Thiết kế để Dễ sản xuất (DFM) giúp thu hẹp khoảng cách giữa thiết kế chi tiết lý thuyết và thực tế sản xuất. Ba nguyên tắc nền tảng chi phối việc áp dụng DFM hiệu quả:
Các nghiên cứu trong ngành cho thấy việc áp dụng những nguyên tắc này từ sớm có thể giảm 70% số lỗi (TechNH 2024) đồng thời cải thiện tỷ lệ sử dụng vật liệu từ 30–50% (Apollo Technical 2023).
Sự hợp tác chủ động về DFM giữa các đội thiết kế và kỹ thuật loại bỏ 83% các sửa đổi công cụ ở giai đoạn cuối. Các buổi đánh giá liên chức năng trong giai đoạn khái niệm giúp:
Sự thống nhất này làm giảm 40% thời gian phê duyệt mẫu ban đầu so với việc kiểm toán DFM sau thiết kế.
Khi DFM định hướng thiết kế khuôn ép phun, các nhà sản xuất đạt được:
| Đường mét | Được tối ưu hóa bởi DFM | Thiết kế Truyền thống |
|---|---|---|
| Sự ổn định thời gian chu kỳ | ±1.2% | ±4.8% |
| Kéo dài tuổi thọ khuôn | +60% | Mốc cơ sở |
| Tỷ lệ phế liệu | 0.8% | 6.3% |
Những cải tiến này cho phép mở rộng sản xuất liền mạch trong khi duy trì giá trị CpK >1.67 trong các đợt sản xuất quy mô lớn.
Chỉ 29% các nhà sản xuất áp dụng DFM một cách hệ thống, chủ yếu do:
Tuy nhiên, cứ mỗi 1 đô la đầu tư vào DFM sẽ tiết kiệm được 8–12 đô la chi phí do tránh phải sửa đổi khuôn và chậm trễ sản xuất.
Việc phân bố vật liệu và vị trí đặt cổng như thế nào sẽ tạo ra sự khác biệt thực sự về cả tính bền vững lẫn lợi nhuận cuối cùng. Giữ độ dày thành sản phẩm đồng đều trong khoảng 1,5 đến 3 mm đối với hầu hết các loại nhựa sẽ giúp ngăn ngừa các điểm nóng gây ra vấn đề trong quá trình làm nguội — yếu tố này thực tế chiếm khoảng một phần tư tổng thời gian lãng phí trong các chu kỳ sản xuất. Theo những phát hiện gần đây của các nhà nghiên cứu về làm việc với nhựa nhiệt dẻo, các công ty khi thiết kế lại hệ thống runner và vị trí cổng thường giảm được lượng vật liệu lãng phí từ 12% đến gần 20%, so với các phương pháp cũ. Một điều đáng lưu ý khác là các chi tiết có chuyển tiếp mượt giữa các độ dày khác nhau sẽ tạo ít lực cản hơn khi điền đầy, nghĩa là mỗi sản phẩm có thể được chế tạo nhanh hơn khoảng 15 đến thậm chí 30 giây so với trước.
Khi các bộ phận có hình dạng phức tạp, dụng cụ gia công sẽ trở nên đắt đỏ hơn nhiều, thường tăng khoảng 40 đến 60 phần trăm về chi phí. Hơn nữa, những hình dạng phức tạp này thường dễ gây ra nhiều lỗi hơn trong quá trình sản xuất như được minh họa bởi các nghiên cứu mô phỏng dòng chảy khuôn. Các phương pháp thiết kế nhằm mục đích sản xuất thường giải quyết vấn đề này bằng cách làm trơn các góc nhọn với bán kính từ nửa milimét đến một milimét. Điều này giúp vật liệu chảy tốt hơn trong khuôn đồng thời loại bỏ các điểm tập trung ứng suất gây hỏng hóc cho chi tiết. Theo số liệu ngành gần đây từ năm 2023, khoảng 78 phần trăm các nhà sản xuất hiện nay yêu cầu ít nhất phải có độ thoát khuôn 1 độ trên các thành phần lõi và lòng khuôn. Tại sao? Bởi vì nếu không có độ thoát, họ sẽ gặp phải rất nhiều vấn đề khi cố gắng đẩy sản phẩm hoàn chỉnh ra khỏi khuôn. Việc đơn giản hóa hình học chi tiết cũng giúp việc sản xuất dễ dàng hơn, vì cho phép bố trí tiêu chuẩn các chốt đẩy nhỏ khắp khuôn. Về lâu dài, sự tiêu chuẩn hóa này giúp giảm đáng kể chi phí bảo trì, tiết kiệm khoảng 25 phần trăm trong suốt năm năm sản xuất liên tục.
