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Die Feinabstimmung des Teiledesigns spart Zeit und Kosten, worauf muss ich achten?

Obwohl das Design des Teils möglicherweise alle korrekten funktionalen Anforderungen erfüllt, bedeutet dies nicht, dass das Design für kosteneffiziente geeignet ist CNC-Bearbeitung. Tatsächlich können einige Teilemerkmale schwierig oder sogar unmöglich wie geplant verarbeitet werden, was sich auf Kosten-, Qualitäts- und Ertragsprobleme auswirkt.

Der Einsatz von Design-for-Manufacturability (DFM)-Praktiken kann einige Haupttreiber für Verarbeitungszeit und Kosten identifizieren:

Toleranz .

 Es ist einfach, zu enge Maßtoleranzen festzulegen, was die Produktionszeit verlängert, die Produktion reduziert und die Kosten erhöht.

Funktionsgröße . 

Sie müssen sicherstellen, dass Ihre Teilemerkmale mit Standardwerkzeugen statt mit benutzerdefinierten Werkzeugen hergestellt werden können.

Oberflächenbehandlung . Die Konstruktion von Teilen mit einer feineren Oberflächenbeschaffenheit als Sie benötigen, führt zu einer kostspieligen und ineffizienten CNC-Fertigung.

Radius, Fase, Querloch und Entgraten . 

Die Art und Weise, wie die Kante des Teils um die Bohrung herum bricht, und andere Merkmale wirken sich auf den kostentreibenden Teileradius, Fasen und Querbohrungen aus. Wichtige Variablen, die im Konstruktionsprozess zu berücksichtigen sind.

Kontur. 

Nur weil ein Teil viele Konturen haben kann, heißt das nicht, dass es das sollte. Vereinfachen Sie Teile, damit sie auf dreiachsigen Maschinen statt auf fünfachsigen Maschinen hergestellt werden können, damit Sie während des Produktionsprozesses Geld zurück in die Tasche stecken können.

Inspektion von. Es lohnt sich, die Teilekonstruktion anzupassen, um den Inspektionsprozess zu erleichtern, wodurch diese Variable zu einem wichtigen, aber subtilen Teil des Konstruktionsprozesses wird.

Maßtoleranz

Wenn es zu eng ist, können Toleranzen die Produktionszeit leicht verlängern, was dazu führt, dass Sie in kostspieligere Verarbeitungsbereiche vordringen und die Leistung reduzieren. Deshalb ist es immer eine gute Idee, sich zu fragen, ob ein Teil aus funktionaler Sicht wirklich die engsten Toleranzen benötigt. Wenn das Teil dies tut, sind wir in der Lage, die anspruchsvollsten Toleranzen zu bewältigen. Aber wenn nicht, dann können gegebenenfalls Toleranzlockerungen die Zerspanbarkeit von Teilen hinsichtlich Zeit und Kosten deutlich verbessern.

Toleranz bezieht sich auf den akzeptablen Betrag der Dimensionsänderung, der es dem Objekt noch ermöglicht, normal zu funktionieren.

Sie können auf die Art der Form des Teils angewendet werden, sei es eine Ebene, eine Gerade oder ein Kreis, und sie können auch auf die Position angewendet werden, sei es Symmetrie oder Konzentrizität. Andere Arten von Toleranzen umfassen Feature-Ausrichtung, Kontur und Rundlauf.

Die Nachteile enger Toleranzen liegen im Zeit- und Kostenaufwand. Beispielsweise erfordert die Lochgröße unter einem bestimmten Größenschwellenwert kundenspezifische oder spezielle Werkzeuge, wodurch die Kosten steigen. Oder die Bearbeitungswerkstatt muss möglicherweise von der maschinellen Bearbeitung auf die elektrische Entladungsbearbeitung (EDM), das Bohren von Vorrichtungen oder das Wasserstrahlschneiden umstellen, um die strengsten Spezifikationen für die Lochgröße zu erreichen, was den Zeitaufwand und die Kosten für qualifizierte Arbeitskräfte erhöht.

Auch wenn die Toleranzen stimmen, stellt der Herstellungsprozess selbst Herausforderungen dar, die zu geringen Ausbeuten und zusätzlichen Kosten führen. Es ist nicht ungewöhnlich, dass bearbeitete Teile in warmen Werkstätten Toleranzen einhalten, aber kältere Temperaturen während der Inspektionen können dazu führen, dass Teile die Toleranzen überschreiten.

Echtes Beispiel

Ein Beispiel für ein Teil mit zu engen Toleranzen ist der Spinnensack, der Teil der Steuerungsbaugruppe der Stabgruppe des Kernkraftwerks ist. Die Baugruppe besteht aus 24 Beinen mit jeweils einem Loch mit einer Maßtoleranz von 0.280 Zoll (plus oder minus einem Tausendstel). Um diese Zahlen ins rechte Licht zu rücken, muss der Spinnenbeutel eine achtmal engere Toleranz als ein menschliches Haar enthalten.

