กฎการออกแบบ DFM โลหะแผ่น: กฎการออกแบบที่ลดต้นทุนและป้องกันการแก้ไข

การแก้ไขโลหะแผ่นส่วนใหญ่ไม่ใช่ปัญหาในการผลิต — แต่เป็นปัญหาในการวาดรูปแบบ รูปที่อยู่ห่างจากเส้นโค้งงอเพียง 3 มม. ฟลานจ์ขนาด 5 มม. บนแผ่นโลหะหนา 3 มม. หรือรูปที่เจาะแบบ countersunk M6 บนแผงหนา 1.5 มม.: แต่ละรายการนี้อธิบายถึงชิ้นส่วนที่ไม่สามารถผลิตได้ตามขนาดที่กำหนด และโรงงานจะมีสามทางเลือก — ถาม, คาดเดา หรือทิ้งทิ้ง ซึ่งไม่มีทางเลือกใดที่ไม่มีต้นทุน กฎ DFM ด้านล่างนี้คือกฎที่เรานำไปใช้เมื่อตรวจสอบรูปแบบของลูกค้าก่อนจะอนุมัติคำสั่งซื้อ

รายละเอียด 5 ประการที่ก่อให้เกิดการแก้ไขมากที่สุด

• รูปที่อยู่ใกล้เส้นโค้งงอเกินไป รูปใดๆ ที่อยู่ภายในระยะ 2 × t + R จากเส้นโค้งงอจะดึงเข้ามาเป็นรูปไข่เมื่อฟลานจ์ถูกก่อสร้างขึ้น
• ฟลานจ์สั้นเกินไปสำหรับเครื่องมือ หากมีขนาดน้อยกว่าประมาณ 4 × t ฟลานจ์จะเลื่อนเข้าไปในแม่พิมพ์และรัศมีการโค้งงอจะพังทลาย
• ขนาดอ้างอิงถึงเส้นโค้งงอ การโค้งงอแต่ละครั้งจะเพิ่มค่าความคลาดเคลื่อน การวัดค่าต่อเนื่องผ่านการโค้งงอสี่ครั้งจะทำให้เกิดการสะสมค่าความคลาดเคลื่อนที่คุณไม่สามารถควบคุมได้
• อุปกรณ์ประกอบที่ไม่มีระยะว่าง อุปกรณ์ยึดแบบ self-clinching ต้องมีพื้นผิวแบนที่ไม้บิด ซึ่งเขตการโค้งงอไม่สามารถให้ได้
• ความขัดแย้งในการเสริมสร้างผิว การพ่นสี powder coat บน stud ที่ถูกเจียรหรือพื้นผิวสำหรับ gasket หมายความว่าใครสักคนต้องมาปิดด้วยมือ หรือขูดออกมาทีหลัง

รัศมีการโค้งงอ ความยาวของฟลานจ์ และ K-factor

รัศมีภายในของการโค้งงอจะถูกกำหนดโดยเครื่องมือ ยกเว้นว่าคุณจะระบุรัศมีที่เครื่องมือสามารถรักษาได้ การบังคับให้มีรัศมีที่แคบกว่าที่วัสดุอนุญาตจะทำให้แตกด้านนอกของการโค้งงอ และรอยแตกมักจะปรากฏในชุดผลิตภัณฑ์ที่ซ้ำกัน ไม่ใช่ในชิ้นแรก

