競争が激化する製造環境では、機械部品の加工コストを管理することが競争力を維持するための重要な要素となっています。優れた機械設計により、効率的な部品生産が保証されるだけでなく、コストも最適化されます。そのため、エンジニアは、設計および製造プロセス全体を通じて、機械加工性、材料の選択、プロセスの最適化、リソースの利用などの要素を包括的に考慮し、性能要件と経済効率の最適なバランスを取る必要があります。この記事では、設計から製造に至るプロセス全体にわたるコスト管理戦略を体系的に紹介し、実践的かつ包括的なガイダンスを提供します。

I. 製造可能性を考慮した設計の適用と実装 (DFM)

1. 設計簡素化の原則
製造可能性を考慮した設計の核心 (DFM) 部品設計を簡素化し、不必要な複雑さを軽減することにあります。形状を最適化すると、加工の難易度や工具の摩耗を大幅に軽減できます。たとえば、難しいことは避ける-に-深い穴や小さな内部フィレットなどの機械の特徴により、特殊な工具が必要になるだけでなく、加工時間とコストも増加します。設計中は、カスタム ツールの必要性を最小限に抑えるために、標準ツールを使用して加工できる形状を優先します。

2. プロセス最適化手法
機械加工プロセスの計画は、製品設計の初期段階で十分に考慮する必要があります。部品の構造特性と加工要件を分析および研究することで、最適な加工順序とクランプ方式を決定できます。並行開発モデルを採用し、早い段階で製造エンジニアを設計レビューに参加させることで、潜在的な製造上の問題を設計段階で特定して解決でき、後の設計変更ややり直しコストを回避できます。

3. 生産効率向上戦略
マルチ-ツール同時切断とマルチ-部品加工により生産効率が大幅に向上します。工具の出入り時間を短縮するか、これらの時間を調整することにより、単一部品の加工時間を効果的に短縮できます。例えば、小さな部品を加工する場合、マルチツールを使用します。-複数の部品を一度に処理するステーション治具により、効率が 30 以上向上します% シングルに比べて-ピース加工。 DFM 実装の最終目標は、高い収率を達成することです。 (低いスクラップ率) 設計変更も最小限に抑えることでコストを実現-効果的な製造。

II.料金-材料選択のメリット分析

1. 基本原則 材料の選択
材料の選択は、まず機械的、物理的、化学的特性を含むコンポーネントの性能要件を満たさなければなりません。例えば、歯車伝動部品には高い性能が求められます。-耐摩耗性と疲労強度を確保するために強度鋼を使用する一方で、腐食環境で動作するシャフト部品には 腐食-耐久性のあるステンレス鋼。素材’のパフォーマンスがコンポーネントを直接決定します’の価値と耐用年数を決定するものであり、材料選択の主な基準となります。

2. 経済的考慮事項
性能要件を満たしながら、機械加工性が良く、コストが低い材料を優先する必要があります。 アルミニウム合金 CNC フライス加工で広く使用されており、高速な加工速度と最小限の工具摩耗を実現し、機械部品や外部部品に理想的な選択肢となっています。標準化された材料選択により、調達プロセスが合理化され、在庫の種類が減り、全体的なコストが削減されます。統計によると、材料の標準化により、企業は調達コストを 15 分の 1 削減できることが示されています。%-25%。

3. 交代戦略
代替材料を積極的に特定して検証することは、コストを削減する効果的な方法です。たとえば、SKD61ホットを使用すると、-SKH51高の代わりにワークダイス鋼-スピードスチールを使用して特定の金型部品を製造すると、50 ドルを節約できます%-70% パフォーマンスを損なうことなくコストを削減します。材料を選択する際には、やみくもに高性能や高価格を追求するのではなく、部品の実際の用途や機能要件に基づいて最適な材料を選択する必要があります。場合によっては、構造設計の最適化により、高価な材料を低コストの材料に置き換えることも可能です。-コストがかかるもの。

さらに詳しい知識を読むことができます: 材料特性の包括的ガイド: 強度、剛性、硬度などの 11 の主な違い

Ⅲ．処理技術とパスの最適化

1. CNC 加工パスのベスト プラクティス
高度なCADを使用する/ツールパス計画用の CAM ソフトウェアが最適化の鍵となります CNC加工。最新の CAM ソフトウェアは、ワークピースの形状、工具の特性、加工精度の要件を十分に考慮して、最適化された工具パスを生成できます。パワーフィードバック制御技術は、切削抵抗の変化に基づいて送り速度または主軸速度をリアルタイムに調整し、切削抵抗を妥当な範囲内に維持し、加工効率と工具寿命を向上させます。
モデル予測制御技術は、切削抵抗と切削温度に関連するモデルを構築することで加工中の変化を予測し、加工パラメータをプロアクティブに調整して加工異常を回避します。適応制御技術は実際のデータに基づいてパラメータを動的に調整します-加工データに時間を費やし、加工の安定性と効率を確保します。