Auch wenn eine Toleranz um ein Zehntel Zoll abweicht, muss das Teil verschrottet werden. Noch anspruchsvoller ist, dass der Spinnensack aus 24 Löchern besteht, was zu einer sehr hohen Ausschussrate und ungleichen Lieferzeiten führt – beides erhöht die Herstellungskosten erheblich.

Bei den Luft- und Raumfahrtkomponenten, die zum Mond geschickt werden, besteht die Aufgabe darin, das Gewicht zu reduzieren, indem Taschen mit einer Toleranz von plus oder minus 5 Millimeter geschnitten werden. Diese Taschen haben keinen anderen funktionalen Zweck, als das Gewicht des Gesamtteils zu reduzieren, was die Frage aufwirft: Warum mehr bezahlen für so enge Toleranzen?

Es ist immer gut zu überlegen, ob die Toleranzen der Teile so eng sein müssen. Wenn sie in der anfänglichen Konstruktionsphase gelöst werden, können viele Offline-Fertigungsprobleme im Zusammenhang mit Toleranzen leicht vermieden werden. In vielen Fällen erweist sich das Reengineering eines Teils, nachdem es in die Werkstatt gelangt ist, als kostspieliges Unterfangen.

Die Feinabstimmung des Teiledesigns spart Zeit und Kosten, worauf muss ich achten?

Vermeiden Sie benutzerdefinierte Schneidwerkzeuge

Das Anpassen von Toleranzen ist nur eine von vielen Möglichkeiten zur Feinabstimmung des Teiledesigns für eine effiziente Bearbeitung. Ein damit verbundenes Herstellbarkeitsproblem hängt mit den Konstruktionsabmessungen zusammen, die die Verwendung von kundenspezifischen Schaftfräsern und anderen Schneidwerkzeugmerkmalen erfordern. Bohrungen, Nuten, Radien und Fasen sind Beispiele für Teilemerkmale. Wenn die Abmessungen des Merkmals nicht mit der Standardgröße des Werkzeugs übereinstimmen, sind möglicherweise teure kundenspezifische Schneidwerkzeuge erforderlich.

Das nächste Teil hat einen Radius von 0.18 Zoll, aber der Radius eines standardmäßigen 0.1875/0.0075 Zoll Schaftfräsers beträgt XNUMX. Sind diese XNUMX Zoll aus funktionaler Sicht wichtig genug, um die zusätzlichen Kosten und Lieferzeiten von kundenspezifischen Schaftfräsern auszulösen?

In einem anderen Beispiel müssen Sie ein Teil mit einem Rundungsradius von 0.188 Zoll bestellen, um mit einem Werkzeug mit einem Durchmesser von 1.900 eine Tiefe von 0.375 schneiden zu können. Dieser Radius beeinträchtigt keine Bohrungen oder andere Funktionsmerkmale, aber es sind mehrere langsame und allmählich niedrigere Schnitte erforderlich, um diese Tiefe zu erreichen. Nach wiederholten Gesprächen mit dem Konstrukteur des Teils wurde der Radius auf 0.260 Zoll erhöht, was den Einsatz von 0.500-Schaftfräsern bis zur vollen Tiefe ohne Pushdown ermöglichte und die Zeit um ein Drittel verkürzte, was den Kunden Kosten und sparte Vorlaufzeit. Werkzeug.

Warum müssen Ingenieure anpassen?

Warum gibt es eine ungewöhnliche Größe? Schuld ist in manchen Fällen die Mentalität der „Vollkopie“, bei der die Maße früher Gussteile oder Prototypen in die Fertigungszeichnungen einfließen. Zu anderen Zeiten ist es die metrische Transformation, die die charakteristische Dimension aufruft. Standardschneidwerkzeuge sind in metrischen Größen erhältlich, nicht nur in amerikanischen imperialen Größen. In diesen Fällen lohnt es sich, der Maschinenwerkstatt Originalzeichnungen in metrischen Größen zur Verfügung zu stellen, anstatt Zeit und Mühe zu verschwenden, um die Beschriftung in etwas umzuwandeln, das möglicherweise nicht der Standard-US-Werkzeuggröße entspricht.

Das Aufrufen von Feature-Bemaßungen, die für Standard-Schneidwerkzeuge nicht geeignet sind, kann schwerwiegende Folgen haben. Einige dieser Kosten sind der Preis des Schneidwerkzeugs selbst, und kundenspezifische Werkzeuge neigen dazu, vorzeitig zu brechen und zu verschleißen, was diese Situation verschlimmern kann. Hinzu kommen die Opportunitätskosten, die mit einer längeren Vorlaufzeit für das Teil verbunden sind.

