Chọn quy trình
Cách chọn quy trình sản xuất cho một chi tiết thực tế: vật liệu, hình dạng, kích thước, độ chính xác và số lượng bạn cần.
Kỹ sư chọn quy trình sản xuất bằng cách cân nhắc sáu yếu tố: vật liệu, số lượng, hình dạng, kích thước, độ chính xác cần thiết và chi phí. Không quy trình nào thắng ở cả sáu yếu tố, nên mọi lựa chọn đều là sự đánh đổi. Trang này giúp bạn thu hẹp phạm vi, rồi chỉ bạn đến các bài nên đọc.
Sáu câu hỏi
- Vật liệu. Mỗi quy trình chỉ dùng được với một số vật liệu, vì nó phải nấu chảy, làm chảy, uốn hoặc cắt chúng theo cách riêng của mình.
- Số lượng. Bạn cần bao nhiêu chi tiết quyết định liệu một khuôn hay cối đắt tiền có tự hoàn vốn hay không.
- Hình dạng. Thành mỏng, bên trong rỗng, hốc sâu và lỗ nhỏ dễ với một số quy trình và bất khả thi với những quy trình khác.
- Kích thước. Mọi máy và khuôn đều có giới hạn, nên chi tiết cỡ hạt gạo và chi tiết cỡ cánh cửa ô tô cần các quy trình khác nhau.
- Độ chính xác. Dung sai chặt (sai số cho phép về kích thước) và bề mặt nhẵn thường cần gia công hoặc mài sau bước tạo hình đầu tiên.
- Chi phí. Mục tiêu là tổng chi phí thấp nhất cho số lượng của bạn: dụng cụ (khuôn, cối và đồ gá làm riêng cho chi tiết), thời gian máy, vật liệu và hoàn thiện.
Hướng dẫn lựa chọn
Số lượng và vật liệu thu hẹp phạm vi nhanh nhất, nên hướng dẫn này bắt đầu với chúng.
Gợi ý nhanh
Hầu hết đồ vật hằng ngày đi qua một chuỗi quy trình, được liệt kê ở đây theo thứ tự.
| Tôi muốn làm… | Thường được làm bằng | Bài học |
|---|---|---|
| Chai nước nhựa | Một hình ống nghiệm nhỏ (preform) được ép phun, rồi nung lại và thổi thành chai | 2.1, 2.3 |
| Ốp lưng điện thoại | Nhựa ép phun; ốp có vỏ cứng và viền mềm được đúc phủ | 2.1, 2.2 |
| Ống tưới vườn | PVC mềm hoặc cao su đẩy qua khuôn hình vòng, thường theo từng lớp quanh một lưới dệt | 3.3 |
| Tấm thân xe ô tô | Dập từ tấm thép hoặc nhôm, hàn điểm vào thân xe, rồi sơn | 4.2, 7.2, 11.1 |
| Lon nước giải khát | Một đĩa tấm nhôm được vuốt thành cốc, thành của nó được vuốt mỏng và cao, rồi in | 6.1, 4.2 |
| Chậu rửa nhà bếp | Dập vuốt sâu từ một tấm thép không gỉ, rồi cắt tỉa và chà xước hoặc đánh bóng | 4.2, 5.9 |
| Khung cửa sổ nhôm | Biên dạng nhôm được ép đùn, cắt và nối ở các góc, rồi anod hóa hoặc sơn tĩnh điện | 3.3, 11.6, 11.2 |
| Khung xe đạp (nhôm hoặc thép) | Ống kéo hoặc ép đùn, thường được tạo hình bằng tạo hình thủy lực, rồi hàn TIG; khung nhôm sau đó được nhiệt luyện | 3.3, 4.5, 7.1, 12.1 |
| Vít | Dây thép được dập nguội để tạo đầu, rồi cán ren; thường được tôi cứng và mạ kẽm | 3.5, 3.6, 12.1, 11.5 |
| Trục khuỷu | Thép rèn (đôi khi là gang đúc), rồi tiện, mài và làm cứng bề mặt | 3.1, 5.1, 5.7, 12.2 |
| Bánh răng | Răng được cắt bằng phay lăn răng, rồi thấm cứng bề mặt và mài; bánh răng nhỏ cũng được thiêu kết hoặc đúc khuôn | 5.5, 12.2, 5.7, 9.1, 2.1 |
| Thân động cơ | Gang hoặc nhôm đúc trong khuôn cát, hoặc nhôm đúc áp lực, rồi gia công và mài khôn | 1.1, 1.4, 5.2, 5.8 |
