Tässä artikkelissa tarkastellaan useita tuotantoon tarkoitettujen osien valmistukseen käytettyjä teknologioita ja materiaaleja, niiden etuja, huomioitavia asioita ja paljon muuta.
Johdanto
Tuotantoosien valmistus – tunnetaan myös loppukäyttöosina – tarkoittaa prosessia, jossa raaka-aineista luodaan osa, joka on suunniteltu ja valmistettu käytettäväksi lopputuotteessa prototyypin tai mallin sijaan.Tutustu oppaaseemmevalmistaa alkuperäisiä prototyyppejäsaadaksesi lisätietoja tästä.
Jotta osasi toimisivat todellisessa ympäristössä – koneenosina, ajoneuvokomponentteina, kuluttajatuotteina tai muina toiminnallisina tarkoituksiin – valmistusta on lähestyttävä tämän mielessä.Jotta osia voidaan valmistaa menestyksekkäästi ja tehokkaasti tuotantoa varten, sinun tulee harkita materiaaleja, suunnittelua ja tuotantomenetelmiä varmistaaksesi, että täytät tarvittavat toiminnalliset, turvallisuus- ja laatuvaatimukset.
Materiaalien valinta tuotantoosiin
Yleisimpiä tuotantoon tarkoitettujen osien materiaaleja ovat metallit kuten teräs tai alumiini, muovit kuten ABS, polykarbonaatti ja nailon, komposiitit kuten hiilikuitu ja lasikuitu sekä tietty keramiikka.
Oikea materiaali loppukäyttöosiisi riippuu sovelluksen erityisvaatimuksista sekä sen hinnasta ja saatavuudesta.Tässä on muutamia yleisiä ominaisuuksia, jotka on otettava huomioon valittaessa materiaaleja, joista valmistetaan tuotantoa varten:
❖ Voima.Materiaalien tulee olla riittävän lujia kestämään voimat, joille osa altistuu käytön aikana.Metallit ovat hyviä esimerkkejä vahvoista materiaaleista.
❖ Kestävyys.Materiaalien tulee kestää kulumista ajan mittaan hajoamatta tai hajoamatta.Komposiitit tunnetaan sekä kestävyydestään että lujuudestaan.
❖ Joustavuus.Lopullisen osan käyttötarkoituksesta riippuen materiaalin on ehkä oltava joustava, jotta se kestää liikkeen tai muodonmuutoksia.Muovit, kuten polykarbonaatti ja nylon, ovat tunnettuja joustavuudestaan.
❖ Lämpötilankestävyys.Jos osa joutuu esimerkiksi alttiiksi korkeille lämpötiloille, materiaalin tulee kestää lämpöä sulamatta tai deformoitumatta.Teräs, ABS ja keramiikka ovat esimerkkejä materiaaleista, jotka kestävät hyvin lämpötilaa.
Tuotannon osien valmistusmenetelmät
Tuotannon osien luomiseen käytetään neljän tyyppistä valmistusmenetelmää:
❖ Vähentävä valmistus
❖ Lisäainevalmistus
❖ Metallin muovaus
❖ Valu
Subtraktiivinen valmistus
Subtraktiivinen valmistus eli perinteinen valmistus tarkoittaa materiaalin poistamista suuremmasta materiaalikappaleesta, kunnes haluttu muoto on saavutettu.Vähentävä valmistus on usein nopeampaa kuin additiivinen valmistus, joten se soveltuu paremmin suurten määrien erätuotantoon.Se voi kuitenkin olla kalliimpaa, varsinkin kun otetaan huomioon työkalu- ja asennuskustannukset, ja tuottaa yleensä enemmän jätettä.
Yleisiä vähentävän valmistuksen tyyppejä ovat:
❖ Tietokoneen numeerisen ohjauksen (CNC) jyrsintä.EräänlainenCNC-työstö, CNC-jyrsintään käytetään leikkaustyökalua materiaalin poistamiseen kiinteästä kappaleesta valmiin osan luomiseksi.Se pystyy luomaan erittäin tarkkoja osia materiaaleista, kuten metalleista, muovista ja komposiiteista.
