Egy termék digitális 3D-s modellről fizikai komponensre való átállása jelentős mérföldkő a mérnökök, a feltalálók és a beszerzési menedzserek számára egyaránt. Azonban egy újonnan legyártott CAD-terv első alkalommal történő feltöltése a gyártóhoz gyakran megrázó matricaütést okozhat. Mivel a számítógépes numerikus vezérlésű (CNC) megmunkálás rendkívül precíz, nagy fizikailag kivonható gyártási folyamat, minden vágás, sarok és anyagválasztás közvetlenül befolyásolja a végszámlát.
Sok kezdő kezdeti ösztöne az, hogy azt feltételezi, hogy a magas költségek egyszerűen elkerülhetetlen akadályt jelentenek a jó minőségű{0}}termeléshez való belépéshez. A valóságban a gyártási költségeket erősen a tervezőasztalnál hozott döntések határozzák meg, jóval azelőtt, hogy egy gép életre kelt volna. A tervezés stratégiai optimalizálásával és a kereskedelmi CNC megmunkáló szolgáltatással való hatékony együttműködéssel teljes mértékben lehetséges a gyártási költségek 30-50%-os csökkentése anélkül, hogy az alkatrész alapvető funkcióit megváltoztatná. Ez az átfogó útmutató részletezi a leghatékonyabb, megvalósítható stratégiákat az induló CNC megmunkálási rendelés költségeinek minimalizálására.
Gyártástervezés (DFM): Geometriák optimalizálása
A CNC megmunkálási költségek legnagyobb tényezője a geometriai összetettség. Az alkatrész minden jellemzője fizikai vágószerszámot igényel a szilárd anyagon való áthaladáshoz. Ha egy funkció nehezen érhető el egy eszköz számára, vagy ha nem-szokásos eszközökre van szükség, akkor az ára megemelkedik. A tervezés a gyártáshoz (DFM) az alkatrészek olyan tervezésének gyakorlata, amely a lehető legegyszerűbben-és olcsóbban- gyártható.
1. A belső sugár szabálya
A kezdők egyik leggyakoribb hibája, hogy tökéletesen négyzet alakú belső zsebekkel vagy 90 fokos függőleges sarkokkal rendelkező alkatrészeket terveznek. Mivel a CNC marószerszámok kerek forgóhengerek (mint a fúrószárak), vágás közben természetesen lekerekített sarkot hagynak maguk után, amit filéznek neveznek. Egy éles, 90 fokos belső sarok megmunkálásához a gyártónak speciális, lassú és költséges másodlagos műveleteket kell alkalmaznia, mint például az elektromos kisüléses megmunkálás (EDM) vagy a lyukasztás.
A költségek minimalizálása érdekében mindig nagy sugarú belső sarkokat tervezzen. Még jobb, ha a belső sarok sugarát valamivel nagyobbra kell állítani, mint a vágószerszám sugarát, amelyet a géptől várni fog. Ha egy szerszám sugara 3 milliméter, a sarok sugarának 3,5 milliméteresre állításával a szerszám lélegzetvételi lehetőséget biztosít a sarokban való navigáláshoz anélkül, hogy megkötözné, lassítana vagy rázkódna, ami lerövidíti a ciklusidőket.
2. Kerülje a mély zsebeket és a vékony falakat
A mély, keskeny zsebek elegánsnak tűnnek a CAD-szoftverben, de rémálom a műhelyben. Ahhoz, hogy mélyen vágjon egy anyagtömbbe, a gépnek hosszú, karcsú vágószerszámokat kell használnia. Ezek a hosszú szerszámok nagyon érzékenyek az elhajlásra, vibrációra és katasztrofális törésre. Ennek megelőzése érdekében a gépkezelőknek jelentősen le kell lassítaniuk az előtolási sebességüket, ami növeli a gép futási idejét, és ennek következtében a munkaerőköltségeket. Általános szabály, hogy bármely belső zseb mélységét a szélessége négyszeresére korlátozza.
