السؤال الكامن وراء السؤال
"هل يجب تشكيل هذا الجزء أو صب القالب أو قولبة الحقن ؟" هو في الحقيقة سؤال حول الكمية والتوقيت ومدى استقرار التصميم. لكل عملية رصيد مختلف من تكلفة الأدوات الأولية وتكلفة الجزء الواحد. عند الحجم المنخفض، عادة ما تفوز العملية التي لا تحتوي على أدوات. في الحجم الكبير، تفوز العملية ذات التكلفة الأقل لكل جزء، حتى لو كانت أدواتها باهظة الثمن. تعتمد نقطة التقاطع على الجزء، لذلك يشرح هذا الدليل العوامل بدلاً من تسعير الأرقام الثابتة.
العمليات الثلاث باختصار
التصنيع باستخدام الحاسب الآلي
يقطع الجزء من المخزون الصلب. لا توجد أدوات خاصة بجزء معين بخلاف التركيبات، لذلك يمكن تصنيع الجزء الأول في أيام. تكون تكلفة كل جزء مدفوعة بوقت الماكينة والمواد، وتبقى ثابتة إلى حد ما مع نمو الكمية.
سبك في قوالب
حقن المعدن المنصهر، عادة سبائك الألومنيوم أو الزنك، تحت ضغط عال في قالب فولاذي مقسى. تكلفة القالب كبيرة ويتم قياس المهلة الزمنية للقالب بالأسابيع. بمجرد وجود القالب، تخرج الأجزاء بسرعة، بتكلفة منخفضة لكل جزء.
قولبة بالحقن
حقن البلاستيك المصهور في قالب من الصلب أو الألومنيوم. مثل صب القوالب، فإنه يحتاج إلى أداة أولاً ثم يصنع الأجزاء بسرعة وبتكلفة زهيدة. تتراوح الأدوات من قوالب النموذج الأولي للألمنيوم الأبسط إلى قوالب إنتاج الصلب المقوى متعددة التجاويف.
كيف تتصرف منحنيات التكلفة
التكلفة الإجمالية للتشغيل تساوي تكلفة الأدوات بالإضافة إلى تكلفة الجزء الواحد مضروبة في الكمية. قسّم على الكمية للحصول على التكلفة لكل جزء.
- تبدأ الآلات بأدوات منخفضة أو معدومة، لذا فإن التكلفة لكل جزء معقولة حتى بالنسبة للقطعة الواحدة، لكنها لا تنخفض إلا ببطء مع الكمية
- يبدأ الصب والقولبة بتكلفة أدوات كبيرة، وبالتالي فإن الأجزاء القليلة الأولى مكلفة للغاية لكل جزء، لكن تكلفة كل جزء تنخفض بشكل حاد حيث تنتشر الأدوات على المزيد من القطع
- في مكان ما على طول محور الكمية، تتقاطع المنحنيات ؛ بعد تلك النقطة، تكون العملية المدروسة أرخص
تتحرك نقطة التقاطع مع حجم الجزء والتعقيد والمواد والتفاوت. قد يفضل مشبك بلاستيكي صغير وبسيط الصب في بضع مئات من القطع، في حين قد يظل مبيت الألمنيوم الكبير والمعقد مكوّنًا بالآلاف.
العوامل التي تحرك التقاطع
| العامل | يدفع نحو التشغيل الآلي | يدفع نحو العمليات المدروسة |
|---|---|---|
| الكمية السنويه | منخفضة أو غير مؤكدة أو لمرة واحدة | عالية وثابتة على مر السنين |
| نضج التصميم | لا يزال يتغير | تم تجميدها والتحقق من صحتها |
| التفاوت | ضيق جدًا على العديد من الميزات | متوسطة، مع عدد قليل من الميزات الآلية |
| حجم القطعة | الأجزاء الكبيرة ذات أوقات الدورات الطويلة مكلفة للآلة ؛ كما أن القوالب الكبيرة مكلفة أيضًا | الأجزاء المتوسطة والصغيرة |
| احتياجات مادية | سبائك محددة أو مواد بلاستيكية عالية الأداء | سبائك الصب القياسية أو راتنجات الصب |
| الوقت المستغرق للوصول إلى الأجزاء الأولى | بالأيام | من أسابيع إلى أشهر للأدوات |
| الهندسة | جيوب عميقة يمكن الوصول إليها من جوانب قليلة | الجدران الرقيقة والأضلاع والأشكال المعقدة في لقطة واحدة |
الاختلافات المادية المهمة
سبائك القالب المصبوب ليست هي نفسها السبائك المشغولة. تحتوي سبائك صب قالب الألومنيوم الشائعة، مثل A380، على المزيد من السيليكون من أجل السيولة، ولها ليونة أقل من تلك المستخدمة في 6061 وعادة ما تحتوي على بعض المسامية. يتم طلاءها بأكسيد الألومنيوم بشكل سيئ، مما يعطي تشطيبًا رماديًا وغير متساوٍ، لذلك غالبًا ما يتم طلاء الأجزاء المصبوبة أو تغليفها بالمسحوق. توفر مصبوبات قوالب الزنك تفاصيل دقيقة وتشطيبًا ممتازًا للسطح للأجزاء الصغيرة.
