DFM o Design for Manufacturing è solo una parola di fantasia per indicare ciò che rende il design più semplice per la produzione. Ciò dipende non solo dal design ma anche dalla capacità di produzione. La capacità produttiva varia da azienda ad azienda, da quantità a quantità e da prezzo a prezzo.
Nelle prime generazioni di iPhone, per mantenere la fotocamera sufficientemente salda e fornire anche sufficiente flessibilità per la funzione antivibrazione, il design del supporto della fotocamera richiedeva 4 sottili fili di acciaio con un diametro di circa 0.1 mm. Questo è normalmente considerato non producibile, ma Foxcom, l'OEM per iPhone, ha dedicato 3 mesi alla ricerca e alla fine li ha realizzati, e li ha realizzati in grandi quantità.
Se la quantità di produzione non fosse in milioni, quasi tutti i produttori rifiuterebbero questo ordine perché non varrebbe la pena di una ricerca di 3 mesi (e quando fanno la ricerca non sapevano quanto tempo ci sarebbe voluto). Il punto qui è che la capacità produttiva non è un punto fisso, qualcosa di non molto "DFM" può essere prodotto quando vengono forniti incentivi sufficienti.
Questo è stato detto. Nelle sezioni seguenti parleremo delle caratteristiche DFM comuni per la produzione CNC al livello generale di capacità produttiva. E perché sono difficili da produrre.
undercut
Significa letteralmente che dobbiamo tagliare del materiale sotto qualcosa. L'area blu dell'immagine qui sotto è quella che viene chiamata sottosquadro. È difficile da realizzare per il CNC semplicemente perché gli utensili sono diritti e non possono raggiungere l'area senza interferire con l'area superiore. Tuttavia, non tutti i sottosquadri non sono madibili. Se c'è spazio sufficiente per il funzionamento di un utensile con barra a T, è possibile realizzare il sottosquadro. Per la tornitura CNC, se c'è spazio sufficiente per il funzionamento di un utensile a gancio, è possibile realizzare anche il sottosquadro. Naturalmente, ciò significa anche che è necessario avere familiarità con le dimensioni e le specifiche di tali strumenti per decidere se il sottosquadro è adatto alla produzione. Tuttavia, il sottosquadro non è considerato una buona funzionalità DFM.
Angoli acuti:
Gli strumenti CNC sono rotondi. Potevano solo tagliare un angolo rotondo. Quindi uno spigolo acuto non è considerato un buon DFM per il CNC. Ma ciò non significa che lo spigolo vivo non sia del tutto realizzabile, l'elettroerosione e il taglio a filo vengono spesso applicati per realizzare spigoli vivi, ma ovviamente costano molto di più del CNC. Pertanto, progettare angoli arrotondati il più a lungo possibile.
Spessore della parete sottile
Quando gli utensili CNC rimuovono il materiale dal metallo, questo spinge via il metallo. La forza che crea può deformare il muro rimasto se lo spessore del muro non è sufficiente. Quanto è sottile "magro"? Dipende dall'altezza della parete e anche dal materiale, per la parte tornita CNC dobbiamo pensare anche al diametro di ritaglio. È possibile ottenere spessori di parete più sottili per le parti in acciaio inossidabile e al carbonio, d'altro canto, rame, ottone e alluminio sono molto più facili da deformare. In generale, riteniamo che qualsiasi spessore della parete inferiore a 1 mm non sia un buon DFM. Ma ancora una volta ciò non significa che non sia assolutamente possibile realizzare uno spessore di parete di 0.5 mm in una parte in alluminio. In generale, cerca di evitare pareti molto sottili quando progetti parti metalliche.
Fori di piccolo diametro
Con alcuni ingranaggi o tecniche speciali, possiamo praticare un foro con un diametro di 0.5 mm, ma è molto difficile, c'è la possibilità che l'utensile si rompa. Qualsiasi foro con diametro inferiore a 1 mm non è considerato un buon DFM per il CNC. Possiamo ancora provare l'elettroerosione a filo o l'elettroerosione, o anche semplicemente praticare il foro a mano, ma in generale, cercare di evitare di progettare fori così piccoli è una buona pratica.
Buchi profondi
Quando il rapporto diametro/profondità di un foro è sufficientemente piccolo, dobbiamo considerare la rigidità dell'utensile di foratura (o dell'utensile di tornitura in caso di parti tornite), la gestione del truciolo (soprattutto per fori ciechi), la dissipazione del calore, il materiale grezzo e la tolleranza del foro. In parole povere, se il foro è troppo profondo rispetto al suo diametro, l'utensile di perforazione si piegherà e così anche il percorso, i trucioli sono difficili da rimuovere e causano problemi, e anche la dissipazione del calore è difficile, il che potrebbe causare il danneggiamento dell'utensile. essere ricotto o eccessivamente temprato. Tutto ciò potrebbe influenzare le tolleranze. E i materiali più duri come l’acciaio inossidabile, l’acciaio al carbonio e il titanio soffrono di più a causa dei fori profondi rispetto ai materiali più morbidi come il rame, l’ottone e l’alluminio. Inoltre ci sono problemi con la disponibilità e i costi degli utensili, poiché i fori più profondi richiedono materiali più duri e quindi costano di più.
