ECOTEST MOLD - MOLD COSTING BY PRODUCT PROPERTIES

ECOTEST MOLD - MOLD COSTING BY PRODUCT PROPERTIES

1

ECOTEST MOLD - MOLD COSTING BY PRODUCT PROPERTIES Mikó Balázs1, Szántai Mihály2 1 – PhD, Okl. gépészmérnök, 2 – Doktorandusz, Okl. Gépészmérnök 1 – Cascade Engineering Europe Kft, [email protected] 2 - Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Gépgyártástechnológia Tanszék, [email protected] Összefoglalás Fröccsöntőszerszám-gyártás területén pontos szerszámkalkuláció készítése igen nehéz és nagy kihívással járó feladat. E kihívásra vállalkozik az ECoTEst Mold kísérleti költségbecslő rendszer. Jelen cikkben bemutatjuk a rendszer bemenetét képező paramétereket és azok hatását a költségek alakulására. Kulcsszavak: gyártási időbecslés, fröccsöntő szerszám, 1. BEVEZETÉS Fröccsöntőszerszám-gyártás területén pontos szerszámkalkuláció készítése igen nehéz és nagy kihívással járó feladat. Ennek oka, hogy egy műanyag vagy gumi termék ismeretében kell megbecsülni a gyártásához szükséges, lényegében ismeretlen felépítésű és bonyolultságú fröccsöntőszerszám tervezési és gyártási idejét valamint költségét [1]. A kalkuláció során nyert becsült adatok nagy jelentőséggel bírnak a vállalkozás eredményessége szempontjából, mivel ezek alapján határozható meg a szerszám önköltsége illetve a megrendelő felé érvényesíthető minimális ár, valamint az időadatok segítségével a szabad kapacitások ismeretében határozható meg a teljesítés határideje. Az előkalkulációs folyamat során egymásnak ellentmondó elvárásoknak kell megfelelni: egyrészt pontos idő és költség adatokat kell szolgáltatni egy részleteiben nem ismert folyamat elemeiről, másrészt csak kevés idő áll rendelkezésre e munka elvégzéséhez. A hagyományosnak nevezhető módszerek pontatlansága, idő és erőforrásigénye vagy szakemberigénye nem teszi lehetővé, hogy a kapott eredmények minden szempontból kielégítsék a gyakorlati igényeket. Fejlesztő munkánk során egy olyan rendszer létrehozását tűztük ki célul, amely egyszerűen kezelhető, rövid idő alatt ad pontos eredményt, amelyhez figyelembe veszi a konkrét tervezési és gyártási környezet sajátosságait, valamint a kezelő szakember felkészültségére, tapasztalatára kevéssé érzékeny [2].

2. ECoTEst MOLD Az ECoTEst (Early Cost and Time Estimation) projekt tapasztalatai [3], valamint a fröccsöntőszerszám tervezés és gyártás folyamatainak elemzése alapján arra a következtetésre jutottunk, hogy a gyártandó alkatrész, valamint a gyártásához szükséges szerszámtervezési, gyártás előkészítési és gyártási idő között, a célkitűzéseket figyelembe véve, mesterséges neurális hálóval teremthetünk kapcsolatot. Ez a módszer lehetőséget nyújt arra, hogy már megtervezett és legyártott szerszámok utókalkulációs adatait felhasználva megtanítsuk a rendszerrel a termék bizonyos paraméterei, illetve a szerszámmal szemben támasztott főbb Mikó Balázs – Szántai Mihály

microCAD 2004


2

követelmények, valamint a keresett időadatok közötti rejtett függvénykapcsolatot és azt az előkalkuláció során felhasználjuk. A mesterséges neurális hálók olyan, számítási feladatok megoldására létrehozott párhuzamos adatfeldolgozást végző adaptív eszközök, melyek eredete az emberi agy működésének modellezésére vezethető vissza [4]. Felépítésüket tekintve egyszerű, általában adaptív elemek sűrűn összekapcsolt hálózata illetve hierarchikus szervezete, amely képes tanítási minták alapján megállapítani a bemeneti és kimeneti paraméterek közti függvénykapcsolatot.