تختلف الدرجات البلاستيكية المقولبة عن المخزون البلاستيكي الميكانيكي أيضًا. تتوفر العديد من الراتنجات فقط كدرجات صب، في حين يتم تشكيل بعض المواد عالية الأداء بسهولة أكبر من تشكيلها. تعمل الحشوات مثل الألياف الزجاجية على تحسين الصلابة ولكنها تؤثر على تشطيب السطح وتباين الخواص.
إذا كان النموذج الأولي الآلي سيؤدي إلى جزء إنتاج مصبوب أو مصبوب، فاختبره بمواد الإنتاج في أقرب وقت ممكن.
الاختلافات الهندسية
يمكن أن يكون للأجزاء الآلية أي سمك جدار تقريبًا، وحواف خارجية حادة وميزات في العديد من الاتجاهات، ولكن الزوايا الداخلية لها دائمًا نصف قطر القاطع، والجيوب الضيقة العميقة بطيئة.
تحتاج الأجزاء المصبوبة والمصبوبة إلى زوايا مسودة على الجدران الموازية لفتحة الأداة، وسماكة جدار موحدة لتجنب الحوض والمسامية، وأنصاف الأقطار السخية، ومن الناحية المثالية، عدم وجود تقويضات. تتطلب القطع السفلي شرائح أو رافعات تضيف تكلفة الأداة. تحل الأضلاع محل الأجزاء الصلبة السميكة.
عادة ما يحتاج الجزء المصمم للتشغيل الآلي إلى إعادة تصميم قبل أن يتم تشكيله أو صبّه بكفاءة. خطط لإعادة تصميمها بدلاً من اكتشافها عند تسعير الأدوات.
النهج الهجينة
الخيار ليس دائمًا عملية واحدة أو أخرى.
الصب والماكينة
يلقي القالب الشكل القريب من الشبكة، ثم يصنع الثقوب والوجوه والخيوط الحرجة. هذا أمر شائع جدًا للمبيتات والأقواس.
أدوات الجسر
استخدم قالب نموذج أولي أبسط أو قالب لأحجام الإنتاج المبكرة بينما يستقر التصميم، ثم انتقل إلى أداة الإنتاج.
الجهاز أولاً، الأداة لاحقًا
قم بالإطلاق باستخدام القطع الآلية، وجمع الملاحظات الميدانية، ثم استثمر في الأدوات بمجرد أن يصبح الطلب واضحًا. يتجنب التشغيل الآلي الرهان على الأدوات لتصميم قد لا يزال يتغير.
القوالب العائلية والأدوات متعددة التجاويف
قم بدمج العديد من الأجزاء ذات الصلة في أداة واحدة، أو قم بعمل العديد من التجاويف للحصول على مخرجات أعلى، لتوزيع تكلفة الأدوات.
