多年来，模具制造技术取得了长足的发展，我们对制造设计 (DFM) 的整个过程的了解也在不断增加。我们已经意识到，不仅要考虑高效成型的设计细节，还要考虑模具、成型和工具维护之间的联系很重要。

在佳能弗吉尼亚，制造设计和在制造环境中运行我们自己的工具的经验使我们更加关注维护设计。我们已经意识到在设计过程中考虑这两个因素很重要，因此在本文中，我们向您介绍了我们所说的 DFM 2。

制造设计

众所周知，降低成本最成熟的方法是从设计之初就考虑到制造。如果不仔细考虑零件的设计及其制造方式，制造和装配成本就会增加。话虽如此，传统的 DFM 可以很容易地被今天的许多东西取代——一个是可塑性设计。我们发现自己会问这样的问题：

在佳能弗吉尼亚，我们一直负责设计零件、制造工具和批量生产该零件。尽管我们可能不会针对我们承担的每项工作都参与这些流程中的每一个，但这种经验使我们能够在设计工具时考虑所有各方的综合成本。

预先进行适当的制造设计所花费的时间远远少于在流程后期进行修正的相关成本。我们都看到，DFM 可以极大地改变所有相关方的结果。

对于刀具制造商来说，它可以通过考虑下游成本来提高加工难度，简化模具，赢得客户。对于成型商而言，它保持稳健的工艺窗口，提高可重复性和质量，并使工具维护更容易。对于最终制造商而言，它可以确保传入的零件符合规格，减少装配过程并提高产品质量。了解下游各方的结果很重要。

例如，我们最近有一个使用扭配合的两件式组件。虽然一开始的想法看起来很简单，但它会使下游的成型和制造变得复杂。将零件装配在一起的扭转运动会很棘手。最终制造商将不得不增加人工来扭曲每一件或创建更昂贵的自动化组装过程的成本。

更好的解决方案是压配合或卡扣配合。虽然在设计中添加底切稍微复杂一些，但它在组装方面显着节省了下游成本。这只是一个简单的例子，但它很好地说明了原则——牢记生产过程中的所有利益相关者。

通过模拟成型过程的软件，我们能够在投入生产之前看到每个工具的运行情况。我们能够预测许多事情，例如流线和汇流区域的位置，以及翘曲、压力和流速。这些预测对参与该过程的每个人都很有价值。您不仅可以在成型问题出现之前解决它们，还可以节省工具维护时间。

但这不是过程结束的地方。在佳能，我们不仅会简单地评估零件的可塑性和可制造性，还会将维护设计考虑因素纳入我们的工具设计中。

维护设计

维护设计的核心是简单地考虑工具的结构和元素，并将它们设计为易于维护。多年来，我负责一个大型注塑操作，其中包括近 100 个活动模具。我熟悉了模具维修部，亲眼目睹了易于维修的模具和不易维修的模具之间的区别。在这些经历之后，我坚信易于维护对于延长工具寿命很重要，并且必须在设计阶段加以考虑。

每个人都会问的问题是：“您如何量化维护的价值和重要性？” 快速回答是：通过基本的预防性维护 (PM) 系统，我们取消了内部工具更换计划。过去，像许多模具制造商一样，我们每年都在预算 100 万次循环后更换工具。通过维护设计流程的创新和改进以及技术的进步，我们将刀具寿命延长至 200 万次，然后是 300 万次甚至更高。现在，我们希望我们的工具可以使用到产品的使用寿命结束。

我将模具上的 100 万次循环与车辆上的 100,000 英里进行比较。在早期，100 万次循环或 100,000 英里很多，但现在不是了。

早些年，执行预防性维护通常很困难，而且非常耗时。工具变得越来越复杂，使得高效维护每一个工具变得越来越困难。维护设计此时开始进入我们的初始设计过程。通过我们设计流程的创新，产生了一些好处。其中包括减少工具维护的时间和减少流程之间的在制品库存。使用收集的数据查看每个工具和历史记录使我们能够定制计划，并使我们能够更快、更安全地进行预防性维护。它还让我们知道是否需要增加维护频率。最终，我们在工具方面节省了大量资本投资。

以下是一些设计维护技巧供您考虑：

提示 1：考虑用于构建给定工具的材料。在选择这种材料时，首先要问一个问题：产品的预期寿命是多少？  出于模具分类的目的，我们可以说是“101 级模具”，但对于投资，就像我们的车辆一样，我们希望它们经久耐用。我将模具上的 100 万次循环与车辆上的 100,000 英里进行比较。在早期，100 万次循环或 100,000 英里很多，但现在不是了。我们期望我们的工具超过 100 万次循环，我们的车辆超过 100,000 英里；因此，它们应该相应地设计。

要问的另一个重要问题是：您使用的是什么树脂，它是磨蚀性的还是腐蚀性的？ 有些材料很粗糙，需要极硬或特殊的钢材。没有动作的简单开/关工具与具有移动部件的工具的工具磨损率存在很大差异。在考虑这些活动部件时，材料选择至关重要。腐蚀可能以水接触、酸性材料和释气的形式出现。选择能够抵抗这些元素的材料对于实现长刀具寿命至关重要。