❖ CNC-sorvaus.Myös CNC-työstötyyppi, CNC-sorvaus käyttää leikkaustyökalua materiaalin poistamiseen pyörivästä kiinteästä aineesta.Sitä käytetään tyypillisesti sylinterimäisten esineiden, kuten venttiilien tai akselien, luomiseen.
❖ Metallilevyjen valmistus.Sisäänmetallilevyjen valmistus, litteä metallilevy leikataan tai muotoillaan suunnitelman mukaan, yleensä DXF- tai CAD-tiedostona.
Lisäainevalmistus
Additiivinen valmistus – joka tunnetaan myös nimellä 3D-tulostus – viittaa prosessiin, jossa materiaalia lisätään itsensä päälle osan luomiseksi.Se pystyy tuottamaan erittäin monimutkaisia muotoja, jotka muutoin olisivat mahdottomia perinteisillä (vähentävillä) valmistusmenetelmillä, tuottaa vähemmän jätettä ja voi olla nopeampaa ja halvempaa, etenkin kun tuotetaan pieniä eriä monimutkaisia osia.Yksinkertaisten osien luominen voi kuitenkin olla hitaampaa kuin vähentävä valmistus, ja saatavilla olevien materiaalien valikoima on yleensä pienempi.
Yleisiä lisäaineiden valmistustyyppejä ovat:
❖ Stereolitografia (SLA).SLA, joka tunnetaan myös nimellä hartsi 3D-tulostus, käyttää UV-lasereita valonlähteenä polymeerihartsin valikoivaan kovetukseen ja valmiin osan luomiseen.
❖ Fused Deposition Modeling (FDM).Tunnetaan myös nimellä sulatettu filamenttivalmistus (FFF),FDMrakentaa osia kerros kerrokselta, saostaen selektiivisesti sulaa materiaalia ennalta määrättyä reittiä pitkin.Se käyttää kestomuovisia polymeerejä, jotka tulevat filamenteissa lopullisten fyysisten esineiden muodostamiseen.
❖ Selektiivinen lasersintraus (SLS).SisäänSLS 3D-tulostus, laser sintraa selektiivisesti polymeerijauheen hiukkasia sulattamalla ne yhteen ja rakentaen osan kerros kerrokselta.
❖ Multi Jet Fusion (MJF).Koska se on HP:n oma 3D-tulostustekniikka,MJFpystyy toimittamaan johdonmukaisesti ja nopeasti osia, joilla on korkea vetolujuus, hieno ominaisuusresoluutio ja hyvin määritellyt mekaaniset ominaisuudet
Metallin muovaus
Metallin muovauksessa metalli muotoillaan haluttuun muotoon kohdistamalla voimaa mekaanisin tai lämpömenetelmin.Prosessi voi olla joko kuuma tai kylmä metallista ja halutusta muodosta riippuen.Metallimuovauksella valmistetuilla osilla on tyypillisesti hyvä lujuus ja kestävyys.Myös materiaalijätettä syntyy tyypillisesti vähemmän kuin muilla valmistusmuodoilla.
Yleisiä metallin muovaustyyppejä ovat:
❖ Takominen.Metalli kuumennetaan ja muotoillaan kohdistamalla siihen puristusvoima.
❖ Ekstruusio.Metalli pakotetaan muotin läpi halutun muodon tai profiilin luomiseksi.
❖ Piirustus.Metalli vedetään muotin läpi halutun muodon tai profiilin luomiseksi.
❖ Taivutus.Metalli taivutetaan haluttuun muotoon kohdistetulla voimalla.
Valu
Valu on valmistusprosessi, jossa nestemäinen materiaali, kuten metalli, muovi tai keramiikka, kaadetaan muottiin ja annetaan jähmettyä haluttuun muotoon.Sitä käytetään luomaan osia, joilla on korkea tarkkuus ja toistettavuus.Valu on myös kustannustehokas valinta suurierätuotannossa.
