Transcript 7.2 Detaljkonstruktion

 IKOT Inlämningsuppgift 7.2 Anders Segerlund [email protected] Joakim Larsson [email protected] Toni Hastenpflug [email protected] Fredrik Danielsson [email protected] Hans Grüber [email protected] Inlämning 7.2 2 IKOT Innehållsförteckning 7.2 Detaljkonstruktion .................................................................................................................. 3 7.3 Produktionsanpassning & kostnadsuppskattning ....................................................... 5 7.3.1 Kostnadsuppskattning och jämförelse mellan olika tillverkningsprocesser ............ 5 Tillverkningskostnader ........................................................................................................................... 6 Materialval ................................................................................................................................................... 6 Möjliga processer för chassi ................................................................................................................... 6 Möjliga processer för montagen ........................................................................................................... 6 Möjliga processer för aktivator, släde och haken ........................................................................... 6 Möjliga processer för stång .................................................................................................................... 7 Möjliga processer för fjäder och dämpare ........................................................................................ 7 7.3.2 Monteringskostnad ........................................................................................................................ 9 7.4 Tillverkningsbarhet ............................................................................................................. 10 7.4.1 Design for Manufactoring, DFM ........................................................................................... 10 7.4.2 Design for assembly, DFA .......................................................................................................... 11 7.4.2 DFM och DFA för den egna produkten .............................................................................. 11 2 IKOT IKOT 3 7.2 Detaljkonstruktion I detta kapitel kommer detaljkonstruktionen för diskmaskindämparen att åskådliggöras. De detaljer som kommer att redovisas är de som skall tillverkas av gruppen dvs. alla delar förutom själva dämparen och fjädern. Varje detalj i figurerna kommer att ha en egen färg så det går att identifiera separata detaljer. Konstruktionen består av sju separata detaljer. Detaljerna är monterade i tre stycken delsystem som kan ses i figur 1. Figur 1. Översikt på hela dämparsystemet. Första delsystemet kan ses till höger i figur 2 och består av ett yttre chassi som tillsammans med det inre chassit i figur 7, som glider inuti det yttre, gör att systemet är stabilt och alltid är rakt. Detta delsystem består även av ett montage där dämpare och fjäder fästs. Figur 2. Yttre chassi tillsammans med ett montage. Figur 3. Montage för att fästa dämpare och fjäder. Delsystem två åskådliggörs av figur 4 och består av en släde, i rött, som glider inuti det yttre chassit. På släden är det monterat ett montage, i grönt, samt en aktivator, i svart. Aktivatorn är dels till för att kopplas samman med delsystem tre, figur 7, då maskinen IKOT 3 4 IKOT precis öppnas och fjädern spänns. Efter att luckan öppnats en viss vinkel kommer aktivatorn fram till hålet i det yttre chassit, se figur 2, och då tvingas upp i hålet och låses fast samtidigt som haken i delsystem tre blir fri. Luckan kan då röra sig fritt utan inverkan från fjäder och dämpare. När luckan sedan stängs kommer haken, figur 9, att tvinga ner aktivatorn igen, då kommer fjädern samt dämparen att aktiveras och därmed inverka på luckan igen. Aktivatorn och släden kopplas ihop med hjälp av en fjädrande rörpinne, FRP. Figur 4. Översikt av delsystem två bestående av släde, montage samt aktivator. Figur 5. Släde med hål för montaget och aktivatorn. 4 IKOT Figur 6. Aktivatorn med skåra för rörelse.