Hasonlóképpen kerülje a papírvékony falakat-. Fémek, például alumínium megmunkálásakor a 0,8 milliméternél vékonyabb falak (a műanyagok esetében az 1,5 milliméternél vékonyabb) falak szerkezeti merevsége hiányzik. A vágószerszám által kifejtett fizikai erők a vékony falakat meghajlítják, meghajlítják és rázkódást okoznak, ami tönkreteszi a méretpontosságot és a felületi minőséget. A falak robusztusságának biztosítása gyorsítja a feldolgozási sebességet és csökkenti a selejt arányát.
3. Megfontoltan alkalmazza a szűk tűréseket
A tűrések határozzák meg, hogy egy alkatrész mekkora eltérést mutathat a névleges CAD-méreteitől. Egy szabványos CNC gép könnyedén megtartja a plusz-mínusz 0,125 milliméteres alapértelmezett tűréshatárt minden extra erőfeszítés nélkül. A tervezők azonban gyakran tévedésből túlzott -szigorú tűréseket-, például plusz-mínusz 0,005 millimétert- alkalmaznak tervük minden egyes méretére.
A szűk tűrések speciális, rendkívül precíz szerszámozást, lassabb vágási sebességet, minőségellenőrző technikusok által végzett állandó kézi mérést és szigorú klímaszabályozást igényelnek a létesítményen belül. Szigorúan alkalmazza ezeket a szűk tűréseket azokra a funkcionális jellemzőkre, ahol az alkatrész kölcsönhatásba lép egy másik alkatrészrel, például a csapágyülésekkel vagy a beállítócsapok megnyomásával{2}}. A kozmetikai külső felületek vagy az egyszerű hézaglyukak esetében használjon szabványos kereskedelmi tűréseket, hogy elkerülje a meredek precíziós felárat.
Stratégiai anyagválasztás és készletméretek
A választott anyag két különböző módon befolyásolja az eredményt: magának az anyagnak a nyers költségét és a "megmunkálhatósági minősítését". A megmunkálhatóság azt jelenti, hogy a vágószerszám milyen könnyen tud átvágni egy anyagot.
1. Egyensúlyozza a nyersköltséget a megmunkálhatósággal
A nagy teljesítményű{0}}ötvözetek, mint a titán vagy az Inconel, elengedhetetlenek az űrhajózási és orvosi alkalmazásokhoz, de egyszerű konzolként vagy dekoratív burkolatként való felhasználásuk költséges hiba. A titán alapanyagként való beszerzése nemcsak költséges, hanem rendkívüli keménysége és alacsony hővezető képessége is gyorsan tönkreteszi a vágószerszámokat, és lassú gépmozgásokat tesz szükségessé.
Az alkalmazások túlnyomó többségében az Aluminium 6061 a végső költségtakarékos-megoldás. Feltűnően olcsó, könnyű, kiváló korrózióállósággal büszkélkedhet, és úgy vágható, mint a vaj. Mivel az alumínium hihetetlenül nagy sebességgel megmunkálható, a gép futási ideje minimális. Ha az alkalmazásához acélra van szükség, azonnali megtakarítást érhet el, ha az alacsony szén-dioxid-kibocsátású acél 1018 vagy a Stainless Steel 303 ötvözetet választja a nehezebb szerszámacélok helyett. A nem -szerkezeti burkolatok vagy prototípusok esetében a fémekről az olyan stabil műszaki műanyagokra való átállás, mint a POM (Delrin) vagy az ABS, még tovább csökkentheti az anyagköltségeket.
2. Szabványos készletméretek körüli tervezés
A nyersanyagokat szabványos, tömeggyártású{0}}lemezvastagságban, rúdátmérőben és blokkméretben szállítják a gépgyárakba. Ha a kész alkatrész vastagsága 26 milliméter, a gépműhelynek vásárolnia kell egy 30- milliméter vastag szabványos lemezt, és értékes gépidőt kell töltenie 4 milliméter tökéletesen jó fém lemarásával, hogy a nyers blokkot a méretre csökkentse.