รัศมีภายในขั้นต่ำตามวัสดุ

• โลหะเปลือยเย็น / แผ่นเหล็กอ่อน หนา 1–4 มม.: 0.8–1.0 × t ที่ 1.0 × t การโค้งงอจะเสถียรและสามารถทำซ้ำได้บนเครื่องมือมาตรฐาน
• 304/316 สแตนเลส ผลึก: 1.0 × t ขั้นต่ำ, 1.5 × t แนะนำ. สแตนเลสจะแข็งตัวจากการเปลี่ยนรูป ดังนั้นความเสี่ยงจะเกิดขึ้นกับชุดผลิตภัณฑ์ที่ตามมา ไม่ใช่ชิ้นแรก
• อลูมิเนียม 5052-H32: 0.8–1.0 × t — เกรดสำหรับการเปลี่ยนรูป; ใช้ตราบเท่าที่ชิ้นงานมีการโค้ง
• อลูมิเนียม 6061-T6: 3–4 × t, และยังควรพูดคุยกัน. ในทางปฏิบัติ ให้โค้ง 5052 และกำจัด 6061
• ฉีดสังกะสีแบบชุบชั้นเย็น: 1.0 × t ขณะที่ชั้นสังกะสียังคงสมบูรณ์ แต่ชั้นสังกะสีอาจแตก. ในกรณีที่ต้องการการป้องกัน ให้เปลี่ยนรูปก่อนแล้วชุบสังกะสีหลังจากนั้น — และออกแบบรูระบายน้ำและรูระบาอากาฟสำหรับอ่างชุบสังกะสี

ความยาวของฟลานจ์ขั้นต่ำ

การโค้งอากาศ 90° ใช้ V-die ที่เปิดออกประมาณ 6–8 × t และฟลานจ์จะต้องยาวพอที่จะถูกจับโดยไหล่ของเครื่องจักร. กฎการทำงานคือ 4 × t สำหรับการโค้ง 90° และ 6 × t สำหรับการโค้งที่มากกว่า 90°. ในเหล็ก 2 mm นั่นหมายถึงฟลานจ์ขั้นต่ำประมาณ 8 mm: ฟลานจ์ 5 mm ไม่สามารถผลิตได้โดยไม่มีเครื่องจักรพิเศษ ซึ่งจะกลายเป็นค่าใช้จ่ายเครื่องมือครั้งเดียว. ให้ใช้ค่า K-factor จากแผนภาพแบนของคุณ — ประมาณ 0.33 เมื่อรัศมีภายในเท่ากับความหนา — จากโรงงานที่จะผลิตชิ้นงาน ไม่ใช่จากค่าเริ่มต้นของ CAD

การวางตำแหน่งรู, ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางขั้นต่ำ และลักษณะการบรรเทาความเครียด

• รูถึงเส้นโค้ง: ขั้นต่ำ 2 × t + R, วัดจากเส้นโค้งภายในไปยังขอบที่ใกล้ที่สุดของรู; 3 × t เป็นที่ต้องการ. ต่ำกว่านั้นรูจะบิดเป็นรูปน้ำตา — ตัดหลังจากการเปลี่ยนรูป หรือแปลงเป็นรูปร่องพร้อมการบรรเทาความเครียด
• รูถึงขอบภายนอก: ขั้นต่ำ 1 × t, ที่ต้องการ 2 × t.การเจาะใกล้เกินไปจะทำให้ขอบแตกหรือวัสดุบวม. การตัดด้วยเลเซอร์สามารถทำได้บางเบา แต่พื้นที่รองรับรอบๆ สกรูเป็นขีดจำกัดที่แท้จริง
• เว็บระหว่างรู: ขั้นต่ำ 1 × t. ต่ำกว่าหนึ่งความหนาทั้งสองกระบวนการจะไมน่าเชื่อถือและเครื่องมือสึกหายเร็ว ซึ่งจะปรากฏในราคาของคุณแทนที่จะเป็นการปฏิเสธ

เกี่ยวกับขนาดรูขั้นต่ำ: การเจาะต้องมีรูอย่างน้อย 1 × t, ดังนั้นรู 2 mm ในเหล็ก 3 mm จะไม่สามารถเจาะได้เลย. การตัดด้วยเลเซอร์จะมีขีดจำกัดที่ประมาณ 0.5 × t หรือ 1.0 mm. สำหรับรูขนาดเล็กในวัสดุหนาตัวเลือกที่เป็นกลางคือการเจาะหรือ EDM และทั้งสองจะเปลี่ยนราคาตามสัดส่วนมากกว่าเปอร์เซ็นต์