3. Bemeneti paraméterek A fejlesztés legfontosabb lépése a bemeneti és kimeneti paraméterek meghatározása. A kimeneti értékek természetesen könnyen definiálhatók, mivel tudjuk, milyen idő illetve költség adatokat szeretnénk végeredményként kapni. A bemeneti paraméterek kiválasztása már lényegesen nehezebb feladat. Ennek oka, hogy egyszerre több, egymásnak ellentmondó feltételnek kell megfelelni. Csak olyan paraméterek jöhetnek számításba, melyek a termék bármilyen reprezentációja alapján megadhatók, illetve viszonylag kis munkával létrehozhatók. Szükséges a termék minden olyan lényeges tulajdonságának leírása, amelyek hatással vannak a szerszám konstrukciójára. A kalkuláció során ki kell alakítani a szerszám koncepcióját, így az erre vonatkozó adatokat is meg kell adni. A paraméterek száma nem lehet túl nagy, mivel az átláthatóság, érthetőség fontos szempont. Ezen megfontolások és gyakorlati tapasztalatok alapján a bemenő paraméterek a következők: A termék befoglaló méretei Az egyik alap információ a termék mérete. A nyitás irányú méret a szerszám magasságát befolyásolja, a nyitásra merőleges méretek a szükséges záróerőt, és így az alkalmazható fröccsöntőgépet határozzák meg. Lenyomatok száma A lenyomatok számának növelésével nő a szerszám termelékenysége, ugyanakkor nő a szerszám mérete, így a költsége is. Egy több lenyomatos szerszám működtetéséhez nagyobb záróerőt biztosító fröccsöntőgép szükséges, tehát a gyártási költséget meghatározó gépköltség nő. A termék tömege A termék tömege a fröccsöntés anyagköltségét határozza meg, valamint a lenyomatszámmal együtt a szükséges fröccsöntőgép kiválasztására van hatással. A termék bonyolultsága A termék bonyolultsága nehezen meghatározható, illetve leírható paraméter. A rendszerterv szerint ezt egy 1-től 10-ig terjedő skálán kell beállítani, ahol a 1-hez tartozik a legegyszerűbb, a 10-hez a legbonyolultabb termék. Ezen kategóriák az egyes szerszámgyártó cégeknél más és más jelentéssel bírnak, így szükséges, hogy a telepítés során egy példatár készüljön a felhasználók segítésére. Célszerű a skála két szélsőértékét nem felhasználni, mivel könnyen előfordulhat, hogy az eddig előforduló termékeknél egyszerűbb, vagy bonyolultabb alkatrészhez kell szerszámot készíteni.

Mikó Balázs – Szántai Mihály

microCAD 2004


3

A szerszám becsült befoglaló méretei A fenti pataméterek alapján megbecsülhető a szerszám befoglaló mérete, melyet célszerű a normáliagyártók szabványos értékeihez igazítani, így csökkentve a szerszámház költségét.

