Het 3-2-1-principe – de basis voor opspanmiddelen ontwerpen
Een vrij lichaam heeft zes vrijheidsgraden: drie verschuivingen en drie rotaties. Het 3-2-1-principe legt ze vast met zes steunpunten. Drie punten in het primaire vlak leggen drie vrijheidsgraden vast, twee punten in het secundaire vlak nog twee en een laatste punt de zesde. Meer vaste steunen dan dat maakt het opspanmiddel overbepaald. Dan bepalen de maatafwijkingen van het werkstuk de positie, in plaats van de mal.
De steunpunten komen op de vlakken die op de tekening van het werkstuk als referentie dienen, en zo ver mogelijk uit elkaar. De spankracht moet het werkstuk tegen de steunen drukken, nooit ervan af. Ze moet aangrijpen waar het werkstuk stijf genoeg is om niet te vervormen. Twee centreerpennen in gaten lossen we op met een cilindrische en een afgeplatte pen, zodat het werkstuk niet klemt.
In de praktijk worden de punten vaak vervangen door kleine steunvlakken of geharde steunbouten, zodat het werkstuk niet in de mal wordt gedrukt. Voor gegoten of gelaste werkstukken met ongelijke vlakken gebruiken we verstelbare steunen in het primaire vlak. Belangrijk is dat het principe wordt gevolgd: elke vrijheidsgraad wordt één keer vastgelegd, en maar één keer.
Boormallen en boorbussen
Een boormal geleidt de boor naar de juiste plek zonder dat de operator hoeft af te tekenen en te centerpunten. We tekenen de mal met genormaliseerde boorbussen volgens DIN 179 (zonder kraag) of DIN 172 (met kraag), die in een gat met tolerantie H7 worden geperst. Het gat van de bus heeft tolerantie F7 en geeft de boor de juiste speling. Als richtwaarde is de buslengte minstens een tot twee keer de boordiameter, om de boor veilig te geleiden.
De afstand tussen de onderkant van de bus en het werkstuk bepaalt hoe de spanen afgevoerd worden. Voor staal is de richtwaarde ongeveer 0,5–1 keer de boordiameter. Een kortere afstand geleidt beter, maar geeft kans op spaanophoping. Voor langere series gebruiken we wisselbussen, zodat een versleten bus kan worden vervangen zonder de hele mal af te schrijven.
De mal moet ook onmogelijk verkeerd te gebruiken zijn. Een asymmetrische aanslag of een extra pen die maar op één manier past, de zogenoemde poka-yoke, voorkomt dat het werkstuk gespiegeld wordt geboord. Het intekenen kost bijna niets, maar bespaart veel afgekeurde stukken.
Las-, lijm- en montagemallen
Een lasmal moet de delen op hun plek houden ondanks warmte en krimp. We plaatsen de steunen zo dat de lasnaad bereikbaar is en laten ruimte voor krimp, soms met een voorvervorming die uit proeflassen blijkt. Snelspanners plaatsen we zo dat de operator ze zonder omgrijpen bereikt. Steunen dicht bij de naad maken we van koper of beschermen we tegen lasspatten, zodat ze niet vastbranden of verslijten.
Lijmmallen en montagemallen hebben zelden dezelfde stijfheid nodig. Ze moeten de delen wel exact positioneren en goed te reinigen zijn. Hier werken geprinte mallen erg goed. Een typische oplossing is een grondplaat met een uitsparing die de contour van het werkstuk volgt, met 0,2–0,3 mm speling per zijde, en pennen die de positie vastleggen. De montagevolgorde kan direct in de mal worden gegraveerd.
Ergonomie bepaalt zowel tempo als kwaliteit. De mal staat op de juiste werkhoogte, zware delen worden ingeschoven in plaats van getild, en spanners zitten zo dat de operator niet hoeft te reiken. Een mal die prettig werkt, wordt ook op de juiste manier gebruikt.
Controlemallen en go/no-go-kalibers
Een controlemal vergelijkt het werkstuk in een paar seconden met de tekening. Het werkstuk ligt op dezelfde referenties als bij de bewerking, en meetvlakken of pennen tonen of de kritische maten binnen tolerantie liggen. Go/no-go-kalibers voor gaten tekenen we volgens de tolerantiegrenzen van ISO 286. De gaatkant komt op de kleinste toelaatbare maat, de niet-gaatkant op de grootste.
Om betrouwbaar te zijn moet de controlemal zelf veel nauwkeuriger zijn dan het werkstuk. Een vuistregel is dat de meetonzekerheid hoogstens een tiende van de tolerantie mag zijn. Dat bepaalt of de mal kan worden geprint of moet worden gefreesd en gekalibreerd. Hoe toleranties op tekening worden vermeld, leest u bij technische tekeningen volgens ISO.
Controlemallen voor kunststof en plaatwerk werken vaak als een negatieve vorm van het werkstuk, waarbij afwijkingen zichtbaar worden als spleten langs de randen van de mal. De spleet wordt gecontroleerd met een voelermaat, wat de controle snel en voor elke operator gelijk maakt.
Geprint of gefreesd opspanmiddel?
Geprinte mallen in PETG, PA of koolstofvezelversterkt PA zijn in een of twee dagen klaar. Ze passen bij korte series, assemblage en controle met toleranties van enkele tienden. Slijtvlakken worden versterkt met ingeperste bussen, draadinserts en verwisselbare inzetstukken. Meer over de mogelijkheden leest u bij ontwerpen voor 3D-printen.
