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加工製程閱讀時間 15 分鐘

同一個零件五種做法,成本可以差三倍

報價的第一個動作不是算錢,是決定這個零件要怎麼做。而這個決定,幾乎全寫在圖上,只是它從來不會用一句話告訴你。

Wikimedia Commons・CNC Mill 1.jpg・CC BY-SA 4.0

01三大類加工的分野

所有機械加工方法,都可以依「材料發生了什麼事」分成三類:把材料移除、讓材料變形、或把材料填進模穴。這三類的成本結構完全不同,也決定了同一個零件在不同批量下該怎麼做。

類別代表製程初期投入單件成本適合批量
切削(移除)銑削、車削、鑽孔、磨削、放電低(治具)1~數千
塑性(變形)沖壓、彎曲、鍛造、抽引、輥軋高(模具)極低數千以上
成型(填充)射出、壓鑄、粉末冶金極高(模具)極低上萬
三大類的成本結構。批量是決定製程的第一個變數,圖面是第二個。

02切削:精度來自於慢

銑削、車削、鑽孔、磨削都屬於切削。共同點是從一塊實心材料上移除材料,所以形狀自由度最高、精度最好,但材料利用率低、單件工時長。

工序與精度的階梯

工序典型公差典型 Ra說明
粗銑/粗車±0.2 mm6.3~12.5留餘量,追求去除率
精銑/精車±0.05 mm1.6~3.2一般配合面的終加工
鉸孔/搪孔IT7(±0.01 級)0.8~1.6孔的精度與圓柱度
平面磨/外圓磨IT5~IT60.2~0.8硬材料、熱處理後的終加工
研磨/珩磨IT4 以上0.05~0.2密封面、量具、缸孔
工序愈往下,精度愈高、成本也愈高。圖上的公差等級直接決定要走到哪一階。

五軸與車銑複合

傳統三軸加工複雜零件必須多次裝夾,而每一次重新定位都會引入誤差,這些誤差會累積在最終的位置度上。五軸與車銑複合機把多道工序併進一次裝夾,不只快,更重要的是消除了裝夾誤差,這也是為什麼有些零件的幾何公差在三軸機上根本做不出來。

03塑性:模具先投,之後就便宜

沖壓、彎曲、鍛造、抽引都是讓材料在不破壞的前提下產生永久變形。材料幾乎不浪費,單件節拍以秒計,代價是要先開模。

圖上的鈑金線索

  • 均勻板厚:整張圖只有一個厚度尺寸,其餘都是輪廓與孔位。
  • 彎折線與彎折半徑:R 值太小會裂,通常不小於一倍板厚(軟材)到兩倍(硬材)。
  • 展開尺寸或展開圖:有些客戶會直接給展開料長,有些要自己算。
  • 孔到彎折線的距離:太近的孔在折彎時會變形,一般要求大於 2.5 倍板厚加 R。
折床(press brake):鈑金件的形狀多半在這裡決定,而展開料長要在下料前就算對。
折床(press brake):鈑金件的形狀多半在這裡決定,而展開料長要在下料前就算對。Wikimedia Commons・High-tonnage press brake・CC BY-SA 4.0

鍛造件的圖面特徵

鍛造件會有明顯的拔模斜度(通常 3° 到 7°)、分模線加工餘量。圖上若同時出現「鍛件輪廓」與「加工後輪廓」兩層線,那就是在告訴你哪些面要後加工、留多少餘量。

04成型:壁厚決定一切

射出成型處理的是塑膠與部分金屬粉末。圖上的線索非常明顯:均一的壁厚、脫模斜度、加強肋、澆口與頂出銷的位置說明。

設計項目常見建議違反的後果
壁厚均一,變化不超過 25%縮水、凹陷、內應力
加強肋厚度主壁厚的 50~60%肋根縮水痕
脫模斜度每側 0.5°~2°脫模刮傷、頂白
圓角 R不小於 0.5 倍壁厚應力集中、開裂
澆口位置厚處進料、避開外觀面短射、流痕、結合線
射出件的設計規則。這些在圖面審查階段就看得出來,不必等到試模。

05圖上決定成本的六個地方

  1. 公差等級。一般公差(ISO 2768-m)與個別標註的 IT7,是兩種製程。
  2. 表面粗糙度。Ra 3.2 銑一刀就到,Ra 0.4 幾乎一定要磨。
  3. 幾何公差。位置度 Ø0.05 可能意味著必須一次裝夾完成。
  4. 材質。SUS304 的切削性遠差於 S45C,刀具壽命與工時都不同。
  5. 熱處理。排在精加工之前或之後,整條工序都要重排;熱處理後的變形量也要在圖上留餘量。
  6. 表面處理。陽極、鍍鋅、發黑都會改變尺寸,圖上若沒寫「處理前」或「處理後」量測,驗收一定會吵。