1. ábra Fröccsöntőszerszám befoglaló méretei (Meusburger) A szerszámfelépítés bonyolultsága Szintén 1-től 10-ig terjedő skálán kell megadni, a termék bonyolultság-nál elmondott megfontolások alapján. Egyszerű egy szerszám, ha két formaadó részből áll és az osztófelület sík, míg nagyon bonyolult egy több lenyomatos, csúszkákkal és ferdekilökőkkel, kettős lelöketéssel, fémfegyverzettel és menetes maggal ellátott szerszám. Beömlési mód Egy fröccsöntő szerszám lehet hideg-, vagy melegcsatornás. A hidegcsatornás szerszámok beömlési rendszere egyszerűbb, olcsóbb a kivitelezése, azonban a szerszám ciklusideje nagyobb, illetve jelentős csatornamaradék keletkezhet. Ezzel szemben egy melegcsatorna alkalmazása rövidebb ciklusidő megvalósítását teszi lehetővé, az anyagveszteség szinte nulla, viszont beszerzése jelentős költségtöbbletet eredményez. Szükséges csúszkák, ferde kilökők, cserebetétek mennyisége A csúszkák, ferde kilökők és cserebetétek a nyitásirány szempontjából alámetszett felületek kialakítását szolgálják. Ezen szerszámelemek számának növelésével, nő a szerszám bonyolultsága, több alkatrészből áll a szerszám, így mind a tervezési, mind a gyártás előkészítési, mind a gyártási időt jelentősen növekszik. (A paramétert 1-től 10-ig terjedő skálán kell megadni.) Szükséges csúszkák, ferde kilökők, cserebetétek bonyolultsága Az előző pontban elemzett szerszámelemek geometriai összetettségét kell jellemezni 1-től 10-ig terjedő skálán. Mély bordák, üregek mennyisége Mély bordák és üregek növelik a szerszám költségét, mivel marással csak korlátozottan készíthetők el a szerszámba, tehát tömbelektródás szikraforgácsolást


microCAD 2004


4

kell alkalmazni, ami mind a gyártás előkészítés, mind a megmunkálás idejét növeli. (A paramétert 1-től 10-ig terjedő skálán kell megadni.)

2. ábra Csúszka (DME)

3. ábra Ferdefeladó (DME)

4. ábra Ferdefeladó (DME)

Szikrázandó felületek mennyisége Az úgynevezett kényszer szikraforgácsolt felületek arányát kell megadni, melyek olyan felületek, melyek a termék és így a szerszám geometriai kialakítása miatt csak tömbelektródás szikraforgácsolással alakítható ki. (A paramétert 1-től 10-ig terjedő skálán kell megadni.) A tömbelektródás szikraforgácsolás több okból is növeli a szerszám költségét. Egyrészt a szikraforgácsoláshoz szükséges elektródák megtervezése és legyártása mind a gyártáselőkészítés, mind a gyártás részéről jelentős kapacitásokat köt le. Másrészt maga a szikraforgácsolási folyamat igen időigényes, kevéssé termelékeny. Harmadrészt, amennyiben a műanyag termék felületi minőségére vonatkozó előírások nem engedik meg a szikraforgácsolással előállítható felületi minőséget és struktúrát, kézi utómunkálás szükséges. A termék felületi minősége A termék felületi minőségének esztétikai, funkcionális és gyárthatósági szempontoknak kell megfelelni. A szerszám gyártási folyamatából adódóan egy felület mart vagy szikraforgácsolt minőséggel, struktúrával rendelkezik. Kézi utánmunkálással mindkét struktúra eltüntethető, szükség esetén akár tükrös felület is kialakítható. Előfordul, hogy a megrendelő valamilyen felületi struktúra kialakítását kéri. Ez a struktúra egyszerűbb esetben szikraforgácsolással előállítható. Elektrokémiai erózióval tetszőleges, általában bőr borítást utánzó mintázat kerül kialakításra. Ez utóbbi esetben jelentős kézi utánmunkálás szükséges, mivel mart felület esetén el kell tüntetni a marási nyomokat, szikraforgácsolt felület esetén pedig a szikraforgácsolás során beedződött kemény felületi réteget. A formaadó részek hőkezeltsége. A formaadó részek hőkezeltségét alapvetően a gyártandó darabszám és a termék alapanyagának koptató hatása határozza meg. Nyilvánvaló, hogy egy hőkezelés Mikó Balázs – Szántai Mihály

microCAD 2004


5

nélküli szerszámelem gyorsabban, rövidebb idő alatt marható meg, mint egy kemény, edzett felület. A megmunkálás időigénye mellett plusz költségkén jelentkezik magának a hőkezelésnek az elvégzése, valamint ha kooperációban történik a hőkezelés, a szállítás is növeli mind a költségeket, mind az átfutási időt.

4. Esettanulmány A következőkben egy konkrét termék kapcsán mutatjuk be a bemeneti paraméterek összeállítását. A gyártandó műanyag alkatrész a 5. ábrán látható.