| Phạm vi dung sai | Khu vực ứng dụng | Tác động đến chi phí |
|---|---|---|
| ±0,025 mm | Các gioăng quan trọng | +18% |
| ±0,05mm | Các mối lắp ghép kết cấu | Mốc cơ sở |
| ±0,1 mm | Không quan trọng | -22% |
Ưu tiên dung sai chặt chỉ ở những vị trí thực sự cần thiết về mặt chức năng sẽ tránh được chi phí gia công không cần thiết. Việc áp dụng dung sai ±0,1 mm cho 70% các đặc điểm không quan trọng giúp giảm chi phí xử lý sau xuống 1,20–1,80 USD mỗi chi tiết trong sản xuất số lượng lớn. Phương pháp này đã giảm thất bại kiểm soát chất lượng 34% trong một nghiên cứu điển hình về bộ phận ô tô năm 2022, đồng thời duy trì tuân thủ ISO 9001.
Độ dày thành đồng đều (1–4 mm tùy theo vật liệu) ngăn ngừa hiện tượng lõm bề mặt, cong vênh và điền đầy không hoàn chỉnh. Sự thay đổi vượt quá 15% sẽ tạo ra tốc độ làm nguội không đồng đều – nguyên nhân chính gây mất ổn định kích thước. Các vùng chuyển tiếp giữa phần dày và mỏng nên sử dụng độ dốc dần (tỷ lệ dốc 3:1) để duy trì độ bền kết cấu đồng thời giảm thiểu mất cân bằng dòng chảy.
Các góc nghiêng tiêu chuẩn từ 1–3° mỗi bên cho phép đẩy sản phẩm đáng tin cậy đồng thời giảm thiểu dấu trầy. Các thành dày hơn (>3 mm) thường yêu cầu tăng góc nghiêng (lên đến 5°) để chống lại lực co ngót lớn hơn. Theo hướng dẫn phân tích DfM, các đặc điểm quan trọng như bề mặt có kết cấu có thể cần thêm 0,5° góc nghiêng cho mỗi độ sâu kết cấu 0,001" để tránh bị dính.
Để đảm bảo độ bền cấu trúc phù hợp mà không có những vết lõm khó chịu, các gân thường cần có chiều dày khoảng một nửa đến ba phần năm độ dày thành. Khi thiết kế các chi tiết này, các kỹ sư thường thấy rằng việc tạo bán kính đáy bằng khoảng một phần tư chiều cao của gân sẽ giúp phân bố ứng suất tốt hơn trên toàn bộ chi tiết. Và cũng đừng quên khoảng cách – giữ khoảng cách giữa chúng bằng hai lần chiều cao của gân thường giúp tránh được các vấn đề về dòng chảy vật liệu trong quá trình đúc. Nói về những yếu tố khác cần cân nhắc, khi làm việc với các trụ đỡ xung quanh chốt chèn, các nhà sản xuất thường duy trì độ dày thành ở mức khoảng ba phần tư so với phần xung quanh chúng. Phần gia cố thêm này rất quan trọng vì nếu không, các chi tiết có thể bị hỏng do áp lực từ cơ chế đẩy trong quá trình sản xuất.
