多年來，模具制造技術(shù)取得了長足的發(fā)展，我們對制造設(shè)計(jì) (DFM) 的整個(gè)過程的了解也在不斷增加。我們已經(jīng)意識到，不僅要考慮高效成型的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)，還要考慮模具、成型和工具維護(hù)之間的聯(lián)系很重要。

在佳能弗吉尼亞，制造設(shè)計(jì)和在制造環(huán)境中運(yùn)行我們自己的工具的經(jīng)驗(yàn)使我們更加關(guān)注維護(hù)設(shè)計(jì)。我們已經(jīng)意識到在設(shè)計(jì)過程中考慮這兩個(gè)因素很重要，因此在本文中，我們向您介紹了我們所說的 DFM 2。

制造設(shè)計(jì)

眾所周知，降低成本最成熟的方法是從設(shè)計(jì)之初就考慮到制造。如果不仔細(xì)考慮零件的設(shè)計(jì)及其制造方式，制造和裝配成本就會(huì)增加。話雖如此，傳統(tǒng)的 DFM 可以很容易地被今天的許多東西取代——一個(gè)是可塑性設(shè)計(jì)。我們發(fā)現(xiàn)自己會(huì)問這樣的問題：

在佳能弗吉尼亞，我們一直負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)零件、制造工具和批量生產(chǎn)該零件。盡管我們可能不會(huì)針對我們承擔(dān)的每項(xiàng)工作都參與這些流程中的每一個(gè)，但這種經(jīng)驗(yàn)使我們能夠在設(shè)計(jì)工具時(shí)考慮所有各方的綜合成本。

預(yù)先進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹圃煸O(shè)計(jì)所花費(fèi)的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于在流程后期進(jìn)行修正的相關(guān)成本。我們都看到，DFM 可以極大地改變所有相關(guān)方的結(jié)果。

對于刀具制造商來說，它可以通過考慮下游成本來提高加工難度，簡化模具，贏得客戶。對于成型商而言，它保持穩(wěn)健的工藝窗口，提高可重復(fù)性和質(zhì)量，并使工具維護(hù)更容易。對于最終制造商而言，它可以確保傳入的零件符合規(guī)格，減少裝配過程并提高產(chǎn)品質(zhì)量。了解下游各方的結(jié)果很重要。

例如，我們最近有一個(gè)使用扭配合的兩件式組件。雖然一開始的想法看起來很簡單，但它會(huì)使下游的成型和制造變得復(fù)雜。將零件裝配在一起的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)會(huì)很棘手。最終制造商將不得不增加人工來扭曲每一件或創(chuàng)建更昂貴的自動(dòng)化組裝過程的成本。

更好的解決方案是壓配合或卡扣配合。雖然在設(shè)計(jì)中添加底切稍微復(fù)雜一些，但它在組裝方面顯著節(jié)省了下游成本。這只是一個(gè)簡單的例子，但它很好地說明了原則——牢記生產(chǎn)過程中的所有利益相關(guān)者。

通過模擬成型過程的軟件，我們能夠在投入生產(chǎn)之前看到每個(gè)工具的運(yùn)行情況。我們能夠預(yù)測許多事情，例如流線和匯流區(qū)域的位置，以及翹曲、壓力和流速。這些預(yù)測對參與該過程的每個(gè)人都很有價(jià)值。您不僅可以在成型問題出現(xiàn)之前解決它們，還可以節(jié)省工具維護(hù)時(shí)間。

但這不是過程結(jié)束的地方。在佳能，我們不僅會(huì)簡單地評估零件的可塑性和可制造性，還會(huì)將維護(hù)設(shè)計(jì)考慮因素納入我們的工具設(shè)計(jì)中。

維護(hù)設(shè)計(jì)

維護(hù)設(shè)計(jì)的核心是簡單地考慮工具的結(jié)構(gòu)和元素，并將它們設(shè)計(jì)為易于維護(hù)。多年來，我負(fù)責(zé)一個(gè)大型注塑操作，其中包括近 100 個(gè)活動(dòng)模具。我熟悉了模具維修部，親眼目睹了易于維修的模具和不易維修的模具之間的區(qū)別。在這些經(jīng)歷之后，我堅(jiān)信易于維護(hù)對于延長工具壽命很重要，并且必須在設(shè)計(jì)階段加以考慮。

每個(gè)人都會(huì)問的問題是：“您如何量化維護(hù)的價(jià)值和重要性？” 快速回答是：通過基本的預(yù)防性維護(hù) (PM) 系統(tǒng)，我們?nèi)∠藘?nèi)部工具更換計(jì)劃。過去，像許多模具制造商一樣，我們每年都在預(yù)算 100 萬次循環(huán)后更換工具。通過維護(hù)設(shè)計(jì)流程的創(chuàng)新和改進(jìn)以及技術(shù)的進(jìn)步，我們將刀具壽命延長至 200 萬次，然后是 300 萬次甚至更高?，F(xiàn)在，我們希望我們的工具可以使用到產(chǎn)品的使用壽命結(jié)束。

