Дизайн за производствена осъществимост ( DFM ) е дисциплината за проектиране на части и сглобявания така, че те да са лесни, надеждни и икономически изгодни за производство. Когато екипи прилагат Дизайн за производствена осъществимост в ранен етап, те намаляват инженерните корекции, скъсяват времето за излизане на пазара и контролират единичните разходи. Добрият Дизайн за производствена осъществимост балансира функционалните изисквания с реалистични производствени ограничения, възможностите на доставчиците и реалността на последващата сглобка. Тази статия представя основните принципи, практически проверени списъци и измерими параметри, които можете незабавно да използвате, за да направите вашите дизайни приятелски към производството.
Проектиране за производство е стратегия за избягване на разходи: установяването на проблеми с производимостта по време на етапите концепция или ранен детайл на проектирането предотвратява скъпи промени в технологичната оснастка, закъснели преговори с доставчици и неуспех в качеството по време на производството. Прилагането на проектиране за производимост помага да изберете правилния процес (штамповане, формоване, обработка, адитивно производство и др.), да зададете постижими допуски и да изберете материали, които отговарят едновременно на изискванията за представяне и реалността на веригата на доставки.
Най-ефективната работа по проектиране за производимост се случва преди първият твърд модел да бъде фиксиран. Ранни прегледи от производството идентифицират конструктивни елементи, които са скъпи или рискови за производство – подрязвания, дълбоки джобове, трудно фиксируеми елементи – и дават възможност на проектиращите да ги заменят с издръжливи алтернативи. Редовни етапи за проверка по време на концепцията, прототипа и предпроизводството ограничават изненадите и ускоряват старта.
Сложният дизайн и голям брой детайли увеличават разходите и вероятността от дефекти. Дизайнът за производимост поддържа консолидация – по-малко части, по-малко винтове и по-малко съединения – така че събираемите детайли изискват по-малко работа и по-малко стъпки за инспекция. Прилагайте впръскани вложки, защелки или многофункционални компоненти, когато те намаляват стъпките за сглобяване, без да накърняват лесната поддръжка.
Дизайнът за производимост предпочита готови компоненти, стандартни размери на винтове и модули, които могат да се произведат и тестват независимо. Стандартизирането намалява сложността при набавянето и скъсява времето за изпълнение, докато модулният дизайн поддържа паралелно производство, по-лесни ъпгрейди и локализирани стратегии за ремонт.
Изборът на материал определя възможностите за производство. Метал, избран за якост, може да се обработва зле; полимер, избран за визия, може непредсказуемо да се свива при формоване. Проектирането за производственост изисква съпоставяне на свойствата на материала (термични, химични, размерна стабилност) към подходящи процеси и възможностите на доставчиците. Ранната намеса на доставчици уточнява сроковете за доставка и обичайните нива на отпадък за избраните материали.
Всеки производствен процес притежава типични възможности: ограничения в точността, минимални размери на детайли и криви на цена на отделна част, които се променят с обема. Проектирането за производственост оценява възможностите на процеса спрямо прогнозирания годишен обем – CNC обработка често е подходяща за малки обеми; формоване чрез инжектиране и штамповка стават икономически изгодни при по-големи обеми, въпреки разходите за инструментариум. Разбирането на времето за цикъл, амортизирането на инструментите и цената на всяка отделна част е от решаващо значение при избора на оптималния метод.
Допуските са един от най-бързите начини за увеличаване на разходите. Дизайнът за производимост препоръчва консервативно допусково проектиране за некритични елементи и по-строги допуски само където функцията го изисква. Използвайте геометрични размери и допуски (GD&T), за да изразите функционални взаимоотношения, вместо да преувеличавате отделните размери. Типични CNC работилници постигат ±0.05–±0.13 мм за много елементи; по-строги допуски изискват специализирани процеси и струват повече.
Задаването на фин завършек на повърхността или козметичен полимент добавя цикли и цена. Дизайнът за производимост изисква да се определи дали високото Ra е необходимо за функционалност или само за визия. Ако е нужна козметика, помислете за локална обработка или проектирайте елементи, които прикриват несъвършени повърхности, за да се намалят разходите за обработка на цялата част.