การบรรเทาความเครียดที่โค้งและมุม

การบรรเทาความเครียดเป็นประกันที่ถูกที่สุดในการออกแบบโลหะแผ่น และเป็นสิ่งที่ถูกละเลยบ่อยที่สุด. การบรรเทาความเครียดที่โค้งคือการตัดเล็กๆ ที่ปลายของเส้นโค้งเพื่อหยุดการแตก; โดยไม่มีมัน การสร้างฟลานจ์ใกล้กับผนังตั้งฉากจะทำให้วัสดุแตกหรือบิดลักษณะใกล้เคียง และโรงงานจะเพิ่มการบรรเทาความเครียดเองหรือปฏิเสธชิ้นงาน

• ความกว้าง: อย่างน้อย 1 × t. ความลึก: อย่างน้อย R + t, โดยที่ 1.5 × t เป็นค่าเริ่มต้นที่ปลอดภัย
• การบรรเทาความเครียดที่มุมของชิ้นงานกล่อง: รัศมีอย่างน้อย R + 0.5 × t; มุมภายในคมที่จุดต่อกันหลังจากการเปลี่ยนรูปเป็นจุดเริ่มต้นของรอยแตก
• เมื่อไม่สามารถทำการบรรเทาความเครียดได้ ให้ย้ายเส้นโค้งเพื่ให้ลักษณะสองอย่างไม่ได้พบกัน

ฮาร์ดแวร์: สกรู, สกรูติดตั้ง และเกลียว

ฮาร์ดแวร์คือจุดที่การออกแบบหยุดเป็นแผ่นและกลายเป็นชุดประกอบ และเป็นจุดที่วินัย DFM ช่วยประหยัดเงินต่อชิ้นงานได้มากที่สุด

• สกรูติดตั้งตัวเอง: ระบุรูติดตั้งที่ค่าความผิดพลางของผู้ผลิต โดยทั่วไปคือ +0.08 / 0 mm. ตำแหน่งและความกลมทั้งสองสำคัญ เพราะสกรูจะถูกบีบเข้าไปด้วยการเคลื่อนที่
• ระยะจากการโค้ง: สกรูต้องมีพื้นราบของเส้นผ่านศูนย์กลางหัวทั้งหมด และขอบที่ใกล้ที่สุดควรอยู่ห่างจากเส้นโค้งภายในอย่างน้อย 3 × t + R — ใช้เหตุผลเดียวกันกับรู
• เรียบผิวเกราะ:การเจาะแบบตัด (cut taps) ในวัสดุที่มีความหนาน้อยกว่า 2 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางของเกลียวจะให้เกลียวได้ใช้งานได้หนึ่งหรือสองเกลียว และอาจเกิดการหลุดในระหว่างการใช้งาน ให้ใช้เกลียวแบบกด (forming tap), นิ้วหนีบ (clinch nut) หรือ นิ้วหมวกเชื่อม (welded nut)
• การทำร่องเจาะ (Countersinks):เครื่องทำร่องเจาะแบบเครื่องจักรจะเฉือนวัสดุออก และต้องการความหนาประมาณ 3 เท่าของความลึกของหัวสกรู (ประมาณ 7 มม. สำหรับสกรูแบบหัวแบน M4) ในแผงที่หนา 2 มม. ควรระบุให้ใช้การทำร่องเจาะแบบย่อยผิว (dimpled countersink) ซึ่งจะเคลื่อนย้ายวัสดุแทนที่จะเฉือนออก ทำให้หัวสกรูสามารถประกบได้อย่างสมบูรณ์ที่ความหนาเต็มที่
• นิ้วหมวกเชื่อม (weld studs) กับ นิ้วหมวกกด (clinch studs):นิ้วหมวกเชื่อมต้องมีพื้นที่ให้เครื่องเชื่อมสามารถเข้าถึงได้ และจะทิ้งรอยไว้บนผิวที่มองเห็นได้ ส่วนนิ้วหมวกกดจะทิ้งผิวด้านหน้าให้เรียบร้อย ซึ่งโดยทั่วไปเป็นสิ่งที่ตู้คอนโทลต้องการ