IKOT 5 Delsystem tre åskådliggörs av figur 7. Det består av det inre chassit, i grått, som glider i det yttre chassit. I chassit är en stång, figur 8, fastsatt som kopplar den samman med en hake, figur 9. Figur 7. Översikt av delsystem tre med inre chassi, stång samt hake. Figur 8. Stång. Figur 9. Hake. 7.3 Produktionsanpassning & kostnadsuppskattning 7.3.1 Kostnadsuppskattning och jämförelse mellan olika tillverkningsprocesser För att finna vilken tillverkningsmetod som är att föredra ur ekonomisk synpunkt görs en kostnadsuppskattning för att enkelt kunna se vilken metod som visar sig vara dyrast. Sådana undersökningar kan vara värdefulla att göra tidigt i projektets skedde för att anpassa konstruktionen efter hur mycket pengar man har tillgång till. IKOT 5 6 IKOT Tillverkningskostnader Den kostnadsuppskattningsmetod som användes är framtagen av K.G. Swift och bygger på följande formel: Där är den sammanlagda kostnaden för material och ett processteg, är materialets volym, är materialets pris per volymenhet, är en kostnadskoefficient relativt komponentens design och tolerans och är den grundläggande processkostnaden för en ideal design. Koefficienten bestäms i sin tur ur följande formel: beror på materialvalet, på detaljens komplexitet, på detaljens tjocklek och på toleranser eller ytjämnhet. Materialval Valet av material beror på olika faktorer. Hänsyn måste tas till seriestorleken som sattes till 10000 enheter per år. För att det ska bli ekonomiskt försvarbart måste billiga material med tillräcklig hållfasthet väljas. Efter avstämning med både Gustav Holmqvist och Antal Boldizar arbetades olika materialval fram. Då inga krav på vikt eller utseende på dämparen med fjädern ligger framme togs ingen hänsyn på dessa avseenden. Dock måste aspekter som diskmedel som fräter och korrosionsbeständighet på grund av vattnet i diskmaskinen tas med i framtagningen av materialet. För skenan och andra chassielement väljs följaktligen galvaniserat stål som är billigt och uppfyller lämpliga krav. För konstruktionen rymmande låsmekanismen och övriga detaljer väljs en konstruktionsplast som är slitstark och har en god glidegenskap. Möjliga processer för chassi Då chassit skall bestå av galvaniserat stål har gruppen kommit fram till att en av följande metoder bör vara lämplig: • Keramisk gjutning CMC • Plastisk bearbetning SMW • Sandgjutning SC Efter tillverkningsprocessen kommer chassit att galvaniseras med zink, för att få nå bättre rostbeständighet. Möjliga processer för montagen Även dessa två komponenter kommer att bestå av förzinkat stål. Tillverkningsmetoder är även dessa desamma som för tillverkningen av chassit. Möjliga processer för aktivator, släde och haken Dessa två komponenter skall göras i konstruktionsplast. Följande metoder skall studeras: • Formsprutning IM • Skärande bearbetning CNC • Pressgjutning CPM 6 IKOT IKOT 7 Möjliga processer för stång Produkten köps in från lämplig leverantör, då det är meningslöst att tillverka en stång utan några större toleranskrav själva. Möjliga processer för fjäder och dämpare Även dessa två komponenter köps in av leverantör. De olika tillverkningsmetoder som skall studeras ställs upp i tabeller nedan. Materialkostnader och kostnadskoefficient beroende på komponentens design visas i kommande tabeller: Chassi och montagedelar Tillverkningsmetod Pc Cmp CMC 21 1.3 SMW 11 2.0 SC 17 1.5 Aktivator, släde och hake Tillverkningsmetod Pc Cmp IM 25 1 CNC 15 1.1 CPM 22 1.2 Komponenternas formkomplexitet läses av ur