Проектирането за производственост подпомага проекти, които намаляват трудозатратите при сглобяването: вградени крепежни елементи, защъкваеми връзки, конусовидни или асиметрични компоненти, които пасват само по един начин, и допуски, които улесняват бързото позициониране. Намаляването на различните размери на крепежни елементи също ускорява сглобяването и опростява управлението на инструментите.
Точки за достъп при тестване, стандартизирани тестови приспособления и конструктивни особености, които позволяват автоматизиран контрол (визия, въртящ момент, електрическо измерване) трябва да се въведат още в началния етап. Проектирането за производственост включва стратегия за инспекция в самия дизайн, така че контролно-пропусквателните пунктове да са ефективни и ненатрапчиви.
Проектирането за производственост използва ранни модели за разходи – разходи за материали, време за цикъл, амортизиране на инструментите и очакван брак, за да сравнява алтернативи. Малко по-скъп суров материал може да намали стъпките на обработка и да понижи общите разходи. Използвайте прости оценки на разходи за всяка част, за да решите дали по-високите първоначални инвестиции в инструменти са оправдани от по-ниски разходи за единица при мащабно производство.
Включвайте доставчиците като партньори. Обратната връзка им относно инструменти, време за доставка на сурови материали и ограничения при производственост често разкрива по-прости и с по-нисък риск опции. Проектирането за производственост означава да се балансира идеалната конструкция с реалността на веригата на доставки – наличност, минимални количества за поръчка и географски фактори.
Съвременните работни процеси при проектирането за производственост включват DFx инструменти, които автоматично анализират CAD модели за чести грешки: минимална дебелина на стените, ъгли на изкормване, разстояния от дупка до ръб и индикатори за производственост при лене или ламарина. Интегрирането на тези проверки в CAD спестява преработки и последователно прилагане на стандарти.
3D печат, меки щифтове и машинна обработка в малки серии са незаменими за валидиране на проектирането за производственост. Прототипите разкриват проблеми с манипулирането, събирането, съществуващите интерференции и ергономиката, които са скъпи за откриване след като са направени инструментите. Използвайте прототипи с ниска цена, за да валидирате сглобяването, ергономиката и основните размери, преди да се фиксират изборите на инструменти.
В регулираните индустрии, проектирането за производимост трябва да отчита стерилизацията, проследимостта и валидираните процеси. Изборът на материали трябва да е биосъвместим и подходящ за производство в контролирани среди. Проектирането за производимост в този контекст включва и документационни практики, които поддържат валидацията и проследимостта при одит.
Високите обеми предпочитат штамповка, формоване и автоматизирана сглобка. Проектирането за производимост в тези сектори се фокусира върху издръжливостта на инструментите, оптимизацията на цикъла и анализа на умора и издръжливост. Често срещани приоритети са стандартни компоненти, оптимален добив от руло или смола и лесна поддръжка.
Добавянето на производство осигурява сложни геометрии, но също така съществуват собствени правила за технологичност: минимални размери на елементите, отстраняване на поддържащи структури, анизотропия и въпроси, свързани със завършващата обработка на повърхността. Проектирането за технологичност изисква оценка дали адитивният метод е правилният избор за представяне или прототипиране, както и как ще повлияе постобработката върху разходите.
Комбинирането на адитивни и субтрактивни процеси или впръскване на формовани детайли с обработени повърхности може да осигури оптимални компоненти, но проектирането за технологичност трябва да отчете съпоставими допуски между процесите и влиянието на термични обработки или последващи машинни стъпки върху окончателните размери.
Програма за проектиране за производственост, която може да се повтаря, задава формални точки на проверка: преглед на концепцията, преглед на DFM, одобрение на прототипа и одит преди производството. Тези точки на проверка включват представители на дизайн, производство, качество, набавка и доставчици, с ясни списъци за проверка и критерии за контрол, за да се предотвратят закъснели промени.
Измервайте ефекта от проектирането за производственост чрез ключови показатели като доброкачествен изход (first-pass yield), средна цена на компонент, време за прототип и минути за монтаж. Използвайте производствени данни, за да уточнявате правилата за проектиране и да намалявате повтарящите се причини за неуспех; непрекъснатото подобрение прави проектирането за производственост жив процес, вместо еднократно обсъждане.
Проектантите често по подразбиране използват тесни допуски и сложни детайли „просто за да са сигурни“. Дизайнът за производимост (DFM) противодейства на това, като изисква функционално обосноваване на всеки тесен допуск и като насърчава използването на прототипи, които демонстрират дали такава прецизност наистина е необходима.