我將模具上的 100 萬次循環(huán)與車輛上的 100,000 英里進(jìn)行比較。在早期，100 萬次循環(huán)或 100,000 英里很多，但現(xiàn)在不是了。

早些年，執(zhí)行預(yù)防性維護(hù)通常很困難，而且非常耗時(shí)。工具變得越來越復(fù)雜，使得高效維護(hù)每一個(gè)工具變得越來越困難。維護(hù)設(shè)計(jì)此時(shí)開始進(jìn)入我們的初始設(shè)計(jì)過程。通過我們設(shè)計(jì)流程的創(chuàng)新，產(chǎn)生了一些好處。其中包括減少工具維護(hù)的時(shí)間和減少流程之間的在制品庫存。使用收集的數(shù)據(jù)查看每個(gè)工具和歷史記錄使我們能夠定制計(jì)劃，并使我們能夠更快、更安全地進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)。它還讓我們知道是否需要增加維護(hù)頻率。最終，我們在工具方面節(jié)省了大量資本投資。

以下是一些設(shè)計(jì)維護(hù)技巧供您考慮：

提示 1：考慮用于構(gòu)建給定工具的材料。在選擇這種材料時(shí)，首先要問一個(gè)問題：產(chǎn)品的預(yù)期壽命是多少？  出于模具分類的目的，我們可以說是“101 級模具”，但對于投資，就像我們的車輛一樣，我們希望它們經(jīng)久耐用。我將模具上的 100 萬次循環(huán)與車輛上的 100,000 英里進(jìn)行比較。在早期，100 萬次循環(huán)或 100,000 英里很多，但現(xiàn)在不是了。我們期望我們的工具超過 100 萬次循環(huán)，我們的車輛超過 100,000 英里；因此，它們應(yīng)該相應(yīng)地設(shè)計(jì)。

要問的另一個(gè)重要問題是：您使用的是什么樹脂，它是磨蝕性的還是腐蝕性的？ 有些材料很粗糙，需要極硬或特殊的鋼材。沒有動(dòng)作的簡單開/關(guān)工具與具有移動(dòng)部件的工具的工具磨損率存在很大差異。在考慮這些活動(dòng)部件時(shí)，材料選擇至關(guān)重要。腐蝕可能以水接觸、酸性材料和釋氣的形式出現(xiàn)。選擇能夠抵抗這些元素的材料對于實(shí)現(xiàn)長刀具壽命至關(guān)重要。

硬化模具鑲件

為防止脫氣腐蝕并促進(jìn)模具維護(hù)，將硬化嵌件（綠色）放置在型腔的最終填充區(qū)域，氣體將被困在該區(qū)域。 

例如，在控制揮發(fā)性氣體時(shí)考慮插入易受侵蝕的區(qū)域。在上圖中，我展示了一個(gè)帶有硬化嵌件的軟型腔塊，位于氣阱所在的最終填充區(qū)域。這種類型的策略將為您提供更長的刀具壽命并幫助您降低成本，因?yàn)檎麄€(gè)型腔塊不需要很硬。否則，隨著時(shí)間的推移，由于鋼腐蝕，您最終可能會(huì)切掉磨損區(qū)域并插入它。如果你不預(yù)先插入這些區(qū)域，在設(shè)計(jì)階段就考慮到這一點(diǎn)，不要在關(guān)注的區(qū)域下運(yùn)行水道，這樣你至少可以選擇將來插入。

螺栓通風(fēng)口

使用可拆卸的排氣口進(jìn)行排氣允許在壓機(jī)中清潔排氣口。 

提示 2：盡可能包括前加載組件。拆卸整個(gè)工具非常耗時(shí)。出于這個(gè)原因，我們盡可能將固定組件安裝在分型線一側(cè)而不是背面。在隨附的圖像中，您可以看到此操作的簡單表示。從前面用螺栓固定的腔體；可以從前面拉出的插件；可以在壓力機(jī)中清潔的熱流道澆口尖端；可以輕松拆卸的角銷；使用可拆卸的排氣口進(jìn)行排氣都是可以減少預(yù)防性維護(hù)時(shí)間的設(shè)計(jì)元素。

隨著時(shí)間的推移和數(shù)據(jù)的收集，請使用該數(shù)據(jù)。每個(gè)工具都是不同的，定制每個(gè)工具的預(yù)防性維護(hù)很重要。

提示 3：模具部件的標(biāo)準(zhǔn)化是一個(gè)值得關(guān)注的重要領(lǐng)域。可以輕松標(biāo)準(zhǔn)化的組件包括彈簧、開關(guān)、角銷、角襯套和擊球計(jì)數(shù)器。將此類零件所需的種類保持在最低限度，有助于 PM 車間減少庫存。