ค่าความเที่ยง (Tolerance): การสะสมของค่าความเที่ยงจริง

แผ่นโลหะไม่ใช่ชิ้นส่วนที่เกลี้ยงแบบเครื่องจักร และรายละเอียดที่กำหนดค่าความเที่ยงเหมือนชิ้นส่วนเครื่องจักรจะทำให้เกิดของเสียได้ มาตรฐานในโรงงานสำหรับตู้คอนโทลที่ถูกกดโค้งมีดังนี้: ±0.2 มม. สำหรับตำแหน่งรูบนแผงแบน (±0.1 มม. สามารถทำได้บนชิ้นส่วนที่เจาะด้วยเลเซอร์), ±0.25–0.5 มม. สำหรับระยะระหว่างจุดโค้งงอ, ±1° สำหรับมุมการโค้งงอ และความหนาของวัสดุตามที่จัดหามา — โดยทั่วไปจะเป็น ±0.1 มม. อย่ากำหนดค่าความเที่ยงของชิ้นส่วนสุดท้ายให้มีค่าที่แผ่นโลหะดิบไม่สามารถรักษาได้

ผลลัพธ์คือ ตู้ที่มีการโค้งงอถึง 6 จุดอาจเบียดเบนได้ถึง ±1.5 มม. ตามแนวต่อเชื่อม เมื่อแต่ละรายละเอียดถูกวัดจากจุดโค้งงอแต่ละจุดที่แตกต่างกัน วิธีแก้ปัญหาไม่ใช่การกำหนดค่าความเที่ยงที่เข้มงวดขึ้น แต่เป็นกลยุทธ์การกำหนดฐาน (datum strategy): กำหนดฐานหลักเพียงตัวเดียว — โดยทั่วไปจะเป็นจุดโค้งงอแรกหรือลักษณะที่ถูกกดโค้งที่ปรากฏในทุมมุมมอง — และวัดรายละเอียดสำคัญของจุติดต่อจากฐานนั้น การวัดแบบต่อเชื่อม (chain dimensions) ยอมรับได้สำหรับรายละเอียดที่ไม่สำคัญ เช่น จุดเข้าของสายไฟและตำแหน่งป้ายชื่อ ให้ทำเครื่องหมายว่ารายละเอียดใดที่เป็นความจริงแท้ที่สำคัญ แทนที่จะทิ้งให้โรงงานตัดสินใจเองว่าทุกอย่างสำคัญ และเมื่อมีสองชิ้นส่วนต่อกัน ให้กำหนดค่าความเที่ยงของจุติดต่อ แทนที่จะกำหนดค่าความเที่ยงของชิ้นส่วนนั้นๆ

รายละเอียดการเชื่อม การเสร็จสิ้น และการปิด

การเชื่อมเป็นกระบวนการที่ใช้ความร้อน และความร้อนจะทำให้โลหะเคลื่อนที่ ดังนั้นจึงควรออกแบบโดยพิจารณาการบิดเบือนนั้นๆ แทนที่จะคิดว่าช่างเชื่อมจะควบคุมมันได้