A terv véglegesítése előtt tekintse át a szabványos ipari alapanyag-méreteket. Az alkatrészvastagság enyhe módosítása, hogy tökéletesen megfeleljen a szabványos, polc{1}}polclemez méretének (például 25 milliméter vagy 1 hüvelyk), szükségtelenné teszi a homlokmarási műveleteket, csökkentve a nyersanyag-pazarlást és a gép munkaóráit.
A gépbeállítások és a szerelvények összetettségének minimalizálása
Amikor egy CNC gép befejezi az alkatrész egyik oldalának vágását, a gépnek meg kell állnia, az ajtóknak ki kell nyílniuk, és a technikusnak kézzel kell kioldania az alkatrészt, meg kell fordítania, és újra kell igazítania a maradék felületek vágásához. Minden alkalommal, amikor egy alkatrészt áthelyeznek, az új "beállításnak" minősül.
1. Többféle beállítás magas ára
A beállítások a megfizethető CNC megmunkálás rejtett ellenségei. Egyetlen alkatrész, amely öt különböző tájolást igényel az összes lyuk és zseb megmunkálásához, öt különálló fizikai beállítást igényel. Ez azt jelenti, hogy a gépkezelőnek minden szöghez egyedi rögzítőelemeket vagy pofákat kell készítenie, és öt alkalommal újra-kalibrálnia kell a gép nulla koordinátáit. A beállításhoz szükséges munkaerő gyakran eltörpül a kis mennyiségű rendelések tényleges vágási idejéhez képest.
A költségek alacsonyan tartása érdekében tervezze meg alkatrészeit olyan jellemzőkkel, amelyek a lehető legkevesebb irányba néznek. Ideális esetben próbálja meg az összes zsebet, lyukat és nyílást úgy elhelyezni, hogy mindegyik egyetlen irányból (egyetlen beállítás) vagy legfeljebb két egymással szemben lévő oldalról elérhető legyen. Ha egy alkatrésznek feltétlenül több oldalra van szüksége, fontolja meg egyetlen rendkívül összetett alkatrész felosztását két egyszerűbb darabra, amelyeket később könnyen össze lehet rögzíteni.
2. Szabványosítsa a menetes furatokat és a belső jellemzőket
Ha a terv öt különböző méretű menetes furatot tartalmaz (pl. M3, M4, M5, M6 és M8), a CNC gépnek minden egyes méretváltozathoz szerszámcserét kell végrehajtania. A gépnek meg kell állítania a vágási útvonalát, vissza kell térnie a szerszámos körhintahoz, ki kell cserélnie a szerszámot, újra-ellenőriznie kell a magasságát, és vissza kell térnie az alkatrészhez.
Az összes belső funkció szabványosításával-, például minden egyes menetes furat egységes M4-es méretűvé tételével-a gép pontosan ugyanazokkal a szerszámokkal képes egymás után fúrni és megfúrni az összes furatot. A szerszámcserék minimalizálása maximalizálja a gép hatékonyságát, és a végső költségen leforgácsolja.
Megrendelés logisztika és szállítói együttműködés
Az alkatrész fizikai kialakítása csak a fele a költségegyenletnek; A beszerzési folyamat, a mennyiségi skálák és a logisztika menedzselése ugyanolyan fontos szerepet játszik a végső kiadásokban.