In generale, quando il rapporto diametro/profondità di un foro è maggiore di ⅕, non ci sono problemi per quasi tutti i materiali. ⅕~⅛, iniziamo a vedere alcuni problemi di tolleranza per alcuni materiali duri, ma comunque gestibili. ⅛ ~ 1/12, una tolleranza elevata è molto difficile da ottenere e iniziamo a vedere problemi seri come utensile rotto, fori piegati, fori a forma di cono, ecc. Al di sotto di 1/12, sono suggeriti strumenti e macchine speciali.
Ancora una volta, i buchi profondi sono considerati un cattivo DFM, ma non del tutto impossibili da realizzare, dipende dal costo, dall'attrezzatura e dal tempo in cui si desidera investire.
Fessura stretta
Come i fori di piccolo diametro, la fessura troppo stretta richiede frese di diametro troppo piccolo ed è facile da rompere. Come i fori profondi, le fessure alte e strette richiedono utensili di fresatura lunghi e presentano lo stesso problema dei fori profondi. Durante la progettazione delle parti, cercare di evitare qualsiasi fessura inferiore a 0.8 mm o un rapporto larghezza/profondità inferiore a ⅛.
tolleranza:
La tolleranza di +/-0.05 mm per un diametro di 50 mm è molto più semplice da ottenere che per un diametro di 500 mm. Qualsiasi tolleranza dovrebbe essere discussa in relazione alla sua dimensione di base. Ovviamente, a parità di tolleranza, maggiore è la dimensione della base, più difficile sarà ottenerla. Per il servizio di lavorazione CNC, per le parti metalliche, applichiamo ISO2768 medio come standard per qualsiasi dimensione senza requisiti di tolleranza specifici e ISO2768 grossolano per le parti in plastica.
Per tolleranze più strette, sia la quantità che la qualità contano, la qualità qui significa quanto piccolo è l'intervallo di tolleranza e la quantità è il numero di punti in cui vengono applicate tolleranze più strette. Il requisito di due tolleranze di +/- 0.02 mm in una parte è molto più difficile di uno. Una tolleranza di 0.01 mm è ovviamente più difficile da ottenere rispetto a 0.02 mm.
In generale, la tolleranza di +/- 0.01 mm o equivalente per un pezzo di medie dimensioni (diciamo circa 100 mm o meno) rappresenta circa il limite di un produttore di CNC ragionevolmente buono.
Per un buon progetto DFM, provare ad applicare la tolleranza più stretta rispetto a ISO 2768 il meno possibile. E se possibile, cerca di non utilizzare alcuna tolleranza più stretta di +/- 0.01 mm.
Ancora una volta, una tolleranza tigre superiore a +/-0.01 non è assolutamente raggiungibile. Abbiamo prodotto parti in alluminio con un intervallo di tolleranza di 0~0.015 mm per blocchi cuscinetti ad alta velocità in un volume ridotto. E tolleranza di 0.006 mm per l'albero preciso in un volume enorme. Ma richiederà particolare attenzione, tecniche, processi complicati e talvolta un buon controllo dell’ambiente di lavoro.
Superfici curve complesse
Una superficie è tagliata in 2 curve da 2 sezioni normali. Se nessuna di queste due curve è una linea retta o un arco, la superficie è una superficie curva complessa. Nessuna linea retta significa che la macchina CNC non può applicare un normale utensile di fresatura a estremità piatta, nessun arco significa che un processo di tornitura CNC è fuori questione. Ciò significa che dobbiamo utilizzare una taglierina a sfera per modellare la superficie micron per micron. Ci vuole molto tempo e quindi è molto più costoso. Pertanto, per un buon DFM, utilizzare superfici curve complesse solo quando è assolutamente necessario.
Deformazione da stress interno
Lo "stress" è un tipo di forza, immagina un pezzo di metallo o plastica formato da piccole sezioni, lo stress interno significa letteralmente le forze tra quelle sezioni. Quando rimuoviamo alcune sezioni per creare una parte, parte di questa tensione interna scompare e il materiale si deforma. Non sarebbe un problema evidente se lo stress non fosse forte o non venisse rimosso troppo materiale. Ma per materiale in stock piuttosto grande e per una percentuale relativamente grande del materiale rimosso, si verificherà una notevole deformazione nelle parti finali. Esistono metodi per affrontare tali problemi durante la produzione. Potremmo ricotturare il materiale per rilasciare un po' di stress prima della lavorazione, oppure potremmo eseguire un processo di invecchiamento tra i processi, oppure potremmo tagliare meno materiale, quindi invecchiarlo e quindi tagliare i materiali rimanenti. Tutti questi metodi richiedono tempo e costi.
Un suggerimento di progettazione per ridurre l'effetto della deformazione da stress interno è quello di "girare", invece di rimuovere tutti i materiali in una determinata area, lasciare alcuni "giri" rimasti, questo potrebbe ridurre la possibilità di deformazione. Il design a sinistra è un design DFM migliore di quello a destra.