Yleisiä valutyyppejä ovat:
❖ Ruiskupuristus.Valmistusprosessi, jota käytetään osien valmistukseenruiskuttamalla sulaamateriaalia – usein muovia – muottiin.Sitten materiaali jäähdytetään ja jähmettyy, ja valmis osa poistetaan muotista.
❖ Painevalu.Painevalussa sula metalli pakotetaan muottionteloon korkeassa paineessa.Painevalua käytetään monimutkaisten muotojen tuottamiseen suurella tarkkuudella ja toistettavuudella.
Valmistettavuuden suunnittelu ja osat tuotantoa varten
Suunnittelu valmistusta tai valmistettavuutta varten (DFM) viittaa insinöörimenetelmään, jolla luodaan osa tai työkalu, jossa suunnittelu on etusijalla ja joka mahdollistaa tehokkaamman ja halvemman lopputuotteen.Hubsin automaattinen DFM-analyysi antaa insinööreille ja suunnittelijoille mahdollisuuden luoda, iteroida, yksinkertaistaa ja optimoida osia ennen niiden valmistusta, mikä tekee koko valmistusprosessista tehokkaamman.Suunnittelemalla osia, jotka on helpompi valmistaa, voidaan vähentää tuotantoaikaa ja -kustannuksia, samoin kuin virhe- ja vikojen riskiä loppuosissa.
Vinkkejä DFM-analyysin käyttämiseen tuotantokulujen minimoimiseksi
❖ Minimoi komponentit.Yleensä mitä vähemmän komponentteja osassa on, sitä pienempi on kokoonpanoaika, riski tai virhe ja kokonaiskustannukset.
❖ Saatavuus.Osat, jotka voidaan valmistaa käytettävissä olevilla tuotantomenetelmillä ja laitteilla – ja jotka ovat rakenteeltaan suhteellisen yksinkertaisia – ovat helpompia ja halvempia valmistaa.
❖ Materiaalit ja komponentit.Vakiomateriaaleja ja -komponentteja käyttävät osat voivat auttaa vähentämään kustannuksia, yksinkertaistamaan toimitusketjun hallintaa ja varmistamaan, että varaosat ovat helposti saatavilla.
❖ Osien suunta.Ota huomioon osan suuntaus tuotannon aikana.Tämä voi auttaa minimoimaan tukien tai muiden lisäominaisuuksien tarpeen, jotka voivat lisätä kokonaistuotantoaikaa ja -kustannuksia.
❖ Vältä alleviivauksia.Poikkileikkaukset ovat ominaisuuksia, jotka estävät osan irrottamisen helposti muotista tai kiinnittimestä.Alitusten välttäminen voi auttaa vähentämään tuotantoaikaa ja -kustannuksia sekä parantamaan lopullisen osan yleistä laatua.
Tuotannon osien valmistuskustannukset
Laadun ja kustannusten välinen tasapaino on avainasemassa tuotantoon tarkoitettujen osien valmistuksessa.Tässä on useita kustannuksiin liittyviä tekijöitä, jotka on otettava huomioon:
❖ Materiaalit.Valmistusprosessissa käytettyjen raaka-aineiden hinta riippuu käytetyn materiaalin tyypistä, saatavuudesta ja tarvittavasta määrästä.
❖ Työkalu.Sisältää koneiden, muottien ja muiden valmistusprosessissa käytettyjen erikoistyökalujen kustannukset.
❖ Tuotantomäärä.Yleisesti ottaen, mitä suurempi määrä osia valmistat, sitä pienemmät osakustannukset ovat.Tämä pätee erityisestiruiskuvalu, joka tarjoaa merkittäviä mittakaavaetuja suuremmille tilausmäärille.
❖ Toimitusajat.Nopeasti tuotetut osat aikaherkkään projektiin ovat usein kalliimpia kuin ne, joiden läpimenoaika on pidempi.
Pyydä välitön tarjousvertailla tuotantoosien hintoja ja toimitusaikoja.
Artikkelin lähde:https://www.hubs.com/knowledge-hub/?topic=CNC+machining
Postitusaika: 14.4.2023