Koneistetun osan suunnittelu vaikuttaa valmistuskustannuksiin merkittävästi jo ennen kuin yhtään lastua on irronnut. Geometrian monimutkaisuus, toleranssivaatimukset ja materiaalivalinta voivat joko kaksinkertaistaa tai puolittaa koneistuksen hinnan riippuen siitä, kuinka hyvin suunnittelu ottaa valmistettavuuden huomioon. Alla käymme läpi keskeisimmät kysymykset, joihin jokaisen suunnittelijan ja ostajan kannattaa löytää vastaus ennen tuotannon aloittamista.
Eniten koneistuksen hintaa nostavat sisäiset terävät kulmat, hyvin syvät ja kapeat taskut, useat erilliset kiinnitysasennot sekä pinnanlaatumerkinnät, jotka ylittävät toiminnallisen tarpeen. Jokainen näistä lisää työstöaikaa, kuluttaa työkaluja nopeammin tai pakottaa koneistajan vaihtamaan kappaleen kiinnitystä kesken prosessin.
Sisäiset terävät kulmat ovat yksi yleisimmistä sudenkuopista. Pyöreällä jyrsimellä ei yksinkertaisesti voi tehdä täysin teräviä sisäkulmia, joten koneistaja joutuu käyttämään erikoistyökaluja tai tekemään useita erillisiä ajoja. Tämä näkyy suoraan tuntihinnassa. Syvät ja kapeat taskut puolestaan vaativat pitkiä ja ohuita työkaluja, jotka tärisevät herkästi ja hidastavat syöttönopeutta huomattavasti.
Useat kiinnitysasennot ovat toinen merkittävä kustannustekijä. Kun kappale täytyy kiinnittää uudelleen kaksi tai kolme kertaa, jokainen uudelleenasetus vie aikaa ja tuo mukanaan riskin mittatarkkuuden heikkenemisestä. Modernit 5-akseliset koneistuskeskukset, kuten meillä käytössä olevat sorvaavalla pöydällä varustetut DMU- ja DMC-koneet, voivat koneistaa monimutkaisenkin kappaleen yhdellä kiinnityksellä, mutta se edellyttää, että suunnittelu on tehty tämä mahdollisuus mielessä.
Tiukat toleranssit nostavat koneistuskustannuksia suoraan, koska ne edellyttävät hitaampia syöttönopeuksia, useampia viimeistelyajoja ja kattavampaa mittaustarkastusta. Mitä ahtaammalle toleranssi menee, sitä enemmän aikaa ja resursseja sen saavuttaminen vaatii.
Käytännössä toleranssivaatimukset vaikuttavat kustannuksiin kolmella tavalla. Ensinnäkin koneistusaika kasvaa, koska viimeistelyajot täytyy tehdä varovaisemmin ja pienemmillä lastuamissyvyyksillä. Toiseksi laadunvarmistukseen kuluu enemmän aikaa, sillä jokainen kriittinen mitta täytyy tarkistaa koordinaattimittauksella tai muulla tarkalla menetelmällä. Kolmanneksi hylkäysriski kasvaa, mikä nostaa kappaleiden tehollista yksikköhintaa.
Suunnittelijan kannattaa tarkastella kriittisesti jokaista toleranssimerkintää ja kysyä, onko kyseinen tarkkuustaso todella toiminnallisesti välttämätön. Usein toleranssit periytyvät suunnittelusta toiseen ilman perusteellista harkintaa. Löysäämällä toleransseja siellä, missä se on toiminnallisesti mahdollista, voidaan koneistuskustannuksissa säästää merkittävästi ilman, että osan laatu tai toimivuus kärsii.
Design for Manufacturability eli DFM tarkoittaa koneistuksessa suunnittelutapaa, jossa osan geometria, toleranssit ja materiaalivalinta sovitetaan yhteen valmistusmenetelmän mahdollisuuksien ja rajoitusten kanssa. Tavoitteena on tuottaa toimiva komponentti mahdollisimman kustannustehokkaasti ilman, että toiminnallisuudesta tingitään.
DFM-ajattelussa suunnittelija ottaa huomioon esimerkiksi sen, miten kappale kiinnitetään koneeseen, mihin suuntiin työkalu pääsee etenemään ja millaisia geometrisia muotoja koneistusprosessi luontaisesti tuottaa. Pyöristetyt sisäkulmat, riittävät taskujen syvyyssuhteet ja standardimittojen suosiminen ovat tyypillisiä DFM-periaatteita.
Koneistuksen näkökulmasta DFM tarkoittaa myös sitä, että pinnanlaatumerkinnät asetetaan vain sinne, missä ne ovat toiminnallisesti perusteltuja, ja että kappaleeseen ei suunnitella ominaisuuksia, joilla ei ole toiminnallista merkitystä. Jokainen tarpeeton muoto tai vaatimus lisää koneistusaikaa ja sitä kautta kustannuksia.
Materiaalin koneistettavuus vaihtelee huomattavasti, ja huonosti koneistuvat materiaalit nostavat valmistuskustannuksia merkittävästi. Haponkestävät ja ruostumattomat teräkset, titaani sekä korkealujuusteräkset ovat selvästi haastavampia ja kalliimpia koneistaa kuin esimerkiksi tavallinen rakenneteräs tai alumiini.
Haponkestävät ja ruostumattomat teräkset ovat yleisiä prosessiteollisuuden, kemianteollisuuden ja elintarvikealan komponenteissa, ja niiden koneistettavuus on selvästi heikompaa kuin perinteisillä rakenneteräksillä. Ne aiheuttavat enemmän työkalukulumaa, vaativat sopivat leikkausnopeudet ja tuottavat pitkiä lastuja, jotka täytyy hallita huolellisesti. Tämä kaikki heijastuu koneistuksen hintaan.
Titaani on vielä haastavampi materiaali: se on sitkeää, johtaa lämpöä huonosti ja kuluttaa työkaluja nopeasti. Erikoisseokset, kuten Inconel tai duplex-teräkset, ovat samankaltaisessa tilanteessa. Kun materiaalin valinta on pakottava esimerkiksi korroosionkestävyyden tai lujuusvaatimusten vuoksi, on erityisen tärkeää, että muut suunnitteluratkaisut tukevat koneistettavuutta mahdollisimman hyvin.
Suunnittelijan kannattaa konsultoida koneistajaa mahdollisimman varhaisessa suunnitteluvaiheessa, mieluiten ennen kuin geometria on lukittu. Mitä aikaisemmin koneistajan näkökulma otetaan mukaan, sitä enemmän on liikkumavaraa tehdä kustannuksia säästäviä muutoksia ilman, että koko suunnitelma täytyy tehdä uudelleen.
Erityisen hyödyllistä konsultaatio on seuraavissa tilanteissa:
Koneistajan konsultointi ei tarkoita, että suunnittelija luovuttaa päätösvallan. Se tarkoittaa, että suunnitteluprosessiin lisätään valmistuksen asiantuntemus, joka auttaa tekemään parempia kompromisseja toiminnallisuuden ja kustannustehokkuuden välillä. Tuloksena on komponentti, joka toimii suunnitellusti ja joka voidaan valmistaa järkevin kustannuksin.
Jos haluat varmistaa, että komponenttisi suunnittelu tukee kustannustehokasta valmistusta, ota meihin yhteyttä jo suunnitteluvaiheessa. Voit myös tutustua tarkemmin koneistuspalveluihimme ja selvittää, miten yli 50 vuoden kokemus haponkestävän ja ruostumattoman teräksen koneistuksesta voi hyödyttää juuri teidän tuotantoanne.