Забавянето на ангажирането на доставчици или на решенията относно инструментите увеличава броя на късните промени и разходите. Дизайнът за производимост предписва ранно включване на доставчиците и използване на прототипни инструменти, за да се избегне скъпоструйна преустройка и закъснения в графиката.
По-долу е дадена практическа таблица с параметри с представителни стойности, типични за индустрията, които можете да използвате при ранните решения, свързани с дизайна за производимост. Това са насоки – не договори, – които трябва да се потвърдят с избрания производител, преди окончателното оформяне на чертежите.
| Параметър | Типичен диапазон / пример | Практически бележки |
|---|---|---|
| Типичен CNC допуск (стандартни работни места) | ±0.05 mm – ±0.13 mm | Много сервизи за прототипи посочват ±0,005 инча (~0,13 мм) като стандартно практически допуснато отклонение. |
| Високоточни CNC допуски | ±0,01 мм – ±0,005 мм | Изисква прецизно оборудване и често вторично шлифоване или развертане. |
| ISO 2768 – класове за общ допуск | Примери: Точни/Средни/Груби | Използвайте ISO 2768 за насоки относно общото допуснато отклонение за некритични размери. |
| Често срещана шероховатост на обработената повърхност Ra | 3,2 μm, 1,6 μm, 0,8 μm, 0,4 μm | По-фините повърхности увеличават цената; изберете минималната приемлива повърхност. |
| Време на цикъл при лене под налягане (типично) | 2 s – 120 s на детайл | Битови детайли често в 2–30 s; големи/сложни детайли изискват по-дълго охлаждане. |
| Препоръчителен ъгъл на извличане за формоване | 0.5° – 2° на страна | По-голям ъгъл на извличане улеснява изхвърлянето; текстурираните повърхности може да изискват по-голям ъгъл. |
| Минимална дебелина на стената (лене под налягане) | 0.8 mm – 3.0 mm (зависи от материала) | По-тънката стена намалява теглото, но може да предизвиква вдлъбвания, деформации или непълно запълване. |
| Минимален радиус на огъване на ламарина | 1× – 2× дебелина на материала | Варира според сплавта и термичната обработка; проверете възможностите на доставчика. |
| Стандартни размери на крепежни елементи за DFM | M2, M3, M4, M5 – често използвани | Използването на обичайни размери опростява монтажа и управлението на запасите. |
(Показаните стойности са ориентировъчни и са взети от типични индустриални практики. Винаги потвърждавайте точните възможности и разходи с избрания доставчик или производствен партньор.)
Прегледайте минимална дебелина на стените, еднаква дебелина на сечението, радиуси на ъглите, съответстващи на размерите на резците, достъпност на елементи за обработка и инспекция, както и елиминирането на ненужни подрязвания.
Проверете ориентацията на частта, еднаквостта на здравните елементи, достъпа до винтове и конектори и възможността за извършване на тестове на линия без демонтаж.
Включете производството и снабдяването на ранен етап от цикъла на проектиране. Ранната консултация с доставчици и участието на производството при прегледите на дизайна решават много проблеми, преди те да станат скъпи. Тази проста организационна промяна води до значително намаляване на извършваните в края промени и на разходите за технологични средства.
Използвайте реалистични производствени допуски за некритични елементи – обикновено ±0,05 mm до ±0,13 mm за много CNC операции – и задавайте по-стегнати допуски само където функцията го изисква. Прилагането на GD&T за определяне на функционални взаимоотношения често намалява общите разходи за допуски.
Пресформоването е привлекателно, когато годишният обем оправдава амортизирането на инструментите – обикновено хиляди до десетки хиляди части годишно, в зависимост от сложността на детайла и цената на инструментите. При вземането на решението обърнете внимание на времето за цикъл, очаквания брак и необходимостта от вторично финално обработване.
Да. Проектирането за производственост подтиква към по-ефективна употреба на материали, намалено преработване и по-прости сглобки – всички които намаляват отпадъците. То също помага на дизайнерите да изберат рециклируеми или с по-ниско въздействие материали, които остават съвместими с производствените процеси.
Права на автора © 2024 от Xiamen Tongchengjianhui Industry & Trade Co., Ltd. - Privacy policy