Im zunehmend wettbewerbsintensiven Fertigungsumfeld ist die Kontrolle der Bearbeitungskosten für mechanische Teile zu einem entscheidenden Faktor für die Aufrechterhaltung der Wettbewerbsfähigkeit geworden. Ein hervorragendes mechanisches Design gewährleistetnichtnur eine effiziente Teileproduktion, sondern optimiert auch die Kosten. Dies erfordert, dass Ingenieure Faktoren wie Bearbeitbarkeit, Materialauswahl, Prozessoptimierung und Ressourcennutzung während des gesamten Konstruktions- und Herstellungsprozesses umfassend berücksichtigen und so das optimale Gleichgewicht zwischen Leistungsanforderungen und Wirtschaftlichkeit finden. In diesem Artikel werden systematisch Kostenkontrollstrategien im gesamten Prozess, vom Entwurf bis zur Fertigung, vorgestellt und praktische und umfassende Anleitungen bereitgestellt.

I. Anwendung und Umsetzung von Design for Manufacturability (DFM)

1. Prinzip der Designvereinfachung
Der Kern von Design for Manufacturability (DFM) liegt in der Vereinfachung des Teiledesigns und der Reduzierung unnötiger Komplexität. Durch die Optimierung der Geometrie können Bearbeitungsschwierigkeiten und Werkzeugverschleiß erheblich reduziert werden. Vermeiden Sie beispielsweise schwierige Situationen-Zu-Maschinenmerkmale wie tiefe Löcher und kleine Innenrundungen, dienichtnur Spezialwerkzeuge erfordern, sondern auch die Bearbeitungszeit und -kosten erhöhen. Priorisieren Sie beim Entwurf Formen, die mit Standardwerkzeugen bearbeitet werden können, um den Bedarf an benutzerdefinierten Werkzeugen zu minimieren.

2. Methoden zur Prozessoptimierung
Die Planung des Bearbeitungsprozesses sollte in der Anfangsphase des Produktdesigns vollständig berücksichtigt werden. Durch die Analyse und Untersuchung der strukturellen Eigenschaften und Bearbeitungsanforderungen des Teils können die optimale Bearbeitungssequenz und das optimale Spannschema ermittelt werden. Durch die Einführung eines parallelen Entwicklungsmodells und die frühzeitige Einbeziehung von Fertigungsingenieuren in die Entwurfsprüfungen können potenzielle Herstellungsprobleme während der Entwurfsphase identifiziert und gelöst werden, wodurch spätere Entwurfsänderungen und Nacharbeitskosten vermieden werden.

3. Strategien zur Verbesserung der Produktionseffizienz
Multi-Werkzeug gleichzeitiges Schneiden und Multi-Die Teilebearbeitung kann die Produktionseffizienz erheblich verbessern. Durch die Reduzierung der Werkzeugein- und -austrittszeiten bzw. die Angleichung dieser Zeiten kann die Bearbeitungszeit für ein einzelnes Teil effektiv verkürzt werden. Zum Beispiel bei der Bearbeitung kleiner Teile mit einem Multi-Eine Stationsvorrichtung zur gleichzeitigen Bearbeitung mehrerer Teile kann die Effizienz um mehr als 30 steigern% im Vergleich zu Single-Stückbearbeitung. Das ultimative Ziel der Implementierung von DFM ist die Erzielung einer hohen Ausbeute (niedrige Ausschussrate) und minimale Designänderungen, wodurch Kosten gesenkt werden-effektive Fertigung.

II. Kosten-Nutzenanalyse der Materialauswahl

1. Grundprinzipien von Materialauswahl
Die Materialauswahl muss zunächst die Leistungsanforderungen der Komponente erfüllen, einschließlich mechanischer, physikalischer und chemischer Eigenschaften. Beispielsweise erfordern Getriebeteile hohe Anforderungen-Festigkeitsstahl zur Gewährleistung von Verschleißfestigkeit und Ermüdungsfestigkeit, während Wellenteile, die in korrosiven Umgebungen betrieben werden, dies erfordern Korrosion-widerstandsfähiger Edelstahl. Ein Material’Die Leistung bestimmt direkt die Komponente’Es bestimmt den Wert und die Lebensdauer und ist die primäre Grundlage für die Materialauswahl.

2. Wirtschaftliche Überlegungen
Bei der Erfüllung der Leistungsanforderungen sollten Materialien mit guter Bearbeitbarkeit undniedrigen Kosten Vorrang haben. Aluminiumlegierungen werden häufig beim CNC-Fräsen eingesetzt und bieten hohe Bearbeitungsgeschwindigkeiten und minimalen Werkzeugverschleiß, was sie zu einer idealen Wahl für mechanische und externe Teile macht. Eine standardisierte Materialauswahl kann Beschaffungsprozesse rationalisieren, die Bestandsvielfalt verringern und die Gesamtkosten senken. Statistiken zeigen, dass Unternehmen durch Materialstandardisierung die Beschaffungskosten um 15 senken können%-25%.

