Что такое проектирование с учётом технологичности (DFM)? Почему это критично для листового металла?

Проектирование с учётом технологичности (DFM) (Design for Manufacturability) — это системный инженерный подход, учитывающий требования и ограничения производственного процесса уже на этапе проектирования. В производстве изделий из листового металла ошибки проектирования дорого обходятся на этапе изготовления. Применяя проектирование с учётом технологичности (DFM), вы выявляете эти ошибки на этапе проектирования и снижаете затраты.

Что такое DFM?

DFM (проектирование с учётом технологичности) — оптимизация геометрии, допусков и материалов на этапе проектирования для снижения стоимости и риска брака. В листовом металле DFM охватывает радиусы гиба, расстояния до кромок, процент отходов и доступ для сварки.

Что такое проектирование с учётом технологичности (DFM) и зачем оно необходимо?

DFM — это инженерная дисциплина, которая оценивает технологичность конструкции и предлагает рекомендации по её улучшению. Цель — проектировать изделия, простые в изготовлении, недорогие и высокого качества. Если запустить производство без DFM-анализа, замена оснастки, дополнительные трудозатраты, рост брака и задержки поставок становятся неизбежными.

По данным исследований, 70-80 % себестоимости изделия закладывается на этапе проектирования. Изменения, внесённые после завершения проектирования, обходятся в 10-100 раз дороже, чем изменения, выполненные на этапе проектирования. Поэтому раннее применение DFM имеет критическое значение.

В отрасли листового металла проектирование с учётом технологичности (DFM) охватывает в полном объёме процессы лазерной резки, координатной пробивки на CNC-прессах, гибки на листогибочном прессе, сварки и сборки. У каждого метода производства есть свои правила и ограничения.

DFM-чек-лист для листового металла: правила резки

Основные правила DFM для лазерной резки и координатной пробивки на CNC-прессах таковы. Минимальный диаметр отверстия должен быть равен толщине материала или превышать её. Например, для листа толщиной 1.5 мм минимальный диаметр отверстия составляет 1.5 мм.

Отверстия меньшего диаметра можно выполнить специальным инструментом или лазером, однако это увеличивает стоимость.

Минимальное расстояние между кромками должно составлять 2 толщины материала. Минимальное расстояние от кромки отверстия до кромки детали — 1 толщина материала. Если эти расстояния не выдержаны, при резке возникает деформация.

Для узких пазов (слотов) минимальная ширина должна быть равна толщине материала. Слишком узкие пазы снижают качество лазерной резки и затрудняют очистку деталей. В геометрии наружного контура следует избегать острых внутренних углов и применять минимальный радиус R0.5 мм.

DFM для листового металла: правила гибки и анализ технологичности

Правила DFM для операций гибки — самая обширная часть процесса проектирования с учётом технологичности (DFM). Минимальный радиус гиба должен быть равен толщине материала. Минимальное расстояние от линии гиба до центра отверстия рассчитывается по формуле 2 x толщина + радиус гиба.

Минимальная высота полки должна быть больше половины раскрытия V-образной матрицы. Например, если используется V-матрица 16 мм, минимальная высота полки должна превышать 8 мм. Более короткие полки создают риск соскальзывания при гибке.

При встречных гибах минимальный плоский участок (перемычка) должен составлять не менее 2 x раскрытие V-матрицы + толщина материала. В конструкциях Z-образного и U-образного профиля это правило часто нарушается, что приводит к проблемам на производстве. Необходимо также учитывать глубину зева листогибочного пресса.

Правила DFM для соединений и сборки

В сварных соединениях важнейший критерий DFM — доступность. Необходимо предусмотреть достаточный зазор, чтобы сварочная горелка могла добраться до места соединения. Для точечной сварки рекомендуется минимальная ширина полки 12 мм.

В заклёпочных и болтовых соединениях допуски отверстий определяют удобство сборки. Для болта M6 диаметр отверстия составляет 6.5 мм, для M8 — 8.5 мм; это стандартные размеры отверстий с зазором. Для установочных отверстий, напротив, используется точный номинальный диаметр, а допуск отверстия должен быть H7.

В случае запрессовываемых гаек и заклёпочных гаек толщина материала должна отвечать минимальным требованиям. Необходимо соблюдать минимальные значения толщины из каталога производителя гаек PEM. Эти данные доступны на официальном сайте PEM.

Автоматический анализ технологичности (DFM) с помощью SolidWorks DFMXpress

SolidWorks DFMXpress — встроенный инструмент, который автоматически проверяет вашу конструкцию на соответствие правилам DFM. Он содержит готовые наборы правил для фрезерования, токарной обработки, листового металла и литьевых форм. Обнаруженные при анализе проблемы визуально отмечаются на модели.

В режиме листового металла DFMXpress выполняет следующие проверки: минимальный радиус гиба, расстояние от отверстия до гиба, минимальная высота полки, ширина узкого паза и контроль острых углов. Для каждой найденной проблемы выводятся пояснение и рекомендуемое значение.

Результаты DFMXpress можно экспортировать в виде PDF-отчёта и передать вашему подрядчику по изготовлению. Такой отчёт укрепляет коммуникацию между конструктором и производителем и предотвращает недопонимание.

Как устроен процесс DFM?

Системный процесс DFM состоит из пяти шагов. На первом шаге конструктор завершает 3D-модель и технические чертежи. На втором шаге специалист по DFM проверяет модель на соответствие производственным ограничениям.

На третьем шаге проблемные зоны подробно документируются.

На четвёртом шаге конструктор вносит необходимые изменения, а на пятом шаге переработанная конструкция проверяется повторно. Этот цикл продолжается до утверждения в производство. Burak Engineering обеспечивает профессиональную поддержку на каждом этапе этого процесса.

В DFM-отчёте каждой проблеме присваивается уровень приоритета (критический, высокий, средний, низкий). Критические проблемы — это ошибки, блокирующие производство; проблемы высокого приоритета — ошибки, ведущие к росту затрат; проблемы среднего приоритета — ситуации, влияющие на качество.

Итог: снижайте затраты и повышайте качество с DFM

Проектирование с учётом технологичности (DFM) должно быть неотъемлемой частью процесса проектирования изделий из листового металла. Применённый на раннем этапе DFM-анализ способен снизить себестоимость производства на 20-50 %, сократить сроки поставки и повысить качество деталей. Инструмент SolidWorks DFMXpress и профессиональный DFM-консалтинг — ваши главные помощники в этом процессе.

Burak Engineering предлагает услуги детального DFM-анализа, доработки конструкции и сопровождения производства в SolidWorks и AutoCAD. По вопросам ваших проектов свяжитесь с нами через страницу контактов.