1. Méretgazdaságossági tőkeáttétel
A CNC megmunkálás elöl{0}}terhelt költségstruktúrával rendelkezik. A G-kód programozása és a fizikai gépi szerelvények beállítása ugyanannyi időt vesz igénybe, akár egy darabot, akár ezer darabot rendel. Ha egy bolt 300 dollárt kér a beállítási munkáért és 10 dollárt az alkatrész tényleges megmunkálásáért, egyetlen prototípus megrendelése elképesztően 310 dolláros egységköltséget eredményez. Ha azonban 50 darabot rendel, akkor a 300 USD-s beállítási díj a teljes tételre kiterjed, így az egységköltség mindössze 16 USD-ra csökken.
Lehetőség szerint kerülje a magányos, elszigetelt prototípusok megrendelését, ha tudja, hogy egy nagyobb gyártási sorozat közeleg. A tesztelési fázisok kombinálása vagy egy kicsit nagyobb kezdeti próbatétel rendelése alapvetően megváltoztathatja a projekt pénzügyi életképességét.
2. Gondolja újra a kozmetikai felületkezeléseket
Hacsak az alkatrészét nem kifejezetten jól látható fogyasztói termékhez vagy durva korrozív környezethez szánják, első rendelésénél kerülje a prémium esztétikus felületek megadását, például egyedi színű eloxálást, magas{0}}fényes polírozást vagy porfestést.
Az alapfelszereltség „mint-megmunkált” kivitel, amelyen kisebb szerszámnyomok láthatók a vágópengékről, tökéletesen működőképes és szerkezetileg szilárd a konzolokhoz, belső mechanizmusokhoz és ipari alkatrészekhez. Ha tisztább megjelenésre van szüksége anélkül, hogy egy vagyont költene, az egyszerű, automatizált szemcseszórás-elrejti a szerszámnyomokat, és egyenletes matt megjelenést biztosít a kézi polírozás vagy vegyi bevonat költségének töredékéért.
3. Vegyen részt a korai beszállítói együttműködésben
A költséghatékony{0}}üzem garantálásának abszolút legjobb módja, ha a gyártót együttműködő partnerként kezeli, nem pedig vak eladóként. Amikor feltölti fájljait egy jó hírű CNC megmunkáló szolgáltatásba, kifejezetten kérjen DFM visszajelzési jelentést az eredeti árajánlat mellé.
Az ipari gépészek sokéves gyakorlati{0}}tapasztalattal rendelkeznek, és olyan finom költségmegtakarítási{{1}lehetőségeket fedeznek fel, amelyek láthatatlanok a számítógép-monitoron. Gyorsan rámutathatnak egy adott zsebre, amely kiszélesíthető, hogy illeszkedjen egy szabványos szerszámhoz, vagy megjegyezzen egy belső menetet, amely lerövidíthető a szerszám törésének megelőzése érdekében. Javaslataik végrehajtása a „megrendelés” gombra kattintás előtt zökkenőmentes, rendkívül gazdaságos gyártási folyamatot biztosít.
Következtetés
Az első CNC megmunkálási rendelés költségeinek csökkentése nem követeli meg, hogy kompromisszumot kössön terméke szerkezeti integritását vagy teljesítményét illetően. Ehelyett az absztrakt tervezésről a gyakorlati gyárthatóság irányába való gondolkodásmód elmozdulását követeli meg. Azáltal, hogy elkerüli a mély zsebeket, maximalizálja a belső sugarakat, ragaszkodik a szabványos készletméretekhez, és minimalizálja, hogy hányszor kell egy alkatrészt átfordítani a gépen belül, közvetlenül leszerelheti a gyártási költségek elsődleges mozgatórugóit.
Ha intelligens beszerzési stratégiával{0}} párosul, mint például a szerszámméretek konszolidálásával, a tételméretek kihasználásával és a gyártási szolgáltatóval való átlátható kommunikációval-, akkor magabiztosan navigálhat az árajánlattételi folyamatban, és költségvetési hatékonyságot ér el. Ezen tervezési és logisztikai elvek elfogadása biztosítja, hogy az automatizált precíziós gyártásba való legelső vállalkozása ne csak műszaki siker, hanem pénzügyi siker is legyen.