硬化模具镶件

为防止脱气腐蚀并促进模具维护，将硬化嵌件（绿色）放置在型腔的最终填充区域，气体将被困在该区域。 

例如，在控制挥发性气体时考虑插入易受侵蚀的区域。在上图中，我展示了一个带有硬化嵌件的软型腔块，位于气阱所在的最终填充区域。这种类型的策略将为您提供更长的刀具寿命并帮助您降低成本，因为整个型腔块不需要很硬。否则，随着时间的推移，由于钢腐蚀，您最终可能会切掉磨损区域并插入它。如果你不预先插入这些区域，在设计阶段就考虑到这一点，不要在关注的区域下运行水道，这样你至少可以选择将来插入。

螺栓通风口

使用可拆卸的排气口进行排气允许在压机中清洁排气口。 

提示 2：尽可能包括前加载组件。拆卸整个工具非常耗时。出于这个原因，我们尽可能将固定组件安装在分型线一侧而不是背面。在随附的图像中，您可以看到此操作的简单表示。从前面用螺栓固定的腔体；可以从前面拉出的插件；可以在压力机中清洁的热流道浇口尖端；可以轻松拆卸的角销；使用可拆卸的排气口进行排气都是可以减少预防性维护时间的设计元素。

随着时间的推移和数据的收集，请使用该数据。每个工具都是不同的，定制每个工具的预防性维护很重要。

提示 3：模具部件的标准化是一个值得关注的重要领域。可以轻松标准化的组件包括弹簧、开关、角销、角衬套和击球计数器。将此类零件所需的种类保持在最低限度，有助于 PM 车间减少库存。

通常，我们发现自己为同一个客户制造了多个模具。如果您能够跨多个工具项目进行标准化并使用现成的组件，那么采购就会变得更加容易，并且可以显着缩短交货时间。在许多情况下，熟练的模具制造商能够订购库存毛坯部件并在内部完成所需的细节，无论是将它们切割成一定长度还是添加其他细节。

将元件连接到分型线侧

将固定元件安装在分型线一侧而不是背面，便于拆卸。该型腔块是从工具前部用螺栓固定的。 

为防止生产线上的混淆，请分配可配置的零件编号以包含完成工作的详细信息，例如将长度添加到零件编号的末尾。没有机加工能力的模塑商没有用空心销。他们需要一个大头针才能投入使用，因此将这些信息包含在材料清单中可以让模具制造商更加清晰，并为模具制造商节省资金。

最后，尽量保持热流道系统的标准。由于大多数加热器和热电偶都是标准配置，因此工具组中唯一的区别是阀针长度是有效的。此外，定制的浇口尖端、销和衬套价格昂贵并增加了交货时间。尽管并非总是可以使用标准组件，但从标准组件开始并从那里开始工作是有好处的。

尽可能将工具设计为防错的。暂时将自己视为工具维护技术人员。你不会醒来说：“我今天要犯错！” 

提示 4：尽可能将工具设计为防错的。暂时将自己视为工具维护技术人员。你不会醒来说：“我今天要犯错！” 您开始工作并开始使用计划进行预防性维护的模具。一切顺利，那天晚些时候你完成了。您几乎不知道工具中的 50 个顶针中有一个在凹槽中偏离方向 180°。该销碰巧有成型几何形状或锐角。猜猜当你关闭工具时发生了什么？损害。机器现在无法运行，需要修理模具。这样的事情一次又一次地发生。我们并不完美。

在初始设计阶段，尽可能结合防错功能。当您专注于存在风险的领域时，请从 PM 技术人员知道他们在做什么的角度进行设计，但他们也是人。我们都会犯错。因此，当错误发生时，要关注错误是如何犯的，而不是犯了什么错误。朝着持续改进和效率迈进。

培养积极向上的文化

在佳能，我们不断发展并融入“维护设计”策略，但我们也对我们的工具维护系统充满热情。以下是支持成功的工具维护策略的一些主要方法：

 1. 让每个人都参与到同一页面上。确保成型车间的每个人都说同一种语言对于持续创新很重要。

 2. 随着时间的推移和数据的收集，使用该数据。每个工具都是不同的，定制每个工具的预防性维护很重要。有些工具比其他工具需要更多的照顾。

 3. 根据拍摄次数或持续时间制定定期维护计划。知道何时执行工作将帮助您减少破坏性和更及时的维护。

 4. 确保培训包括如何检测缺陷和可能导致未来故障的区域，以及如何有效地使用数据。

为了真正取得成功，需要所有相关方之间的合作。如果这些各方之间存在一致性，我们就能够超越可塑性设计而考虑装配设计。然后，我们甚至可以考虑拆解设计。很多时候，回收利用不符合成本效益，但使用这些设计原则有助于使可持续性更容易实现。长期成功是目标，使用 DFM 2帮助我们从质量、成本、交付和环境的角度进行设计。