DFM chủ động thay thế các bậc chốt vĩnh viễn bằng các khớp bấm, bản lề dẻo hoặc lắp ráp sau khi đúc. Khi không thể tránh khỏi, các lõi co lại hoặc con trượt nghiêng sẽ giảm độ phức tạp của khuôn so với các cơ cấu hành trình bên truyền thống. Đối với các bậc chốt nông (<0,5 mm) trong vật liệu linh hoạt, việc tách sản phẩm ra khỏi khuôn bằng lực có thể loại bỏ hoàn toàn các cơ cấu phụ trợ.
Thiết kế để sản xuất được dễ dàng giải quyết những vấn đề khó chịu mà chúng ta thường xuyên gặp phải trong các chi tiết đúc phun, chẳng hạn như vết lõm, biến dạng và không đầy khuôn, bằng cách đảm bảo hình học của chi tiết phù hợp với đặc tính thực tế của vật liệu trong quá trình gia công. Khi độ dày thành không đồng đều, nguyên nhân phổ biến gây ra các vết lõm này, các nhà sản xuất thường chuẩn hóa độ dày thành trong khoảng cộng hoặc trừ 0,25 milimét. Đối với các phần undercut có thể làm rối loạn việc thoát khuôn, kỹ sư sẽ thiết kế góc thoát từ 1 đến 3 độ hoặc tích hợp cơ chế hành trình bên vào thiết kế khuôn. Các nghiên cứu gần đây về dòng chảy vật liệu trở lại vào năm 2023 đã chỉ ra rằng khi các công ty áp dụng đúng các nguyên tắc DFM ngay từ đầu, họ chỉ gặp khoảng một nửa số sự cố mất cân bằng điền đầy so với việc cố gắng sửa chữa sau khi sản xuất đã bắt đầu.
Một nhà sản xuất thiết bị y tế liên tục gặp vấn đề với các vết lõm hình thành xung quanh các gân kết cấu trong sản phẩm của họ. Họ đã phải loại bỏ khoảng 12% sản lượng mỗi đợt sản xuất do vấn đề này. Khi xem xét vấn đề dưới góc độ DFM (Thiết kế để sản xuất), điều họ phát hiện ra khá rõ ràng. Các gân này quá dày so với thành phần bên cạnh, vượt quá phạm vi khuyến nghị 40-60% – đây là quy chuẩn thông thường trong khuôn ép phun. Sự mất cân đối này gây ra nhiều vấn đề về làm nguội trong quá trình sản xuất. Vì vậy, họ đã thực hiện một số điều chỉnh. Trước hết, họ giảm độ dày phần gốc của các gân xuống còn khoảng 45% độ dày thành phần kề bên. Sau đó, họ thêm các góc lượn nhỏ 0,5 mm tại các vị trí giao nhau giữa các bộ phận. Những thay đổi này mang lại hiệu quả rất lớn. Lực đẩy ra giảm gần một phần tư, và các vết lõm khó chịu cơ bản biến mất với tỷ lệ xảy ra dưới 0,7%. Ngoài ra, thời gian chu kỳ cũng được cải thiện khoảng 18%, vì các khu vực được tối ưu hóa làm nguội nhanh hơn nhiều so với trước.
Dữ liệu từ Ponemon Institute (2023) cho thấy các nhà sản xuất áp dụng DFM trong giai đoạn thiết kế khái niệm đạt được:
| Đường mét | Quy Trình Được Điều Chỉnh Theo DFM | Quy trình Truyền thống |
|---|---|---|
| Tỷ Lệ Khuyết Tật | 8.2% | 26.7% |
| Chu kỳ sửa đổi | 1.4 | 4.9 |
| Chi Phí Sửa Đổi Khuôn | $14,200 | $73,800 |
Việc áp dụng DFM sớm ngăn ngừa 68–72% các lỗi liên quan đến sự không tương thích hình học với các ràng buộc của quá trình đúc khuôn ép phun.
