Appunti Ingegnerizzazione di prodotto - Parte 6/9

DESIGN FOR MANUFACTURING

Un progettista deve sviluppare un prodotto che sia in grado di soddisfare la sua

funzione e che abbia materiale, forma, dimensioni e processo produttivo

adeguati. Tramite il DFM si va a vedere se quel prodotto è facilmente

processabile con una o più tecnologie; più è facilmente processabile con una o

più tecnologie più sarà basso il suo costo.

La DFM punta a ridurre il Manufacturing Cost, a scegliere il miglior processo

produttivo e a garantire un prodotto di alta qualità. La DFM si basa su criticità

manifatturiere e vuole spingere il progettista a pensare a soluzioni progettuali

che siano facilmente realizzabili.

Avremo quindi una buona qualità del prodotto; riduzione degli sprechi; vengono

evitati problemi di manifattura prima che il processo avvenga

La DFM si basa su 3 principi:

Cuncurrent Engineering: si sviluppa parallelamente il prodotto e il

 processo di fabbricazione

Conoscenza dei materiali e delle tecnologie produttive

 Integrare la suppy chain; ossia implementare il co-design



Per applicare bene la DFM devo:

1. Valutare il costo dell'intero prodotto e il costo del singolo componente

perché è in tal modo che riesco a capire quali sono i componenti più

critici (hotspot) sui quali concentrare la riprogettazione. Devo evitare

componenti personalizzate

2. Confrontare diverse situazioni progettuali

3. Ridurre i componenti personalizzati in quanto costano di più a causa di

fasi di lavorazione aggiuntive richieste per la produzione del pezzo.

4. Ridurre il costo dei componenti confrontando le alternative di produzione

5. Conoscere limiti tecnologici

6. Far leva sull’economia di scala

7. Standardizzare le parti

DESIGN FOR MANUFACTURING (LAVORAZIONI MECCANICHE)

Nell'ambito del design for manufacturing, vediamo delle linee guida per le

tecnologie di asportazione truciolo. Queste ci fanno capire se il progetto che

stiamo sviluppando dal punto di vista di modellazione 3D è corretto in funzione

delle tecnologie produttive che stiamo utilizzando.

1. Rispettare le linee guida di ogni processo produttivo

2. Utilizzare parti in coppia. Progettare parti che funzionano sia a destra che

a sinistra

3. Cercare di fare le parti più simmetriche possibili in modo che la parte non

debba essere orientata in fase di assemblaggio

4. se non è possibile utilizzare delle parti simmetriche bisogna rendere le

parti quanto più asimmetriche possibile; la parte peggiore è quella

parzialmente asimmetrica, in quanto potrebbe essere installata

sbagliando perché l'operaio o il robot non riescono a capire la simmetria.

5. incentivare la concurrent engeneering. Quando si progetta un

componente non dobbiamo concentrarci solo sul design del prodotto ma

dobbiamo guardare anche al processo produttivo e alle attrezzature

utilizzate. L'ideale sarebbe sviluppare attrezzature modulari, ossia

attrezzature che si adattino a tutte le varianti di una famiglia di prodotti.

6. Cercare sin da subito i fornitori e coinvolgerli sin dalle prime fasi di

progettazione.

7. specificare le tolleranze per un robust design. più il range è largo e

minore sono i costi.

8. specificare che il prodotto sia di qualità e che venga da fonti affidabili;

qualità significa affidabilità delle tecnologie produttive utilizzate e

affidabilità dei fornitori utilizzati. La "Regola del dieci" specifica che costa

10 volte di più trovare e riparare un difetto nella fase successiva

dell'assemblaggio. Così, costa 10 volte di più trovare un difetto di un

pezzo in un sottoinsieme; 10 volte di più trovare un difetto di un

sottoinsieme all'assemblaggio finale; 10 volte di più nel canale di

distribuzione, e così e così via.

Queste sono linee guida generali che si applicano a lavorazioni meccaniche

per asportazione di truciolo, fusione, deformazione, ecc…

Lavorazione per asportazione di truciolo

1. Scegliere il processo produttivo ottimale per ottimizzare il costo totale

tramite un approccio di concurrent engeneering

2. Progettare un componente affinché sia fissato correttamente sulla

macchina per la lavorazione

3. Minimizzare il numero di utensili da taglio utilizzati per lavorare un

componente; per far questo bisogna ridurre a magazzino il numero di

utensili e avere un ciclo di lavorazione il più rapido possibile. Inoltre,

bisogna utilizzare utensili più standardizzati possibile che non devono

essere costruiti ad hoc;

4. Evitare di utilizzare utensili speciali. Fare attenzione sia alle superfici

funzionali che non funzionali cercando di lavorarle con lo stesso tipo di

utensile.

5. Progettare parti da realizzare con un unico setup; riposizionare la parte

significa perdere del tempo e ridurre la qualità.

6. Scegliere il materiale per minimizzare il costo considerando le attività di

postprocessing

7. Scegliere le tolleranze più ampie possibili compatibilmente con la

funzionalità del componente e con la sua qualità. Evitare delle tolleranze

strette significa evitare delle macchine più precise e quindi più costose.

8. Evitare gli spigoli vivi; prevedere un'azione di rimozione degli spigoli che

possono essere taglienti e quindi causare infortuni all’operatore.

