寸為200mm，公差應(yīng)設(shè)計(jì)多少？
a）假設(shè)公差設(shè)計(jì)為±0.1，通過計(jì)算得，Cpk為0.11，ppm為368822，表示圖紙公差過嚴(yán)或是工廠制造能力嚴(yán)重不足兩種情況，針對(duì)這種情況，一般認(rèn)為是公差設(shè)計(jì)過嚴(yán)。
b）為了保證批量生產(chǎn)，把Cpk定為1.33，通過計(jì)算得，公差為±0.301，ppm為33。
c）如果把ppm進(jìn)一步降低為5，通過計(jì)算得，公差為0.325，Cpk為1.47；意思就是不良品ppm要降低，公差需放寬松，同時(shí)制程能力需提高。
綜上所述，如果要保持ppm低于33的不良品數(shù)，公差需設(shè)計(jì)為±0.3和更大。對(duì)應(yīng)國標(biāo)的數(shù)據(jù)，一般精度為±0.43，高精度為0.3，跟以上工具計(jì)算的結(jié)果基本吻合，可以作為參考。
圖：尺寸為200mm時(shí)，對(duì)應(yīng)的公差
總結(jié)：
1、公差的設(shè)計(jì)，除了需要滿足功能、外觀要求等產(chǎn)品本身的質(zhì)量要求外，還應(yīng)該考慮所選擇的供應(yīng)商的制程能力。（供應(yīng)商的水平存在差異，這一家能做，另外一家不一定）
2、公差的設(shè)計(jì)，需兼顧大批量生產(chǎn)的成本，可通過優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來降低零件的設(shè)計(jì)公差，減少制程的成本投入。（公差越嚴(yán)，成本越高，特別對(duì)于大批量生產(chǎn)）
3、公差的設(shè)計(jì)，應(yīng)該保持嚴(yán)謹(jǐn)，關(guān)鍵尺寸應(yīng)設(shè)計(jì)公差，非關(guān)鍵尺寸，可參照國標(biāo)或其他標(biāo)準(zhǔn)的未注公差尺寸的公差要求。（如無必要，避免全尺寸標(biāo)公差，同時(shí)也避免全尺寸無公差）
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