نقطة بداية قائمة على الحجم
هذه النطاقات ليست سوى نقاط بداية تقريبية ويمكن أن تتغير على نطاق واسع مع تفاصيل الأجزاء:
- النماذج الأولية والكميات المنخفضة للغاية: التصنيع باستخدام الحاسب الآلي، أو الطباعة ثلاثية الأبعاد لفحص النماذج
- كميات منخفضة إلى متوسطة مع تصميم غير مستقر: التشغيل الآلي، ربما باستخدام أدوات الجسر للبلاستيك
- كميات ثابتة متوسطة إلى عالية من الأجزاء البلاستيكية: قولبة بالحقن
- كميات ثابتة متوسطة إلى عالية من العلب المعدنية: صب القوالب، عادة مع الآلات الثانوية
- كميات عالية جدًا من الأجزاء المعدنية الصغيرة: صب القوالب، أو عمليات أخرى مثل الختم حيث تسمح الهندسة
اطلب دائمًا عروض الأسعار بالكميات الفعلية المخطط لها. لا يمكن تحويل عرض سعر لـ 100 قطعة إلى 10,000 قطعة بمجرد الضرب.
أسئلة يجب تسويتها قبل الاختيار
- ما هي الكمية المطلوبة الآن، وما هو الحجم السنوي الواقعي على مدى عمر المنتج ؟
- ما مدى احتمال تغيير التصميم في العام المقبل ؟
- ما هي الميزات التي تحتاج إلى تفاوتات على مستوى الآلات ؟
- هل يجب أن تكون المادة عبارة عن سبيكة مشغولة محددة أو بلاستيك هندسي ؟
- متى تكون هناك حاجة إلى قطع الإنتاج الأولى ؟
- هل يمكن إعادة تصميم الجزء للجدران المسودة والموحدة ؟
التكاليف المخفية التي يجب تضمينها
ليست الأدوات هي التكلفة الأولية الوحيدة. عادة ما تحتاج الأجزاء المقولبة والمصبوبة إلى فحص المنتج أولاً والموافقة على العينة قبل الإنتاج، وصيانة الأداة على مدار عمر البرنامج، وربما تعديلات الأداة إذا تغير التصميم. تحتوي الأجزاء الآلية على تكاليف الإعداد والبرمجة الخاصة بها لكل دفعة، والتي تهم عمليات إعادة الطلب الصغيرة. احسبها عند مقارنة الخيارات، وليس فقط سعر الأداة وسعر الجزء.
كما تستحق ملكية الأدوات وتخزينها التوضيح مقدمًا، خاصة بالنسبة للبرامج طويلة الأمد.
الجودة والاتساق على مدار
يغير اختيار العملية أيضًا الشكل الذي تبدو عليه الجودة. يتم قياس الأجزاء الآلية حسب الميزة، وتعتمد كل دفعة على الإعداد وحالة الأداة، لذلك فإن القطعة الأولى والفحوصات قيد المعالجة مهمة. بمجرد الموافقة على القالب أو القالب، تميل الأجزاء إلى أن تكون قابلة للتكرار بشكل كبير من اللقطة إلى اللقطة، ولكن لا يزال تآكل الأداة وانجراف العملية بحاجة إلى المراقبة، وقد تحتاج أجزاء الصب إلى فحوصات المسامية مثل الأشعة السينية على المناطق الحرجة.
يمكن أن تتقلص الأجزاء البلاستيكية المقولبة وتلتوي بشكل مختلف مع تغير إعدادات العملية. عادة ما يقفل قالب الإنتاج إعدادات العملية بعد الموافقة على العينة بحيث تتطابق الأجزاء اللاحقة مع المواد الأولى المعتمدة.
الاستدامة والهدر
تحول الآلات حصة كبيرة من المخزون إلى رقائق، والتي عادة ما يتم إعادة تدويرها ولكنها لا تزال تمثل المواد والطاقة. ينتج الصب والقولبة أشكالًا قريبة من الشبكة مع نفايات أقل لكل جزء، بالإضافة إلى العدائين والبوابات التي يمكن في كثير من الأحيان إعادة تنظيمها أو إعادة صهرها. في الحجم الكبير، هذه الكفاءة هي جزء من سبب فوز العمليات المدروسة.
الملخص
التشغيل الآلي سريع البدء ومرن ومثالي للنماذج الأولية والأحجام المنخفضة والتصاميم المتغيرة. يكلف صب القالب وقولبة الحقن أكثر للبدء ولكن صنع كميات كبيرة بتكلفة رخيصة. استخدم الكميات الواقعية، ويجب أن يختار نضج التصميم والتفاوت، ولا تتردد في البدء بالتشغيل الآلي والتبديل عندما يبرر الطلب الأدوات.