Phần mềm mô phỏng ép phun đã trở nên khá thiết yếu đối với các kỹ sư muốn phân tích cách vật liệu chảy, cách chúng làm nguội và phát hiện các khuyết tật tiềm ẩn ngay từ trước khi bắt đầu chế tạo khuôn thực tế. Tin tốt là các chương trình này có thể phát hiện sớm các vấn đề như không khí bị mắc kẹt, việc điền đầy không đồng đều và sự chênh lệch nhiệt độ ngay từ giai đoạn đầu của quá trình thiết kế. Điều này có nghĩa là các công ty không cần phải thực hiện nhiều phiên bản nguyên mẫu khi phát triển các chi tiết phức tạp. Một số nhà sản xuất báo cáo đã giảm được khoảng 40% các vòng lặp bổ sung này, mặc dù con số này còn phụ thuộc vào mức độ phức tạp của dự án. Khi nói đến việc bố trí cổng phun trong khuôn đa lòng, các mô hình kỹ thuật số giúp tìm ra vị trí tối ưu hơn để áp suất phân bố đều. Kết quả? Chất lượng sản phẩm đồng đều hơn và chu kỳ sản xuất ngắn hơn tổng thể.
Phân tích dòng chảy khuôn gần như là yếu tố thiết yếu trong những ngày này để giải quyết các vấn đề dai dẳng phát sinh sau quá trình làm nguội - ví dụ như hiện tượng co ngót và các ứng suất dư khó chịu mà không ai mong muốn. Theo một số nghiên cứu từ năm ngoái, khi các nhà sản xuất sử dụng các công cụ mô phỏng biến dạng trong thiết kế của họ, họ chỉ cần điều chỉnh hình học chi tiết khoảng 65% ít hơn trong quá trình sản xuất thực tế. Đây là một điểm rất quan trọng đối với bất kỳ ai đang cố gắng tiết kiệm thời gian và chi phí trên xưởng sản xuất. Quy trình tạo mẫu kỹ thuật số xem xét cách mà vật liệu hành xử khác nhau khi chúng được làm nguội, đặc biệt quan trọng đối với những khu vực thành mỏng phức tạp. Các kỹ sư có thể điều chỉnh độ dày thành từ rất sớm, trước khi những khuôn đắt tiền được đưa vào xưởng gia công, nhờ đó giúp giảm thiểu các rắc rối về sau.
Các nền tảng học máy ngày nay có thể lọc qua vô số phương án thiết kế để tinh chỉnh các hệ thống cổng và kênh làm mát nhằm đạt kết quả tốt hơn. Lấy ví dụ một hệ thống dựa trên nền tảng điện toán đám mây đã giảm thiểu tới gần ba phần tư những vết lõm khó chịu trong quá trình sản xuất các bộ phận ô tô, sau khi phân tích các hồ sơ hiệu suất khuôn trước đó. Điều làm nên sự hữu ích thực sự ở đây là cách các công cụ này hiện nay có thể hoạt động trực tiếp bên trong các chương trình CAD, cho phép các nhà thiết kế nhận được phản hồi tức thì về các vấn đề khả năng chế tạo ngay trong lúc họ đang phác thảo ý tưởng ở giai đoạn đầu tạo khuôn ép nhựa. Kiểu tích hợp như vậy giúp tiết kiệm thời gian và chi phí vì các vấn đề được phát hiện sớm hơn nhiều trong quy trình.
Tin Tức Nổi Bật2024-04-25
2024-03-06
2024-03-06
2024-03-06
2024-03-06
2024-08-09
Sản phẩm chính của WishSINO bao gồm Khuôn ép phun, Thiết kế và Phát triển sản phẩm, In 3D, Sản phẩm ép phun nhựa, Khuôn IMD, v.v.
Thành phố dongguan, tỉnh guangdong, Trung Quốc
Bản quyền © 2024 bởi Công ty TNHH Công nghệ WishSINO Chính sách bảo mật
EN
AR
HR
CS
DA
NL
FI
FR
DE
EL
IT
JA
KO
NO
PL
PT
RO
RU
ES
SV
TL
ID
LT
SK
SL
VI
TH
TR
AF
MS
GA
BN
HMN
LO
LA
MI
MN
NE
MY
UZ