5. ábra Példa alkatrész 1.táblázat Az esettanulmány paraméterei A termék befoglaló méretei

62x24x15

Lenyomatok száma

4

A termék tömege

7g

A termék bonyolultsága

5

A szerszám becsült befoglaló méretei

350x200x220

A szerszámfelépítés bonyolultsága

5

Beömlési mód

hidegcsatorna

Szükséges

csúszkák,

ferde

kilökők,

cserebetétek

csúszkák,

ferde

kilökők,

cserebetétek

mennyisége Szükséges

bonyolultsága

4 4

Mély bordák, üregek mennyisége

1

Szikrázandó felületek mennyisége

6


microCAD 2004


6

A termék felületi minősége

szikrázott, VDI 27

A formaadó részek hőkezeltsége

nemesített

Az esettanulmányhoz választott alkatrész két, egymásra merőleges, eltérő átmérőjű hengerből áll, melyekben furat található. A kisebb átmérőjű henger vége külső menettel van ellátva, illetve egy téglatest alakú szögletes rész van kialakítva a menet után. A nagyobb átmérőjű rész furata szintén menetes. A szerszám négy lenyomatos lesz, a nyitási irány a két hengeres rész tengelyvonala által meghatározott síkra merőleges irány. A kisebb átmérőjű furatokat ferde csappal mozgatott csúszkák alakítják ki, pneumatikus mozgatást a gyártási környezet nem tesz lehetővé. Ebből következően az egyes lenyomatokat úgy kell elhelyezni, hogy a nagyobb átmérőjű rész essen a szerszám középpontja felé. A szerszám hidegcsatornás beömlési rendszerrel készül. A belső menetes részt repűlőbetéttel alakítjuk ki, vagyis a menetet és a furatot kialakító mag a műanyag darabbal együtt kiesik a szerszámból és azt a gépkezelő tekeri le a termékről. A gyorsabb kiszolgálás miatt a négy lenyomathoz két betét készül, tehát egy betétről két terméket kell eltávolítani. Ez egyrészt csökkenti a letekerésre fordítandó időt, másrészt csökkenti a fröccsöntési folyamat előtt a betétek szerszámba való behelyezésének idejét. Természetesen több betét garnitúrát kell készíteni, így a fröccsöntési folyamat alatt a gépkezelő el tudja távolítani az előző ciklusban készült alkatrészekről a magot, nem lassítva ezzel a folyamatot. A szükséges gyártási darabszám miatt a formaadó részek nemesített anyagból készülnek, a termék látszódó felületei szikraforgácsolt minőségűek legyenek. Ennek megfelelően az 1. táblázat foglalja össze a 3. fejezetben tárgyalt paraméterek aktuális értékeit.

5. Összegzés Az ECoTEst Mold kísérleti rendszer a gyártandó műanyag alkatrészt jellemző paraméterek, valamint fontosabb szerszám követelmények alapján segít a szerszám önköltségi árának meghatározásában. A cikkben bemutattuk azon paramétereket, melyek leginkább hatással vannak a költségek alakulására. A kutatás az OTKA (OTKA T032732) támogatásával folyik. Az esettanulmány összeállításában nyújtott segítségéért külön köszönet Czobor Krisztiánnak.

6. Irodalom [1] W. Dealey : Mold quoting: The magic, art and science, Modern mold & tooling, Vol.3 No.3 2001 March pp.10 [2] Mikó B., Szántai M.: Költségbecslés a szerszámgyártásban, Gépgyártás 2003/ pp.6-10. [3] Mikó B., Szántai M.: Artificial intelligence methods in early manufacturing time estimation, Proc of Gépészet 2002, Budapest 2002. pp.535-539. [4] J.F. Shepanski: Artificial neural systems; in Encyclopedia of physical science and technology Vol.2. Academic Press Inc. 1992. pp.65-77.


microCAD 2004

ECOTEST MOLD - MOLD COSTING BY PRODUCT PROPERTIES

Recommend Documents