通常，我們發(fā)現(xiàn)自己為同一個(gè)客戶制造了多個(gè)模具。如果您能夠跨多個(gè)工具項(xiàng)目進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化并使用現(xiàn)成的組件，那么采購就會(huì)變得更加容易，并且可以顯著縮短交貨時(shí)間。在許多情況下，熟練的模具制造商能夠訂購庫存毛坯部件并在內(nèi)部完成所需的細(xì)節(jié)，無論是將它們切割成一定長度還是添加其他細(xì)節(jié)。

將元件連接到分型線側(cè)

將固定元件安裝在分型線一側(cè)而不是背面，便于拆卸。該型腔塊是從工具前部用螺栓固定的。 

為防止生產(chǎn)線上的混淆，請分配可配置的零件編號以包含完成工作的詳細(xì)信息，例如將長度添加到零件編號的末尾。沒有機(jī)加工能力的模塑商沒有用空心銷。他們需要一個(gè)大頭針才能投入使用，因此將這些信息包含在材料清單中可以讓模具制造商更加清晰，并為模具制造商節(jié)省資金。

最后，盡量保持熱流道系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。由于大多數(shù)加熱器和熱電偶都是標(biāo)準(zhǔn)配置，因此工具組中唯一的區(qū)別是閥針長度是有效的。此外，定制的澆口尖端、銷和襯套價(jià)格昂貴并增加了交貨時(shí)間。盡管并非總是可以使用標(biāo)準(zhǔn)組件，但從標(biāo)準(zhǔn)組件開始并從那里開始工作是有好處的。

盡可能將工具設(shè)計(jì)為防錯(cuò)的。暫時(shí)將自己視為工具維護(hù)技術(shù)人員。你不會(huì)醒來說：“我今天要犯錯(cuò)！” 

提示 4：盡可能將工具設(shè)計(jì)為防錯(cuò)的。暫時(shí)將自己視為工具維護(hù)技術(shù)人員。你不會(huì)醒來說：“我今天要犯錯(cuò)！” 您開始工作并開始使用計(jì)劃進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)的模具。一切順利，那天晚些時(shí)候你完成了。您幾乎不知道工具中的 50 個(gè)頂針中有一個(gè)在凹槽中偏離方向 180°。該銷碰巧有成型幾何形狀或銳角。猜猜當(dāng)你關(guān)閉工具時(shí)發(fā)生了什么？損害。機(jī)器現(xiàn)在無法運(yùn)行，需要修理模具。這樣的事情一次又一次地發(fā)生。我們并不完美。

在初始設(shè)計(jì)階段，盡可能結(jié)合防錯(cuò)功能。當(dāng)您專注于存在風(fēng)險(xiǎn)的領(lǐng)域時(shí)，請從 PM 技術(shù)人員知道他們在做什么的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)，但他們也是人。我們都會(huì)犯錯(cuò)。因此，當(dāng)錯(cuò)誤發(fā)生時(shí)，要關(guān)注錯(cuò)誤是如何犯的，而不是犯了什么錯(cuò)誤。朝著持續(xù)改進(jìn)和效率邁進(jìn)。

培養(yǎng)積極向上的文化

在佳能，我們不斷發(fā)展并融入“維護(hù)設(shè)計(jì)”策略，但我們也對我們的工具維護(hù)系統(tǒng)充滿熱情。以下是支持成功的工具維護(hù)策略的一些主要方法：

 1. 讓每個(gè)人都參與到同一頁面上。確保成型車間的每個(gè)人都說同一種語言對于持續(xù)創(chuàng)新很重要。

 2. 隨著時(shí)間的推移和數(shù)據(jù)的收集，使用該數(shù)據(jù)。每個(gè)工具都是不同的，定制每個(gè)工具的預(yù)防性維護(hù)很重要。有些工具比其他工具需要更多的照顧。

 3. 根據(jù)拍攝次數(shù)或持續(xù)時(shí)間制定定期維護(hù)計(jì)劃。知道何時(shí)執(zhí)行工作將幫助您減少破壞性和更及時(shí)的維護(hù)。

 4. 確保培訓(xùn)包括如何檢測缺陷和可能導(dǎo)致未來故障的區(qū)域，以及如何有效地使用數(shù)據(jù)。

為了真正取得成功，需要所有相關(guān)方之間的合作。如果這些各方之間存在一致性，我們就能夠超越可塑性設(shè)計(jì)而考慮裝配設(shè)計(jì)。然后，我們甚至可以考慮拆解設(shè)計(jì)。很多時(shí)候，回收利用不符合成本效益，但使用這些設(shè)計(jì)原則有助于使可持續(xù)性更容易實(shí)現(xiàn)。長期成功是目標(biāo)，使用 DFM 2幫助我們從質(zhì)量、成本、交付和環(huán)境的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)。