• ให้ใช้การเชื่อมแบบประจุ (stitch) ตามแนวต่อเป็นค่าเริ่มต้นการเชื่อมแบบต่อเนื่องบนแผงบางจะดึงชิ้นประกอบให้เบี้ยว ให้ระบุการเชื่อมแบบต่อเนื่องได้เฉพาะเมื่อมีความต้องการด้านการซึมน้ำ การรบกวนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) หรือโหลดโครงสร้างเท่านั้น
• การเข้าถึงและลำดับการเชื่อมสัญลักษณ์การเชื่อมในมุมที่เปลวไฟไม่สามารถเข้าถึงได้จะถูกละเลยหรือทำได้ไม่ดี ดังนั้นจึงควรระบุไว้ในหมายเหตุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีมิติสำคัญข้ามไปยังต่อเชื่อม ให้จัดลำดับการทำงานให้การกดโค้งงอครั้งสุดท้ายเกิดขึ้นหลังจากการใช้ความร้อน
• ความหนาของการพ่นผง (Powder coat thickness):พอลิเอสเตอร์คุณภาพภายนอกความหนา 60–100 ไมครอน เป็นฉนวนไฟฟ้า มันจะไม่สามารถสร้างวงจรดิน (ground path) ด้วยแรงบิดของสกรูเพียงอย่างเดียว ดังนั้น นิ้วหมวกดิน (ground studs), ตัวเสียบเกลียว (threaded inserts) และผิวไฟฟ้าที่จับคู่กันจะต้องถูกปิด (masked) ก่อนการพ่นผง และระบุไว้ในรายละเอียด
• รูระบายน้ำและรูระบายอากาศ:ตู้คอนโทลที่สามารถกักน้ำไว้ได้จำเป็นต้องมีรูระบายน้ำที่จุดต่ำสุด และตู้ที่มีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจำเป็นต้องมีรูระบายอากาศเพื่อสมดุลความดัน ตู้ที่ถูกปิดอย่างสมบูรณ์โดยไม่มีรูระบายอากาศจดซึมน้ำเข้ามาผ่านตัวกันซึมเองในระหว่าง "การหายใจ"
• สภาพขอบ (Edge condition):ขอบที่ถูกเจาะด้วยเลเซอร์มีความคม ให้ระบุการทำขอบเรียบ (deburring) หรือรัศมีเล็กๆ บนขอบใดๆ ที่คนจะสัมผัส และระบุว่าผิวที่มองเห็นได้เป็นแบบถูกแปรรูป (as-formed) หรือถูกแกะสลักเป็นเกริน (grain-brushed)

กฎ DFM ดังมองเห็นได้ในพรวน

เมื่อการตัดสินใจในด้านการออกแบบส่งผลต่อราคา

จุดปิดเดียว: ตรวจสอบแบบร่วมก่อนที่จะมีเครื่องมือจริง ทุกกฎข้างต้น แก้ไขบนจอภาพไม่มีค่าใช้จ่าย แต่หากแก้หลังจากผลิตชิ้นงานแล้ว จะทำให้เสียค่าทำเครื่องพิมพ์ ค่าทำแม่พิมพ์ หรือค่าเสียงานชุดแรก

Xingyuan Electric (Suzhou) Co., Ltd. ตั้งอยู่ที่เมืองหลีหลี อำเภออู่เจียง เมืองซูโจว ประเทศจีน ผลิตภัณฑ์คือตู้โลหะแผ่นและชุดวงจรไฟฟ้าสำหรับลูกค้าในด้านการจัดเก็บพลังงาน การชาร์จรถยนต์ไฟฉาย การผลิตขั้นสูง และการจัดการการกระจายไฟฟ้า บริษัทมีทีมงาน 30+ คน ในโรงงานผลิตขนาด 3,000 ตารางเมตร ด้วยเครื่องตัดด้วยเลเซอร์มากกว่า 20 เครื่อง รวมถึงเครื่องกดโค้ง CNC และเครื่องเชื่อม ส่งมอบงานมาตรฐานภายใน 7-15 วัน และสร้างงานทุกอย่างตามแบบหรือตัวอย่าง การตรวจสอบ DFM การตัด การกดโค้ง การเชื่อม การติดอะไหล่ และการเสร็จสิ้น ทำภายในบริษัททั้งหมด ดังนั้นความเป็นไปได้ในการผลิตจึงถูกกำหนดก่อนที่จะสั่งซื้อ ไม่ใช่หลังจากที่ชิ้นงานถูกเสียไปแล้ว