Besondere Merkmalsgrößen haben auch versteckte Kosten, die möglicherweise nicht offensichtlich sind: Merkmale, die mit Standard-Schneidwerkzeugen bearbeitet wurden, können normalerweise mit einfachen Messstiften und ähnlichen Prüfwerkzeugen geprüft werden. Merkmale, die mit nicht standardmäßigen Werkzeugen hergestellt wurden, müssen möglicherweise zu einer Koordinatenmessmaschine, was die Produktionskosten und die Lieferzeit erhöht.

Wenn das Teil Merkmale aufweist, die ein benutzerdefiniertes Werkzeug erfordern, um die funktionalen Anforderungen zu erfüllen, können wir alles erstellen, was Sie in die Zeichnung einfügen möchten. Es lohnt sich jedoch zu untersuchen, ob es Funktionen gibt, die die Größe vereinfachen können, um Standardwerkzeugen zu entsprechen, ohne die Funktion des Teils in den frühen Phasen des Konstruktionsprozesses zu beeinträchtigen.

Oberflächenbehandlung: Ausgleichsverhalten

Ein Diagramm von dem, was einige Oberflächenbehandlungs könnte aussehen. Die durchschnittliche Rauheit (Ra) und der quadratische Mittelwert (RMS) sind gängige Darstellungen der Oberflächenrauheit, werden jedoch jeweils anders berechnet.

Offensichtlich erhöht die Überspezifikation bestimmter Teilemerkmale (wie Maßtoleranzen, Nuten, Löcher und Radien) die Produktionszeit und die Kosten, aber die Oberflächenbeschaffenheit kann eine andere Sache sein. Obwohl die Konstruktion von Teilen mit einer feineren Oberflächenbeschaffenheit als erforderlich dazu führt, dass die CNC-Bearbeitung ineffizient und kostspielig ist, passiert häufiger das Gegenteil.

Unsere Erfahrung bei der L&S Machine Company ist, dass die in der Zeichnung angegebene Oberflächengüte nicht immer den Kundenbedürfnissen entspricht. Zum Beispiel sieht eine Ra-Oberflächenbeschaffenheit von 125 Mikrozoll mit bloßem Auge glatt aus, während eine Ra-Oberflächenbeschaffenheit von 250 Mikrozoll rauer erscheint. Ob aus ästhetischen oder funktionalen Gründen, Kunden werden wiederkommen, weil sie eine glattere Oberfläche wünschen.

Obwohl in der Abbildung 250 angezeigt werden kann, ist das, was der Kunde wirklich will und erwartet, 125 oder glatter. Dies gilt insbesondere für Teilemerkmale wie Wasserlöcher. In vielen Fällen verlängert dieses Hin und Her die Produktionszeit.

Auf der anderen Seite ist es wichtig, sich daran zu erinnern, dass je feiner die Oberflächenbeschaffenheit, desto mehr Arbeit erforderlich ist, um sie zu erreichen. Daher erhöht eine zu hohe Spezifikation der Oberflächen auch den Zeit- und Kostenaufwand. Obwohl es beispielsweise einfach ist, mit Wasserstrahl und CNC-Fräsen eine Oberflächengüte von 125-250 zu erreichen, erfordert eine glattere Oberfläche professionellere Werkzeuge oder Werkbankarbeiten, was zu einem erheblichen Kostenanstieg führt.

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Die Feinabstimmung des Teiledesigns spart Zeit und Kosten, worauf muss ich achten?3-, 4- und 5-Achsen-Präzisions-CNC-Bearbeitungsdienstleistungen für Aluminiumbearbeitung, Beryllium, Kohlenstoffstahl, Magnesium, Titanbearbeitung, Inconel, Platin, Superlegierung, Acetal, Polycarbonat, Fiberglas, Graphit und Holz. Kann Teile bis zu einem Drehdurchmesser von 98 Zoll bearbeiten. und +/-0.001 Zoll Geradheitstoleranz. Zu den Prozessen gehören Fräsen, Drehen, Bohren, Bohren, Gewindeschneiden, Gewindeschneiden, Umformen, Rändeln, Senken, Senken, Reiben und Laser schneiden. Sekundäre Dienstleistungen wie Montage, Spitzenlosschleifen, Wärmebehandlung, Plattieren und Schweißen. Prototyp und Klein- bis Großserienfertigung mit maximal 50,000 Einheiten angeboten. Geeignet für Fluidtechnik, Pneumatik, Hydraulik und Ventil Anwendungen. Bedient die Luft- und Raumfahrt-, Flugzeug-, Militär-, Medizin- und Verteidigungsindustrie. PTJ wird mit Ihnen Strategien entwickeln, um die kostengünstigsten Dienstleistungen anzubieten, die Ihnen helfen, Ihr Ziel zu erreichen. Willkommen bei uns ( [email protected] ) direkt für Ihr neues Projekt.