tabellen på sida 259 i boken (K.G. Swift and J.D. Booker ”Process Selection – From design to manufacture” (second edition)) Chassi och montage läses av så att de får en gemensam formkomplexitetsfaktor, Cc och likaså aktivator, släde och hake. För delarna i stål läses denna faktor av till C2. Delarna i konstruktionsplast tyckes även dem ha faktor C2. Övriga faktorer att bestämma är sektionsfaktor, Cs, toleransfaktor Ct och ytfinhetsfaktor Cf. För att ha dessa bör nämnas att tjockleken på de olika komponenterna sätts till 3 mm och att ytfinheten, vilken spelar stor roll då komponenterna rör sig i förhållande till varandra. Denna faktor Cf sätts till 2. Dessa olika faktorer läses av på sidorna 263-­‐265 i ovanstående nämnda bok. Följande faktorer får de olika metoderna erhålls: Chassi och montage CMC: Cc=1.3 Cs=1.2 Cf=2 Ct=1 SMW: Cc=1.3 Cs=1.1 Cf=2 Ct=1 SC: Cc=1.3 Cs=1.2 Cf=2 Ct=1 IKOT 7 8 IKOT Aktivatorn, släde och hake IM: Cc=1.2 Cs=1.2 Cf=2 Ct=1.5 CNC: Cc=1.1 Cs=1.2 Cf=2 Ct=1.5 CPM: Cc=1.3 Cs=1.1 Cf=2 Ct=1.5 Med ovan framställda formler kan tillverkningskostnad per detalj, Mi och kostandskoefficient beroende på komponentens design Rc räknas ut. Materialets volym har satts till 0.2 dm3 på detaljerna i stål, samt 0.1 dm3 för detaljerna i plast. Materialkostnader, Cmt har hämtats ur Swift: Konstruktionsplast: 1000 kr/dm3 = 0.001 kr/mm3 Stål: 10000 kr/dm3= 0.01 kr/mm3 Chassi och montage CMC: Rc=4.056 Mi=285.176 SMW: Rc=5.72 Mi=262.92 SC: Rc=4.68 Mi=279.56 Här visar sig alltså plastisk bearbetning, SMW lämpa sig bäst. Att bocka och stansa en stålplåt låter som en relativt enkel tillverkningsprocess, vilket alltså stöder de framtagna värdena. Aktivator, släde och hake IM: Rc=2.88 Mi=82.000 CNC: Rc=2.904 Mi=53.56 CPM: Rc=3.432 Mi=85.504 För tillverkning av detaljerna i konstruktionsplast visar sig skärande bearbetning, CNC vara bäst lämpad. Detta var inte helt oväntat med tanke på den relativt låga tillverkningsserien (10000 st). Övriga metoder såsom formsprutning och extrudering kräver en tillverkningsserie uppemot 200 000 enheter för att vara ekonomiskt lönsam. 8 IKOT IKOT 9 7.3.2 Monteringskostnad Kostnaden för att montera en produkt beräknas enligt K.G Swift and Brooker ”Process selection – From Design To Manufacture” Beräkning av data baseras på beräkningsmodeller hämtade ur kapitel ”3.3 Manual assembly costing” Den kvantitet tillverkade detaljer vi använder oss av i vår beräkningsmodell är 10 000 exemplar. C1 = 0,31 pence/sek = 0,31 ∗ 10.13 = 3,14 öre/sek C1= Kostnad för manuell montering (kronor) H = Komponenthanteringsindex (sekunder) F = Komponentpassningsindex (sekunder) Vid 10 000 monterade exemplar blir monteringskostnaden 105 097,50 :-­‐ Ur tabellen ser vi att den komponent som tar längst tid att passa in, samt är dyrast att montera är stången. Detta ter sig naturligt då man studerar konstruktionen. !"#$%
!""#$%&'())*
34#$%&'())*
564"(7$%*%8""#$%&'())*
564"(7$%3%):;<$
>:;<$
?@"*A("6#
B(@$
>"C47
EF;<$#
G;HI(#$
EF;<#(4<$%#J#I*44$
K6"(:"%LJ#$M)"N
K6"(:"%L)$@M)"N
K6"(:"%L)$@N
&'
+,+,+
+
+,+
+
+,+,+,+,-
()
.,..,..,..,..,.,.,..,..,..,..,.-
(*
.
.
.
.
.
.
.
.,D
.,D
.,D
.
+,-./0
+,-+,-+,.+,.9,..
+,-.
+,.9,+9,+9,++,--
&1
+
+
+,/
+,/
+
+
+,/
+,/
+
+,/
+
(2
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
(1
.
.
+
.,.
.
.
+,.
.,.
3,4560
+
+
9,/
+,=
+
+
+,/
9,=
+
+,=
+
78,9:.;-./0
/+,+0
/+,+0
/+,+0
/+,+0
/+,+0
/+,+0
/+,+0
/+,+0
/+,+0
/+,+0
/+,+0
C ma (öre)
12,0+
12,0+
+.0,/9
==,12/,09
11,=1/,+=
+-0,+0
2=,.2
+9/,..
12,0+
+.-.,2=
+.,-+
+.-.21,-.