Queste sono linee guida generali da tenere in considerazione durante la

progettazione.

9. Evitare lavorazioni per asportazione di truciolo, in quanto sprechiamo

materia prima e tempo. Preferire, se la geometria e i volumi produttivi lo

consentono, processi di fusione, forgiatura

10. Cercare di ottimizzare la scelta del semilavorato, evitando il più

possibile la necessità di lavorare superfici aggiuntive.

11. Cercare di evitare tagli interrotti, ovvero la modalità secondo cui

l'utensile non è continuamente a contatto con il materiale che deve

essere asportato ma alternativamente. Questa è da evitare perché porta

a vibrazioni che danneggiano la qualità del componente e possono

portare alla rottura dell’utensile.

12. Progettare il componente per evitare che ci siano delle pareti o

elementi geometrici troppo sottili o che ci porti a scegliere un utensile

che sia troppo cedevole. Bisogna considerare che tra utensile e pezzo c'è

sempre uno scambio di forze e più è alta la velocità di avanzamento più

la forza di contatto sarà maggiore; l'utensile quindi si deformerà e di

conseguenza anche il pezzo si deformerà. Questo impone di definire

tolleranze più ampie. Come nel primo esempio, per pareti molto sottili

bisogna prevedere i cicli di lavorazione Esempio 1 particolari; bisogna, in

particolare, lavorare il pezzo alternativamente da destra verso sinistra e

viceversa garantendo un sovrametallo sottile per evitare di flettere

troppo questa geometria.

13. Evitare sottosquadri quando possibile, soprattutto se interni al

pezzo. Più il diametro è piccolo e più le lavorazioni sono complesse

14. Eseguire lavorazioni per asportazione di truciolo soltanto se

necessarie

15. Scegliere materiali facilmente lavorabili alle macchine utensili.

16. Garantire sempre tra pezzo grezzo e pezzo finito un sovrametallo

17. Garantire che ci sia lo spazio di accesso per gli utensili

18. Evitare elementi geometrici che interrompono la corsa dell'utensile;

evitare quindi degli spallamenti. Bisogna dare modo all'utensile di

muoversi liberamente per avere un processo più veloce.

TORNITURA

1) Fare attenzione ai pezzi snelli perché potrebbero inflettere sotto tornitura.

Posso inserire delle lunette lungo il pezzo

2) Evitare tagli interrotti

3) Adottare sempre raggi di raccordo molto grandi per evitare l’insorgenza

di cricche

4) Evitare operazioni secondarie e riposizionamenti del pezzo

5) Considero la tornitura con utensili personalizzati quando i volumi di

produzione lo consentono (alti volumi)

6) Fare attenzione alle gole: più la gola è spostata verso l'interno, più il foro

è piccolo e più la gola è profonda e complessa da realizzare. Da preferire

le gole esterne

7) Nella tornitura i fori vengono fatti dal pieno con una punta elicoidale a

120 gradi

8) Ridurre al minimo la formazione di bave nei pezzi torniti

9) Preferire scanalature con superfici finali concave

FORATURA

1) La superficie d’ingresso del foro deve essere perpendicolare all’asse del

foro stesso: da evitare assolutamente la generazione di fori su superfici

inclinate per non cambiare il centro di foratura e l’asse del foro

2) Evitare tagli interrotti: evitare che un foro intersechi un altro foro; evitare

compenetrazione di un foro con un’altra superficie

3) Utilizzare punte di dimensioni standard per evitare la rettifica aggiuntiva

4) Preferire fori passanti rispetto ai fori ciechi

5) Evitare che siano profondi più di 3-5 volte il diametro: Bisogna evitare i

fori profondi a causa della possibile deviazione della rettilinearità e a

causa dei problemi legati al truciolo.

6) Evitare fori con diametro piccolo: per determinare potenziali rotture

dell’utensile. La dimensione minima consigliabile sotto cui non andare è

di circa 3 mm di diametro.

7) Eseguire sempre un pre-foro prima di un foro di grandi dimensioni per

non sprecare materia prima e di andare molto più veloci nella foratura

8) Realizzare fori con un solo piazzamento (per quanto possibile)

9) Garantire lo spazio sufficiente per poter posizionare la boccola di guida

10) Standardizzare la dimensione del foro sul pezzo stesso

11) nel momento in cui si hanno volumi produttivi elevati si possono

utilizzare delle macchine multi-mandrino, le quali permettono di

realizzare due o tre fori contemporaneamente

FILETTATURA

1) garantire sempre gola di scarico: serve per essere certi che la lunghezza

del tratto filettato venga rispettata-la gola di scarico, inoltre, evita che ci

siano rotture dell’utensile (in generale, la gola non è semplice da fare).

Dunque, è sempre bene avere un gola di scarico ma bisogna considerare

che rappresenta un’operazione in più da realizzare e, quindi, più tempo e

più costi.

2) Nel caso delle filettature interne , cioè per fori ciechi (filettatura

femmina), garantire anche in questo caso delle gole di scarico o,

quantomeno, bisogna realizzare un pre-foro prima della maschiatura

(filettature) con il pre-foro più profondo rispetto alla filettatura; rischio

sennò rottura del maschio. In ogni caso, la soluzione migliore resta il foro

passante

3) Lunghezza filettatura ridotta la minimo possibile; non serve che il foro sia

completamente filettato

4) Preved