Waar de mal snijkrachten of warmte opneemt, of honderdsten nauwkeurig moet zijn, tekenen we hem voor frezen in aluminium of staal met geharde pennen en bussen. U krijgt dan een tekening met toleranties en een stuklijst met standaardcomponenten, opgezet zoals onze technische tekeningen. Elke mal wordt gemarkeerd met artikelnummer en revisie, zodat altijd de juiste versie wordt gebruikt.
Een voordeel van geprinte mallen is dat ze goedkoop te vervangen zijn. Verandert het werkstuk, dan printen we dezelfde week een nieuwe versie en kan de oude worden bewaard voor oudere varianten. Zo zijn ook meerdere identieke mallen op verschillende werkplekken mogelijk.
Richtwaarden voor opspanmiddelen en mallen
| Detail | Richtwaarde of norm |
|---|---|
| Positionering | 3-2-1: drie + twee + één steunpunt leggen zes vrijheidsgraden vast |
| Centreerpennen in twee gaten | een cilindrische pen + een afgeplatte (ruit)pen |
| Boorbus zonder kraag | DIN 179 / ISO 4247 – gat F7, buitenkant n6 |
| Boorbus met kraag | DIN 172 – voor grotere axiale krachten |
| Gat voor de bus in de mal | H7 |
| Afstand bus – werkstuk | ca. 0,5–1 × de boordiameter (staal) |
| Speling in een geprinte contour | ca. 0,2–0,3 mm per zijde |
| Meetonzekerheid van het kaliber | hoogstens ca. 1/10 van de tolerantie |
| Vaak losgedraaide schroeven in kunststof | messing draadinserts |
Richtwaarden. De uiteindelijke keuzes hangen af van het materiaal van het werkstuk, de seriegrootte en de nauwkeurigheidseisen.
Dit hebben we van u nodig
- CAD-model van het werkstuk in STEP of een tekening met toleranties
- Welke maten en vlakken kritisch zijn en welke referenties de tekening gebruikt
- De bewerking: boren, lassen, lijmen, monteren of controleren
- Machine of werkplek: spantafel, bankschroef, T-groeven of robot
- Seriegrootte en aantal cycli per dag
- Hoe het werkstuk wordt ingelegd en uitgenomen – en door wie
- Standaardcomponenten die u al gebruikt, bijvoorbeeld snelspanners en pennen
Voorbeeldopdrachten
- Boormal voor een gatenpatroon in kokerprofiel
- Lasmal voor console of frame
- Lijmmal voor het plaatsen van magneten
- Montagemal voor print en behuizing
- Controlemal met go/no-go-pennen
- Zachte bekken voor een bankschroef
- Mal voor graveren en lasermarkeren
- Houder voor een robotgrijper
- Buigmal voor buis en platstaal
- Boorsjabloon voor gatenpatroon in wand of kast
Dit bepaalt prijs en levertijd
- Aantal varianten dat de mal moet aankunnen
- Tolerantie-eisen en of de mal wordt gefreesd of geprint
- Aantal span- en steunpunten
- Behoefte aan verwisselbare slijtdelen en bussen
- Of het CAD-model van het werkstuk bestaat of moet worden gemaakt
- Documentatie: tekeningen, stuklijst en werkinstructie
Wat u krijgt
- Mal als samenstelling met het werkstuk
- Botsingscontrole met gereedschap, boor en lastoorts
- Stuklijst met standaardcomponenten en artikelnummers
- Tekeningen voor frezen of bestanden voor 3D-printen
- Geprinte mal klaar voor gebruik (optie)
- Markering met artikelnummer en revisie
Veelgestelde vragen
Wat is het verschil tussen een opspanmiddel en een mal?
Een opspanmiddel houdt het werkstuk op zijn plaats tijdens bewerking of montage. Een mal geleidt daarnaast vaak het gereedschap, zoals een boormal met bussen. In de praktijk worden de woorden vaak door elkaar gebruikt.
Houdt een 3D-geprinte mal het uit in productie?
Voor montage, lijmen en controle vaak duizenden cycli. Slijtvlakken worden versterkt met metalen bussen en verwisselbare inzetstukken. Mallen die snijkrachten of warmte opnemen, tekenen we liever voor frezen.
Wat is het 3-2-1-principe?
Het is een manier om de zes vrijheidsgraden van het werkstuk vast te leggen met precies zes steunpunten. Drie liggen in een vlak, twee in een tweede en één in een derde. Dat geeft elke keer dezelfde positie zonder dat de mal overbepaald wordt.
Hebt u het CAD-bestand van het werkstuk nodig?
Een STEP-bestand is de snelste route. We kunnen ook uitgaan van een tekening, een monster of maten en eerst een model van het werkstuk maken.
Kan één mal meerdere varianten aan?
Ja. Met verwisselbare inzetstukken, verschuifbare aanslagen of geïndexeerde steunen kan dezelfde basis voor meerdere maten dienen. Dat scheelt mallen op de plank.
Hoe nauwkeurig kan een geprinte mal worden?
Met een gekalibreerde print en nabewerking van kritische gaten ligt de nauwkeurigheid doorgaans rond ±0,1–0,2 mm. Is meer nodig, dan persen we bussen in geruimde gaten of tekenen we de mal voor frezen.