| Cánh tuabin động cơ phản lực | Đúc mẫu chảy thành một đơn tinh thể siêu hợp kim niken, lỗ làm mát được khoan bằng EDM hoặc laser, rồi phủ lớp bảo vệ | 1.2, 1.8, 6.6, 11.10 |
| Implant khớp háng bằng titan | Hợp kim titan rèn và gia công; bề mặt xốp thường được in 3D hoặc phun plasma | 3.1, 5.2, 8.4, 11.10 |
| Bánh xe đạp carbon | Prepreg carbon (vải sợi thấm nhựa) được đắp trong khuôn vành, rồi đóng rắn dưới nhiệt và áp suất | 10.1 |
| Bảng mạch in (PCB) | Lá đồng trên tấm sợi thủy tinh được tạo hoa văn bằng ánh sáng và ăn mòn; lỗ được khoan và mạ; linh kiện được hàn lên | 13.2, 6.8, 5.3, 11.5, 7.3 |
| Chip silic | Một tinh thể silic được nuôi và cắt thành các tấm wafer, rồi được xây dựng qua hàng trăm bước tạo hoa văn, lắng đọng và ăn mòn | 13.1, 13.2, 13.4, 11.9 |
Chi phí so với số lượng
Mỗi quy trình có hai loại chi phí. Chi phí dụng cụ được trả một lần, trước chi tiết tốt đầu tiên: khuôn, cối hoặc đồ gá làm riêng cho chi tiết của bạn. Chi phí vận hành được trả lại cho từng chi tiết: vật liệu, thời gian máy, năng lượng và nhân công.
Chi phí mỗi chi tiết = chi phí dụng cụ ÷ số chi tiết + chi phí vận hành mỗi chi tiết
Càng nhiều chi tiết chia sẻ dụng cụ, mỗi chi tiết gánh càng ít: với 10 chi tiết, mỗi chi tiết chịu một phần mười; với 100.000 chi tiết, gần như không đáng kể. Vì vậy một quy trình có dụng cụ đắt như ép phun rất đắt cho vài chi tiết và rất rẻ cho nhiều chi tiết. Một quy trình ít dụng cụ như gia công hay in 3D có chi phí mỗi chi tiết gần như như nhau bất kể số lượng.
Quy tắc kinh nghiệm
- Đếm trước. Với một nhúm chi tiết, hãy chọn quy trình không cần dụng cụ riêng, như gia công hoặc in 3D; với hàng chục nghìn, hãy đầu tư khuôn hoặc cối.
- Làm gần đúng rồi hoàn thiện. Đúc, rèn hoặc đúc khuôn chi tiết gần với hình dạng cuối (tạo hình gần hoàn chỉnh), rồi chỉ gia công những bề mặt cần chính xác.
- Chỉ yêu cầu độ chính xác ở nơi nó quan trọng. Mỗi dung sai chặt hơn thêm gia công, kiểm tra và chi phí, nên hãy dành nó cho các bề mặt lắp ghép, làm kín hoặc trượt.
- Giữ thành đều. Trong đúc khuôn và đúc kim loại, chỗ dày nguội sau cùng và có thể lún, cong vênh hoặc kẹt lỗ; gân tăng độ cứng mà không cần thành dày.
- Thêm góc thoát khuôn, tránh rãnh lõm. Một độ thon nhẹ và không có chi tiết móc giúp chi tiết rút thẳng ra khỏi khuôn, nên khuôn đơn giản và rẻ.
- Cần độ bền dưới tải lặp lại? Hãy cân nhắc rèn. Rèn làm thớ kim loại chạy theo hình dạng chi tiết, nên chống mỏi tốt hơn vật đúc.
- Hình rỗng và hình dài có quy trình riêng. Chai và bồn: thổi khuôn hoặc đúc quay (2.3, 2.5). Biên dạng dài không đổi: ép đùn (3.3) hoặc pultrusion (10.3).
- Lên kế hoạch cho cả chuỗi. Hầu hết chi tiết được tạo hình, rồi gia công, nhiệt luyện và hoàn thiện, và mỗi bước đều thêm chi phí và thời gian.
Dùng thử
Đưa AI vào công việc CAD của bạn.
Dựng chi tiết, tạo bản vẽ và tự động hóa công việc lặp lại ngay trong phần mềm CAD của bạn.