3. Substitutionsstrategie
Die aktive Identifizierung und Validierung alternativer Materialien ist eine wirksame Möglichkeit, Kosten zu senken. Zum Beispiel mit SKD61 heiß-Arbeitsgesenkstahl statt SKH51 hoch-Schnellstahl zur Herstellung bestimmter Formteile kann 50 sparen%-70% Kosteneinsparungen ohne Leistungseinbußen. Bei der Auswahl der Materialien sollte mannicht blindnach hoher Leistung oder hohem Preis streben, sondern vielmehrnach dem am besten geeigneten Material suchen, das auf der tatsächlichen Anwendung und den funktionalen Anforderungen des Teils basiert. Manchmal ist es durch strukturelle Designoptimierung sogar möglich, teure Materialien durch kostengünstige zu ersetzen-Kosten.

Mehr Wissen können Sie lesen: Umfassender Leitfaden zu Materialeigenschaften: 11 Hauptunterschiede zwischen Festigkeit, Steifigkeit, Härte und mehr

III. Verarbeitungstechnologie und Pfadoptimierung

1. Best Practices für den CNC-Bearbeitungspfad
Verwendung von fortschrittlichem CAD/CAM-Software zur Werkzeugwegplanung ist der Schlüssel zur Optimierung CNC-Bearbeitung. Moderne CAM-Software kann die Werkstückgeometrie, die Werkzeugeigenschaften und die Anforderungen an die Bearbeitungsgenauigkeit vollständig berücksichtigen, um den bestmöglichen Werkzeugweg zu generieren. Die Power-Feedback-Steuerungstechnologie passt die Vorschubgeschwindigkeit oder Spindelgeschwindigkeit in Echtzeit an Änderungen der Schnittkräfte an, hält die Schnittkräfte in einem angemessenen Bereich und verbessert die Bearbeitungseffizienz und Werkzeuglebensdauer.
Die modellprädiktive Steuerungstechnologie sagt Änderungen während der Bearbeitung voraus, indem sie Modelle in Bezug auf Schnittkräfte und Schnitttemperaturen erstellt und so Bearbeitungsparameter proaktiv anpassen kann, um Bearbeitungsanomalien zu vermeiden. Die adaptive Steuerungstechnologie passt Parameter dynamisch an die Realität an-Zeitliche Bearbeitungsdaten, wodurch Bearbeitungsstabilität und Effizienz gewährleistet werden.

2. Werkzeugauswahl und Parameteroptimierung
Die Auswahl des geeigneten Werkzeugtyps und der geeigneten Geometrie basierend auf den Bearbeitungsanforderungen ist von entscheidender Bedeutung. Für die Bearbeitung von Aluminiumlegierungen werden üblicherweise Schaftfräser, Kugelfräser und Bohrfräser verwendet. Für schwierige Arbeiten sind jedoch Spezialwerkzeuge erforderlich-Zu-Maschinenmaterialien wie hoch-Temperaturlegierungen. Die Steuerung der Schnittparameter wirkt sich direkt auf Bearbeitungskosten und -qualität aus: Zu hohe Schnittgeschwindigkeiten beschleunigen den Werkzeugverschleiß, während zuniedrige Vorschübe die Produktivität verringern. Durch die Optimierung von Schnittparameterkombinationen durch Methoden wie orthogonale Tests kann das optimale Gleichgewicht zwischen Bearbeitungseffizienz und Werkzeuglebensdauer gefunden werden. Bei der CNC-Programmierung müssen Werkzeugauswahl und Schnittparameter in Echtzeit unter menschlicher Anleitung bestimmt werden-Maschineninteraktion, wodurch sowohl Bearbeitungsqualität als auch Effizienz gewährleistet werden.

3. Werkzeugverwaltung und -auswahl
Die Wahl des Werkzeugmaterials hat erheblichen Einfluss auf die Effizienz und Qualität der Bearbeitung. Diamantwerkzeuge eignen sich zur Bearbeitungnicht-Eisenmetalle und Nichtmetalle-metallische Werkstoffe. PCBN-Werkzeuge eignen sich für die Bearbeitung von gehärtetem Stahl und Gusseisen. Keramikwerkzeuge sind für hohe Temperaturen geeignet-Geschwindigkeitsbearbeitung von Gusseisen und Hochgeschwindigkeitsbearbeitung-Hochtemperaturlegierungen und beschichtete Werkzeuge können die Standzeit und die Bearbeitungseffizienz verbessern. Es ist von entscheidender Bedeutung, Standard-Werkzeughalter auszuwählen, die den Spezifikationen des Werkzeugmaschinensystems entsprechen, um eine schnelle und genaue Installation des Werkzeugs in der Maschinenspindel oder die Rückkehr in das Werkzeugmagazin zu gewährleisten und so die Werkzeugwechselzeit zu minimieren.

