Was ist fertigungsgerechte Konstruktion (DFM)? Warum ist sie bei Blech so kritisch?

Die fertigungsgerechte Konstruktion (DFM) (Design for Manufacturability) ist ein systematischer Engineering-Ansatz, der die Anforderungen und Restriktionen des Fertigungsprozesses bereits in der Konstruktionsphase berücksichtigt. In der Blechfertigung werden Konstruktionsfehler in der Produktionsphase teuer. Durch die Anwendung der fertigungsgerechten Konstruktion (DFM) erkennen Sie diese Fehler bereits in der Konstruktionsphase und senken die Kosten.

Was ist DFM?

DFM (Design for Manufacturability, fertigungsgerechte Konstruktion) optimiert Geometrie, Toleranzen und Materialwahl bereits in der Konstruktionsphase, um Kosten und Fehlerrisiken zu senken. Im Blechbereich umfasst DFM Biegeradien, Lochabstände, Verschnitt und Schweißzugänglichkeit.

Was ist fertigungsgerechte Konstruktion (DFM) und warum ist sie notwendig?

DFM ist eine Engineering-Disziplin, die die Fertigbarkeit einer Konstruktion bewertet und Verbesserungsvorschläge liefert. Ziel ist es, Produkte zu konstruieren, die einfach zu fertigen, kostengünstig und von hoher Qualität sind. Geht man ohne DFM-Analyse in die Produktion, sind Werkzeugänderungen, zusätzlicher Arbeitsaufwand, erhöhter Ausschuss und Lieferverzögerungen unvermeidlich.

Einer Studie zufolge werden 70-80 % der Produktkosten in der Konstruktionsphase festgelegt. Änderungen nach Abschluss der Konstruktion kosten 10-100 Mal mehr als Änderungen in der Konstruktionsphase. Deshalb ist die frühzeitige Anwendung der DFM von entscheidender Bedeutung.

In der Blechindustrie umfasst die fertigungsgerechte Konstruktion (DFM) insbesondere die Prozesse Laserschneiden, CNC-Stanzen, Abkantbiegen, Schweißen und Montage in ihrer Gesamtheit. Jedes Fertigungsverfahren hat seine eigenen Regeln und Restriktionen.

DFM-Checkliste für Blech: Schneidregeln

Für das Laserschneiden und das CNC-Stanzen gelten die folgenden grundlegenden DFM-Regeln. Der minimale Lochdurchmesser muss gleich der Materialdicke oder größer sein. Beispielsweise beträgt der minimale Lochdurchmesser bei einem Blech von 1.5 mm Dicke 1.5 mm.

Kleinere Löcher lassen sich mit Sonderwerkzeugen oder per Laser einbringen, allerdings steigen die Kosten.

Der Mindestabstand zwischen Kanten muss das 2-Fache der Materialdicke betragen. Der Mindestabstand vom Lochrand zur Teilekante beträgt das 1-Fache der Materialdicke. Werden diese Abstände nicht eingehalten, entsteht beim Schneiden eine Deformation.

Für schmale Schlitze (Slots) muss die Mindestbreite der Materialdicke entsprechen. Zu schmale Schlitze verschlechtern die Laserschnittqualität und erschweren das Entgraten und Reinigen der Teile. In der Außenkonturgeometrie sind scharfe Innenecken zu vermeiden; es ist ein Mindestradius von R0.5 mm vorzusehen.

Blech-DFM: Biegeregeln und fertigungsgerechte Konstruktion

Die DFM-Regeln für Biegeoperationen sind der umfangreichste Teil des Prozesses der fertigungsgerechten Konstruktion (DFM). Der minimale Biegeradius muss der Materialdicke entsprechen. Der Mindestabstand von der Biegekante zum Lochmittelpunkt wird mit der Formel 2 x Dicke + Biegeradius berechnet.

Die minimale Schenkelhöhe muss größer sein als die halbe Öffnungsweite der V-Matrize. Wird beispielsweise eine 16 mm V-Matrize verwendet, muss die minimale Schenkelhöhe über 8 mm liegen. Kürzere Schenkel bergen beim Biegen ein Abrutschrisiko.