IKOT 9 1 IKOT 0 7.4 Tillverkningsbarhet 7.4.1 Design for Manufactoring, DFM Denna metod riktar in sig på att reducera en produkts tillverkningskostnader. Detta görs genom att först identifiera de delar av tillverkningen som driver upp kostnaden och sedan försöka ändra dessa delar så att kostnaden kan minskas. Enlig The Value Model består DFM av 5 huvuddelar, nämligen: • Beräkning av tillverkningskostnaden. Tillverkningskostnaden för olika produktkoncept med avseende på en specifik tillverkningsprocess beräknas och jämförs. Man beräknar och jämför även tillverkningskostnader för ett och samma produktkoncept med avseende på olika tillverkningsprocesser. På detta sätt kan man komma fram till vilken kombination av tillverkningsprocess och produktkoncept som ger den lägsta tillverkningskostnaden. Den kritiska faktorn vid val av tillverkningsprocess är ofta den produktionsvolym man önskar uppnå. En viss tillverkningsprocess kan vara lönande för en viss volym men direkt olönsam för en annan. Vid stora serier är det t.ex. oftast mera lönsamt att automatisera processen i så hög grad som möjligt till skillnad mot mindre serier som blir billigare att producera i en mer manuellt grad till följd av den höga initialkostnad som automatiseringen för med sig. • Val av tillverkningsprocess. Tillgängliga tillverkningsprocesser utvärderas och den bästa väljs utifrån detta. Här måste övervägas om en detalj är ekonomiskt lämplig att tillverka i den egna produktionen eller om den är billigare att köpa in utifrån. I detta avseende ska inte bara leverantörens pris och kvalitet värderas utan även den process som leverantören använder sig av. • Förenkling och optimering av tillverkningsprocessen. En tillverkningsprocess kan ofta förbättras. Exempel på förbättring kan vara att reducera antal steg i processen, eliminera mellanliggande kontroller och undvika justering och omställning av utrustningen genom att t.ex. försöka ha samma geometrier på flera delar av detaljen så att samma verktyg/maskininställning kan nyttjas. • Förenkla designen. Det är antalet detaljer i en produkt som driver upp tillverkningskostnaden. Genom att reducera antalet detaljer kan man alltså reducera tillverkningskostnaden. Det gäller även att använda så mycket standardelement som möjligt då användandet av dessa möjliggör en markant kostnadsminskning jämfört med att tillverka detaljer speciellt utformade för olika funktioner. • Anpassa designen för tillverkningsprocessen. Genom att modifiera designen hos en detalj så att den blir lättare att tillverka kan tillverkningskostnaden minskas rejält. Detta kan gälla allt ifrån medgivande av 1 IKOT 0 IKOT 1
1 det utrymme som en tillverkningsprocess kräver t.ex. vid svetsning, till att skapa en geometri så att detaljen kan spännas fast i t.ex. en svarvchuck. 7.4.2 Design for assembly, DFA Design for assembly är en metod som är baserad på forskning av Boothroyd och Dewhurst från 1987. Från början var metoden utformad att enbart omfatta manuell montering, men med tiden har den utvecklats till att omfatta även maskinell montering. Metoden bygger på att man reducerar, standardiserar och skapar symmetriska komponenter samt att man gör delarna enklare att hantera. För att motverka höga tillverkningskostnader eftersträvas att komponenten har få delar. För att underlätta detta kan man enligt metoden ställa tre frågor. Om svaret på dessa frågor är nej så är komponenten en kandidat för eliminering. Dessa frågor är • Rör sig komponenten i förhållande till andra delar? • Måste komponenten vara av annat material eller isolerad från andra delar? • Måste komponenten vara separerad från andra detaljer för att möjliggöra montering/demontering? För att få fram en så användarvänlig produkt som möjligt kan man studera monteringstiden. En kortare monteringstid tyder på mindre komplexitet hos produkten vilket kan indikera större användarvänlighet. 7.4.2 DFM och DFA för den egna produkten Olika tillverkningsprocesser har jämförts och utifrån detta har konstaterats att CNC-­‐
bearbetning är mest kostnadseffektivt för tillverkning av samtliga plastdetaljer pga. den låga tillverkningsvolymen. Alla plåtdetaljer tillverkas med klippning, bockning och stansning. Produkten som tagits fram innehåller relativt få komponenter. Det är möjligt att antalet komponenter skulle kunna reduceras ytterligare, men som konstruktionen ser ut idag är antalet reducerat så långt det går. Eftersom produkten ska tillverkas i ganska små serier och då tillverkningen inte kräver en så avancerad maskinpark skulle man mycket väl kunna tänka sig att tillverka produkten in-­‐house. Detta måste naturligtvis övervägas noga med utgångspunkt från anbud från underleverantörer. Designmässigt har stor vikt lagts på att skapa en så enkel design som möjligt för att reducera kostnaderna och förenkla tillverkningen. De flesta av plastdetaljerna är utformade så att monteringen dem emellan sker genom passning mellan hål och axel. Om man då väljer att ha samma hål-­‐ och axeldimensioner på samtliga av dessa detaljer, kan man vid tillverkningen av dem använda samma maskin och samma skärande verktyg vilket reducerar antalet maskin-­‐ och verktygsbyten. IKOT 1
1