טכנולוגיות ייצור: עיבוד שבבי
מאמר זה יעסוק בהרחבה בנושא העיבוד השבבי והתהליכים הנלווים לו. ייצור חלקים בטכנולוגיות כמו הזרקת פלסטיק, כבישה, יציקה ועוד מספר שיטות אחרות כמעט ואינן רלוונטיות לתהליך תכנון מכונות ומתקנים.
זהו מאמר חשוב מאוד למהנדסים בתחילת דרכם ויש לקראו בעיון רב לפני שעוברים משלב התכנון לשלב הייצור. עליכם לזכור בשלב זה כי "הנייר סופג הכל" ולכן בצעו כמה שיותר טעויות "על הנייר" שהינן עדיפות בהרבה על טעויות שדורשות תיקון פיזי של חלקים שכבר יוצרו.
אם כך, אילו גורמים מרכזיים משפיעים על טכנולוגיית העיבוד השבבי, עלותה והקושי הצפוי לישמה? ככל שתהליך היישום קשה יותר כן תעלה עלות החלק ונידרש לביצוע פעולות עיבוד מסובכות. כבר בשלב התכנון העקרוני של כל חלק עלינו לתת את הדעת לייצור בפועל. כמו בכל תהליך הנדסי – התכנון העקרוני יקבע לנו כ-80% מסך עלות הייצור ולכן יש להקדיש זמן ראוי לתכנון זה.
יש לציין ששילוב בין טכנולוגיות ייצור שונות (עיבוד שבבי, ריתוך, חיתוך באנרגיה ועוד...) הינו נפוץ מאוד ואף רצוי מאוד בכדי להקטין עלויות ולפשט בנייה פיזית של חלקים מסובכים. במאמרים הבאים אבצע סקירה של הטכנולוגיות השונות ולבסוף אתן סקירה של שילובים נפוצים בין הטכנולוגיות ושיקולים מרכזיים בתכנון לייצוריות כאשר נעשה שילוב שכזה.
תהליך בחינת הגורמים השונים, ולאחר מכן החלטה מושכלת באיזו טכנולוגיית ייצור לבחור וכיצד ליישמה בכל מקרה,
נקרא "תכנון לייצוריות" או בלועזית Design For Manufacturing (DFM)
גורם הנתון לשליטת המתכנן: השפעת הגורם על עלות החלק:
-
כמות חלקים דרושה למנת הייצור: כמות גדולה יותר = עלות חלק נמוכה יותר.
-
מכונת העיבוד: קונבנציונלי, CNC (3, 4 או 5 צירים), מכונת גשר CNC.
-
כמות החלפות הכלים: קונבנציונלי – עלות יקרה, CNC – עלות זולה.
-
מספר דפינות דרוש: עלות עולה ככל שמספר הדפינות גדל.
-
דרישות טולרנסים: תוספת עלות רק אם נדרש טיב שטח גבוה / דרישה להשחזה.
-
דרישה למתקני ייצור מיוחדים: עלות ייצור ובדיקות סופיות עולות אם דרושים מתקנים מיוחדים.
בטבלה לעיל ניתן לראות שביכולתו של המתכנן, עם ראיה נכונה של החלקים השונים המרכיבים את המכונה שלו, לקבוע את עלותו הסופית של החלק על ידי כך שיימנע מתכנון חלקים הדורשים מורכבות גבוהה ואם ישנם כאלו הם יופיעו בכמות גדולה במכונה כך שניתן יהיה לייצרם במכונות CNC שונות. בנוסף, טבלה זו תעזור למתכנן המתחיל להבין כבר בתחילת התכנון המפורט אילו סוגי מכונות עיבוד יידרשו לייצור החלקים שלו וכך למשל יימנע מלייצר חלקים אצל מספר רב מדי של קבלני משנה ויתאים את התכנון ליכולות העיבוד של קבלני המשנה איתם עובדת מחלקת ההנדסה.
מכיוון שעיבוד שבבי הינה טכנולוגיה כל כך נפוצה ומגוונת אנו נסתפק בשלב זה בטבלה לעיל המדגימה אך ורק עקרונות כלליים ולא מסווגת את סוגי מכונות העיבוד הקיימות לתחומים מרכזיים של חריטה וכרסום וכל תתי המשפחות הנמצאות תחת שני נושאים מרכזיים אלו. מדוע אם כן נדרשת טבלה כללית כזו המוצגת לעיל? כאשר מדובר על בחירת מכונת העיבוד מדובר למעשה על בחירת ספק העיבוד השבבי.
בחירת מכונת העיבוד מסוכמת בכלל אחד פשוט: ככל שמכונת העיבוד גדולה יותר פיזית ומסובכת יותר טכנולוגית (CNC לעומת קונבנציונאלי) כך מתייקרת עלות ייצור חלק בודד ומצטמצם מספר הספקים המסוגלים לבצע אותה.
טכנולוגיית העיבוד השבבי ראויה להתייחסות מיוחדת הנוגעת לתכנון נכון של חלקים. טעויות רבות נובעות מחוסר הבנה של חומר הגלם אותו משבבים. טעויות אלו באות לידי ביטוי בשני תחומים עיקריים שאם נימנע מראש לטעות בהם מובטח לנו שמרבית החלקים שלנו יבוצעו לפי התכנון.
טעות מס' 1: סדר פעולות העיבוד השבבי אינו מוגדר היטב בשרטוט
טעות מס' 2: פעולות העיבוד השבבי לא מביאות בחשבון מאמצים פנימיים בחומר
עם הזמן והניסיון תלמדו להתייעץ עם אנשי העיבוד השבבי אם אינכם בטוחים לגבי עיבוד מסוים ובכך להימנע משתי טעויות מרכזיות אלו. באופן כללי ניתן לומר שסדר פעולות העיבוד חשוב תמיד, אך ישנם מקרים בהם הוא חשוב במידה קריטית לתפקודו התקין של החלק. לגבי מאמצים פנימיים בחומר נדרש רק לזכור ששחרור מאמצים כאלו כתוצאה משיבוב מסוים יגרום לחלק כולו להתעוות לכיוונים לא רצויים ברגע בו הוא יוצא ממתקן הדפינה שלו.
טבלת העבודה שהצגתי קודם לכן תראה לכם היכן נמצא מרכז הכובד של ייצור החלקים. אם תראו לדוגמא במהלך התכנון שישנם חלקים רבים מדי הדורשים עיבוד במכונת CNC תוכלו להטות את מרכז הכובד לכיוון עיבוד קונבנציונלי. לפעמים ישנן הפתעות לא נעימות כאשר עוברים משרטוט חלקים לייצור בפועל. אחת מאלו היא גילוי מאוחר של עלות הייצור הצפויה לעומת זו שתוכננה בפועל. שינוי חלקים בשלב זה של התכנון אינו רצוי ולכן כדאי שהמידע יהיה מונח לפניכם בשלב מוקדם ככל האפשר.