Bei gegenläufigen Biegungen muss der minimale ebene Abstand (Steg) mindestens 2 x V-Matrizenöffnung + Materialdicke betragen. Bei Z-Profil- und U-Profil-Konstruktionen wird diese Regel häufig verletzt, was zu Problemen in der Fertigung führt. Auch die Ausladung (Kehlentiefe) der Abkantpresse muss berücksichtigt werden.

DFM-Regeln für Verbindung und Montage

Bei Schweißverbindungen ist die Zugänglichkeit das wichtigste DFM-Kriterium. Damit die Schweißpistole die Verbindungsstelle erreichen kann, muss ausreichend Freiraum vorgesehen werden. Für das Punktschweißen wird eine minimale Flanschbreite von 12 mm empfohlen.

Bei Niet- und Schraubverbindungen bestimmen die Lochtoleranzen die Montagefreundlichkeit. Für eine M6-Schraube beträgt der Lochdurchmesser 6.5 mm, für M8 sind 8.5 mm das Standardmaß für Durchgangslöcher mit Spiel. Für Passlöcher wird dagegen der exakte Nenndurchmesser verwendet, und die Lochtoleranz muss H7 betragen.

Bei Einpressmuttern und Nietmuttern muss die Materialdicke die Mindestanforderungen erfüllen. Die Mindestdickenwerte aus dem Katalog des PEM-Mutternherstellers sind einzuhalten. Diese Daten finden Sie auf der offiziellen PEM-Website.

Automatische fertigungsgerechte Konstruktion (DFM) mit SolidWorks DFMXpress

SolidWorks DFMXpress ist ein integriertes Werkzeug, das Ihre Konstruktion automatisch anhand der DFM-Regeln prüft. Es enthält vorgefertigte Regelsätze für Fräs-, Dreh-, Blech- und Spritzgusskonstruktionen. Die in der Analyse gefundenen Probleme werden visuell am Modell markiert.

Im Blechmodus führt DFMXpress folgende Prüfungen durch: minimaler Biegeradius, Loch-Biegung-Abstand, minimale Schenkelhöhe, schmale Schlitzbreite und Prüfung auf scharfe Ecken. Zu jedem gefundenen Problem werden eine Erläuterung und ein empfohlener Wert angegeben.

Die DFMXpress-Ergebnisse können Sie als PDF-Bericht exportieren und mit Ihrem Lohnfertiger teilen. Dieser Bericht stärkt die Kommunikation zwischen Konstrukteur und Fertiger und beugt Missverständnissen vor.

Wie läuft der DFM-Prozess ab?

Ein systematischer DFM-Prozess besteht aus fünf Schritten. Im ersten Schritt stellt der Konstrukteur das 3D-Modell und die technischen Zeichnungen fertig. Im zweiten Schritt prüft der DFM-Spezialist das Modell anhand der Fertigungsrestriktionen.

Im dritten Schritt werden die problematischen Bereiche detailliert dokumentiert.

Im vierten Schritt nimmt der Konstrukteur die erforderlichen Überarbeitungen vor, und im fünften Schritt wird die überarbeitete Konstruktion erneut geprüft. Dieser Zyklus wird bis zur Produktionsfreigabe fortgesetzt. Als Burak Engineering bieten wir in jeder Phase dieses Prozesses professionelle Unterstützung.

Im DFM-Bericht wird für jedes Problem eine Prioritätsstufe (kritisch, hoch, mittel, niedrig) festgelegt. Kritische Probleme sind Fehler, die die Fertigung verhindern; Probleme hoher Priorität sind Fehler, die zu Kostensteigerungen führen; Probleme mittlerer Priorität sind Zustände, die die Qualität beeinträchtigen.

Fazit: Mit DFM Kosten senken und Qualität steigern

Die fertigungsgerechte Konstruktion (DFM) muss ein fester Bestandteil des Blechkonstruktionsprozesses sein. Frühzeitig angewendet kann DFM die Fertigungskosten um 20-50 % senken, die Lieferzeit verkürzen und die Teilequalität erhöhen. Das Werkzeug SolidWorks DFMXpress und eine professionelle DFM-Beratung sind dabei Ihre größten Helfer.

Als Burak Engineering bieten wir detaillierte DFM-Analysen, Konstruktionsüberarbeitung und Fertigungsbegleitung in SolidWorks und AutoCAD an. Kontaktieren Sie uns für Ihre Projekte über unsere Kontaktseite.