成本与工艺模型

DFM 如何降低钣金成本:一个成本模型

可制造性设计常被写成三十条规则。从成本角度看要简单得多:少数几个图纸决定扛下了大部分价格,而且可以排序。这套模型按改动对成本的推动有多大,对改动要花多少力气,把它们排成一列。

审核 Tom,高级工艺工程师·东莞源头工厂 · 精密钣金 11 年以上经验
DFM 如何降低钣金成本:一个成本模型
简要回答

DFM 通过四个杠杆降成本,顺序固定、按有用程度排列:放宽公差、去掉折弯、减少切割长度、简化表面处理。过紧的公差通常是图纸上最贵的一处标注,也最容易放宽——因为大多数特征在功能上并不需要它。

排序后的杠杆

杠杆成本效果改动难度适用场景
放宽一处过紧的公差高低——删掉一处标注任何把精度收紧到超出功能需要的图纸
去掉一个折弯高中——需要结构上的思考折边只是出于习惯才存在的零件
减少切割长度高低到中——合并特征孔阵列、装饰性轮廓、多余的开口
简化表面处理小批量上很高低——标准色、更少遮蔽任何用了定制颜色或大量遮蔽的零件
选更薄的板厚中中——常常要靠成形后的刚度厚度当初是保守估出来的地方
把零件合并成一个高,但要看情况高——会改变装配若干小支架本可以一次冲压成型的组件
用标准紧固件低到中低任何混用五金件的装配
改善套料中低——一个排布决定外形不好套的零件
成本杠杆,按效果与改动难度排序

杠杆一:公差通常是最大、也最容易摘的果子

一张每个尺寸都带紧公差的图纸,要付三次钱:工艺能力、检验时间,还有废品。大多数钣金特征并不需要比 ISO 2768-m 通用公差更好;常见的情况是,一张图纸收紧公差只是出于保险,而不是出于功能。

检验的办法是每处标注问一个问题:这个尺寸再偏大一点,什么东西会坏?如果什么都不会坏,这处标注就是只有成本、没有收益。把紧公差留给真正需要它的那两三个特征,剩下的所有地方就省下了检验和返工。

杠杆二:折弯是一道工序序列,不是一个计数

每一次折弯都是一次装夹、一次行程和一次搬运,而需要换模的折弯比不换模的更贵。两个折弯数相同的支架,如果其中一个要操作工翻转零件、换刀具,而另一个可以一路走完,价格就可能不一样。

所以,去掉一个折弯的价值,比按线性读出来的要大。最便宜的折弯是设计时就消掉的那个:一个因为最初的设计者想当然而存在的折边、一处重复了别处已有刚度的回边、一个本可以做成冲孔特征的舌片。

这里故意给出两栏合计。在一个材料与切割占主导的零件上,同样的折弯变化对合计的推动更小;在一个折弯很多的零件上,成形占主导,影响就更明显。这个杠杆必须对着它正在撬动的东西来判断。

折弯数相对成形成本相对合计(平板件主导)相对合计(成形件主导)
20.670.900.78
3(基准)1.001.001.00
41.331.101.22
62.001.201.44
从小支架上去掉一个折弯的示意效果

杠杆三:切割长度是设计的结果

激光和冲床的工时随轮廓长度走,所以很长的装饰性轮廓和密排孔阵列,是设计者能免费加上去的最贵的东西之一。一排二十个小孔,就是二十次穿孔和二十条轮廓;一个长槽加一块网格嵌件,可能用一小部分机时就实现同样的功能。

圆角半径出于同样的道理也要紧。尖锐的内角没法按图纸激光切出来——光束会留下一个半径——而如果图纸坚持要尖角,这个零件就得再上一道工序。规定一个至少为板厚一半的半径,就能去掉那道工序,而且不花什么钱。

杠杆四:表面处理与遮蔽

表面处理的成本主要由装夹和遮蔽决定,而不是面积,小批量上尤其如此。一个标准 RAL 色会和其他活儿拼在同一批里;一个对色调配的颜色则要单独一批。每一处需要遮蔽的特征都是人工搬运,而遮蔽之所以被写进图纸,通常是因为画图时没想过它。

设计上要做的,是减少必须遮蔽的特征数量:把螺纹做成沉孔而不是去遮蔽它,把接地点挪到一个可以一次遮蔽到位的位置,或者选一种能整体去掉一道电镀工序的基材与表面处理组合。

怎么做一次值得的 DFM 评审

  • 把每一处公差标注翻开看,问放宽它什么东西会坏。答案是「没什么」的,删掉。
  • 数一数折弯,问每一个是为了什么。把结构上重复的去掉。
  • 找出孔阵列和装饰性轮廓,问这个功能能不能用更少的轮廓实现。
  • 拿表面处理规格对着使用环境核一遍;室内面板上的定制颜色,通常是只有成本、没有收益。
  • 问供应商他们想改什么。一家工厂在每张图纸上都会看到同一个昂贵的特征,会免费告诉你它是哪个。

常见问题

最常见的一条 DFM 建议是什么?

放宽公差。图纸常常在一大堆尺寸上带着紧标注,而其中只有一两个特征是有功能的,这处标注要付三次钱——工艺能力、检验和废品。去掉它通常不花钱。

一个折弯要花多少钱?

比设计者以为的少,比零多,答案取决于这个零件里什么占主导。一个折弯会增加装夹、行程和搬运;在成形本就占主导的零件上,它对合计的影响更大。在一个三折弯的支架上去掉一个折弯,比在一个两折弯的支架上再加一个,相对价值更高。

DFM 是不是意味着对设计做妥协?

做得对的地方就不是。真正值得的建议,通常是在去掉没人需要的东西——一处没有功能的公差、一个重复了刚度的折边、一个不服务于任何使用环境的颜色。如果一项改动会牺牲功能,就谈不上是建议。

DFM 评审该在什么时候做?

在设计冻结之前,当然也要在开模之前。在接近定型的模型上做评审,能抓住那些昂贵的毛病——折边过短、孔位放错、焊缝够不着、过紧的公差——此时它们还只是五分钟的改动,而不是一次模具修改。

把图纸发过来,拿到靠得住的答复

工程师会审核模型的可制造性,并返回一份带 DFM 意见的报价 —— 指出哪些地方会改变价格。