IV. Verfeinertes Design und verbesserte Materialausnutzung

1. Strategien zur Designoptimierung
Durch die Reduzierung der Umformtiefe von Produkten kann die Materialausnutzung effektiv verbessert werden. Ein Automobilteilehersteller erreichte eine 8% Erhöhung der Materialausnutzung durch Reduzierung der Formtiefe des hinteren Querträgers eines Dachblechs. Durch eine entsprechende Produktunterteilung und Baugruppengestaltung kann die Materialausnutzung weiter verbessert werden. Indem ein Produkt in kleinere Komponenten zerlegt und deren Zusammenbau optimiert wird, kann Materialverschwendung reduziert werden.
Verwendung von Computersimulationen und experimenteller Datenanalyse zur Optimierung der Produktgeometrie, beispielsweise durch den Einsatz von Nicht-Produkten-Mit herkömmlichen polygonalen oder gebogenen Designs lässt sich eine höhere Materialausnutzung erzielen. In einigen Fällen kann eine strukturelle Optimierung sogar den Materialverbrauch reduzieren und gleichzeitig die Leistung beibehalten.

2. Methoden zur Verbesserung der Materialnutzungseffizienz
Durch die Reduzierung der Materialbreite und des Abstands der Stanzteile kann der Ausschuss reduziert werden. Mehrere CAE-Analysen und Optimierungen während der Entwurfsphase der Formoberfläche gewährleisten eine minimale Rohlingsgröße bei gleichzeitiger Beibehaltung der Produktsteifigkeit und verbessern so die Materialausnutzung.
Mithilfe der Nested-Design-Technologie wählt das MES-System die zu produzierenden Teile anhand von Parametern wie Materialtyp, Dicke und Liefertermin aus und verschachtelt sie, um die Ausnutzung des Blech- oder Rohrmaterials zu maximieren. Durch die Optimierung seines Schachtelungsalgorithmus steigerte ein Fertigungsunternehmen seine Blechmaterialauslastung von 70 auf 70 %% bis 85%, wodurch über eine Million Yuan an jährlichen Materialkosten eingespart werden.

3. Prozess- und Standardisierungsoptimierung
Die Prozessoptimierung verbessert die Materialausnutzung, reduziert spezielle Materialspezifikationen, erhöht die Materialvielfalt und senkt die Lager- und Verwaltungskosten. Die Festlegung von Materialverwendungsstandards und -spezifikationen ermöglicht eine einheitliche Planung von Materialien unterschiedlicher Dicke und Spezifikationen und vermeidet so Verschwendung und erhöhte Verwaltungskosten, die durch ein Überangebot an Materialspezifikationen verursacht werden.

V. Kosten-Nutzenanalyse der Oberflächenbehandlung

1. Analyse der Kostenzusammensetzung
Kosten für die Oberflächenbehandlung Materialkosten einschließen (Chemikalien, Beschichtungsmaterialien usw.), Arbeitskosten, Geräteabschreibung und Energieverbrauch. Bei der Durchführung einer Oberflächenbehandlung fallen Kosten an-Bei der Nutzenanalyse müssen diese Faktoren umfassend betrachtet und den durch die Oberflächenbehandlung erzielten Leistungssteigerungen gegenübergestellt werden. Beispielsweise kann durch Galvanisieren ein Teil verbessert werden’Es erhöht zwar die Korrosionsbeständigkeit, kann aber die Herstellungskosten um das 15-fache erhöhen%-25%.

2. Strategien zur Kostenoptimierung
Die Auswahl der geeigneten Oberflächengüte ist von entscheidender Bedeutung. Übermäßig hohe Anforderungen an die Oberflächengüte können die Verarbeitungskosten erheblich erhöhen, während angemessene Anforderungen an die Oberflächenqualität funktionale Anforderungen erfüllen und gleichzeitig die Kosten kontrollieren können. Versuchen Sie zu vermeiden, mehrere unterschiedliche Oberflächenbehandlungen auf dasselbe Teil anzuwenden, da dies zusätzliche Bearbeitungsschritte und Kosten verursacht.
Berücksichtigen Sie die Anforderungen an die Oberflächenbehandlung jedes Teils umfassend aus einer ganzheitlichen Produktperspektive und reduzieren Sie unnötige Schritte zur Oberflächenbehandlung durch Design- und Prozessoptimierung. Beispielsweise kann durch die Strukturkonstruktion die Bearbeitung und Oberflächenbehandlung verborgener Innenflächen vermieden und die Behandlung auf kritische Funktionsflächen beschränkt werden.

3. Entscheidung-Methoden entwickeln und umsetzen
Richten Sie einen Prozess zur Beurteilung der Notwendigkeit einer Oberflächenbehandlung ein, um klar zu definieren, wann eine Oberflächenbehandlung erforderlich ist. Ziehen Sie für dekorative Oberflächenbehandlungen kostengünstigere Alternativen in Betracht. Bei funktionellen Oberflächenbehandlungen ist darauf zu achten, dass die Behandlungsqualität den Anforderungen entspricht. Maximieren Sie die Kosten-Effektivität der Oberflächenbehandlungen durch strikte Kostenrechnung und Produktionssteuerung.
Optimieren Sie die Prozessplanung, um die Vorbereitungs- und Bearbeitungszeit vor undnach der Oberflächenbehandlung zu verkürzen. Die Einführung eines intensiven Produktionsmodells zur Zentralisierung der Verarbeitung von Teilen, die die gleiche Oberflächenbehandlung erfordern, kann die Stückzahl reduzieren-Teilebearbeitungskosten.