2. ツールの選択とパラメータの最適化
加工要件に基づいて適切な工具タイプと形状を選択することが重要です。アルミニウム合金の加工には、エンドミル、ボールエンドミル、ボーリングカッターがよく使われます。ただし、難しい作業には専用のツールが必要です-に-高い機械材料など-温度合金。切削パラメータの制御は加工コストと品質に直接影響します。切削速度が高すぎると工具の摩耗が加速し、送り速度が低すぎると生産性が低下します。直交試験などの方法で切削パラメータの組み合わせを最適化すると、加工効率と工具寿命の最適なバランスを見つけることができます。 CNC プログラミング中、工具の選択と切削パラメータは人間の管理下でリアルタイムに決定する必要があります。-機械との相互作用により、加工品質と効率の両方を保証します。

3. ツールの管理と選択
工具材料の選択は、加工効率と品質に大きな影響を与えます。ダイヤモンド工具は非加工に適しています。-鉄金属および非鉄金属-金属素材。 PCBN 工具は焼き入れ鋼や鋳鉄の加工に適しています。セラミックツールは高度な作業に適しています-鋳鉄の高速加工と高速加工-温度合金とコーティングされた工具は、工具寿命と加工効率を向上させることができます。工具を工作機械の主軸に素早く正確に取り付けたり、工具マガジンに戻したりして工具交換時間を最小限に抑えるには、工作機械システムの仕様に適合する標準工具ホルダを選択することが重要です。

IV.洗練されたデザインと改善された素材使用率

1. 設計最適化戦略
製品の成形深さを減らすと、材料の利用率を効果的に向上させることができます。自動車部品メーカーが8を達成% ルーフパネルの後部クロスメンバーの成形深さを減らすことにより、材料利用率が増加します。製品の適切な分割とアセンブリの設計により、材料の利用率がさらに向上します。製品をより小さなコンポーネントに分割し、その組み立てを最適化することで、材料の無駄を削減できます。
コンピューターシミュレーションと実験データ分析を利用して、非幾何学的形状を採用するなどして製品形状を最適化します。-従来の多角形または曲線のデザインにより、より高い材料利用率を実現できます。場合によっては、構造の最適化により、パフォーマンスを維持しながら材料の使用量を削減することもできます。

2. 材料利用効率を向上させる方法
材料幅やプレス部品のピッチを小さくすることで、抜き屑を削減できます。金型表面の設計段階で複数の CAE 解析と最適化を行うことで、製品の剛性を維持しながらブランク サイズを最小限に抑えることができるため、材料の利用率が向上します。
MES システムは、ネスト設計技術を利用して、材料の種類、厚さ、納期などのパラメータに基づいて製造する部品を選択し、それらをネストしてシートまたはチューブ材料を最大限に活用します。ネスティング アルゴリズムを最適化することで、ある製造会社はシート材料の使用率を 70 から向上させました。% 85まで%、年間材料費を100万元以上節約できます。

3. プロセスと標準化の最適化
プロセスの最適化により、材料の利用率が向上し、特殊な材料仕様が削減され、材料の汎用性が向上し、在庫と管理コストが削減されます。材料の使用基準と仕様を確立すると、さまざまな厚さと仕様の材料を統一的に計画できるようになり、過剰な材料仕様によって引き起こされる無駄や管理コストの増加を回避できます。

V. コスト-表面処理のメリット分析

1. コスト構成分析
表面処理費用 材料費も含めて (薬品、塗料など)、人件費、設備の減価償却、エネルギー消費。表面処理費用を行う場合-メリット分析では、これらの要因を包括的に考慮し、表面処理によってもたらされる性能向上と比較する必要があります。たとえば、電気めっきにより部品を改善できます。’耐食性は向上しますが、製造コストが 15 倍増加する可能性があります。%-25%。

2. コスト最適化戦略
適切な表面仕上げグレードを選択することが重要です。過度に高い表面仕上げ要件は、処理コストを大幅に増加させる可能性がありますが、適度な表面品質要件であれば、コストを管理しながら機能要件を満たすことができます。追加の処理手順とコストが追加されるため、同じ部品に複数の異なる表面処理を適用しないようにしてください。
製品全体の観点から各部品の表面処理要件を総合的に検討し、設計とプロセスの最適化により不必要な表面処理工程を削減します。たとえば、構造設計では、隠れた内部表面の機械加工や表面処理を回避し、重要な機能表面への処理を制限できます。

3. 決断-メソッドの作成と実装
表面処理の必要性を判断するプロセスを確立し、表面処理が必要な場合を明確にします。装飾的な表面処理については、より経済的な代替品を検討してください。機能性表面処理の場合、処理品質が要件を満たしていることを確認してください。コストを最大化する-徹底した原価計算と生産管理により、表面処理の効果を高めます。
プロセスのスケジュールを最適化して、表面処理の前後の準備と所要時間を短縮します。集中生産モデルを採用して、同じ表面処理が必要な部品の処理を集中化することで、生産あたりのコストを削減できます。-部品加工費。