Integrerad konstruktion och tillverkning

Transkript

1 Grupp B5 Integrerad konstruktion och tillverkning Inlämning 7.1: Systemarkitektur Grupp B5 Anton Albinsson Eric Johansson Oscar Lindecrantz Anders Olsson Tony Persson

2 Innehållsförteckning Inledning Träddiagrammet Modulernas utveckling Beskrivning av modulernas funktioner Gränssnittsmatris... 9 Inledning Modularisering används för att dela upp produkten i självständiga delar med tydliga gränssnitt. Dessa delar kan designas, testas, dokumenteras, produceras och bytas ut oberoende av varandra. Genom att modulerna är oberoende av varandra kan dessa utvecklas parallellt. Detta ger en kortare utvecklingstid. Modularisering ger även en tydligare bild över produktens komplexitet genom att antal undersystem och gränssnitt mellan moduler kan reduceras. 1

3 7.1.1 Träddiagrammet Innan träddiagrammet skapas bör den funktionella modellen kontrolleras för att se om det går att ta bort onödiga element (re-duce), och på så sätt minska komplexiteten. Ram 2 reducerades eftersom dess funktion att hålla uppe byxbenet kunde utföras av silon (se figur 1). Upphängningen av silon ansågs i det slutliga konceptet ligga utanför projekten. Med utgångspunkt från den funktionella modellen identifieras moduler som enskilda element eller grupper som är funktionellt sammankopplade och självständiga mot andra. Modulerna och deras inre komponenter kartläggs i träddiagrammet (se figur 2), vilket bland annat ger överskådlighet och en bild av komplexiteten. Roterande ränna och ram1 ansågs intimt sammankopplade och slogs ihop till modulen fördelningssystem. Figur 1 Funktionell modell. Ram 2 reducerad och roterande ränna och ram 1 sammanslagna till fördelningssystem. 2

4 Figur 2 Träddiagram. Överst i hierarkin är systemet stenfördelare. Nivån under utgörs av modulerna. Dessa består i sin tur av delsystem med komponenter under sig. 3

5 7.1.2 Modulernas utveckling För att tid och kostnad för utveckling och produktion ska hållas nere bör så många standardiserade komponenter som möjligt användas. Dessa beställs från externa leverantörer. Standardiserade komponenter bidrar också till ökad flexibilitet. Resterande komponenter utvecklas internt (inhouse). Ursprungliga delar som kommer att användas: Matarband Silo Detaljer som beställs från externa leverantörer: Hjul till lagring Elmotor Kugghjul till drivsystemet Balkar till ramverk Detaljer som måste utvecklas inhouse: Trattstativ Huvudstativ (krysskonstruktion ovanpå silo) Motorstativ Hjulspår för lagring Kuggring för drivning Avdelare för byxben Rör till byxben 4

6 7.1.3 Beskrivning av modulernas funktioner Första modulen Matarbandet som matar sten till fördelningssystemet (se figur 3). Figur 3 Modul 1: Matarband Andra modulen Fördelningssystemet som består av ramverk, tratt och rännsystem (se figur 4). Figur 4 Modul 2: Fördelningssystemet 5

7 Stenen passerar tratten till rännsystemet. Om stenen faller med en bibehållen horisontell hastighet genom tratten ner i rännan uppstår ett ojämnt cykliskt flöde. Minimalt flöde (Φ 2 ) uppstår då rännan är riktad åt motsatt håll mot matarbandet (se figur 5) och maximalt flöde (Φ 1 ) uppstår då rännan är riktad åt samma håll (se figur 6). Figur 5 Minimalt flöde från ränna ner i silo Figur 6 Maximalt flöde från ränna ner i silo För att undvika detta bör bandets position justeras mot tratten så att stenen stöter emot bortre delen av tratten och den ursprungliga horisontella hastigheten elimineras. För att stenen ska få minimal horisontell hastighet bakåt efter att den slår i bortre trattväggen bör en liten vinkel på tratten väljas (se bild 7). Figur 7 Minimal horisontell hastighet efter tratten 6

8 Rännsystemet innehåller ränna, drivning och lagring. Rännan som drivs av en elmotor snurrar i en cirkulär rörelse som gör att stenmassorna sprids jämnt i silon. Även om fördelningen i silon momentant kan vara ojämn, på grund av ojämnt massflöde och massfördelningsflöde (hur massfördelningen ser ut med avseende på tid) från matarbandet, så kommer detta att jämnas ut under en konkross livslängd. Alla dessa komponenter bärs i sin tur upp av ett ramverk. Tredje modulen Silon som buffrar sten (se figur 8). Utgångspunkten vid dimensionering av silon var ett mejl från Per Svedensten 1 där han föreslog en silodiameter på 4-5 meter och en buffert på 5-10 min. 5 m diameter valdes av gruppen för att inte få en allt för hög silo, medan 7,5 min valdes för att det var medelvärdet. Med detta som utgångspunkt beräknades en minimihöjd på silon (den nedre koniska delen av silon försummas i beräkningarna). Packningstätheten i silon är 0.7 För att ge plats åt rännsystemet bestämdes silohöjden till 5 m. 1 Dr. Svedensten Per, Sandvik AB. 7

9 Figur 8 Modul 3: Silon Fjärde modulen Byxbenet som fördelar stenmassorna jämnt mellan två parallella krossar (se figur 9). En rektangulär utformning valdes eftersom den ansågs lättare att konstruera än en cirkulär (design for manufacturing). En cirkulär utformning hade inneburit mindre material men mer komplicerade geometrier. Figur 9 Modul 4: Byxbenet 8

10 7.1.4 Gränssnittsmatris Matrisen visar hur modulerna hänger ihop och på vilket sätt (se figur 10). Detta för att vid ändringar av en modul lätt kunna se vilka andra moduler som påverkas. Olika kontaktsätt: Mekanisk (Me) Kemiskt (K) Elektriskt (E) Magnetiskt (Ma) Logiskt (L) Termiskt (T) Modul Me 3 Me 4 Me Figur 10 Gränssnittsmatris 9

11 Grupp B5 Integrerad konstruktion och tillverkning Inlämning 7.2-4: Detaljkonstruktion, produktionsanpassning och kostnadsuppskattning Grupp B5 Anton Albinsson Eric Johansson Oscar Lindecrantz Anders Olsson Tony Persson

12 Innehållsförteckning Inledning Detaljkonstruktion CAD-ritningar Hållfasthetsberäkningar Modell och kostnadsuppskattning Tillvägagångssätt för kostnadsuppskattning Kostnadsuppskattning av tratt Metod 1: gjutning (sand casting) Metod 2: Bocka och svetsa (Sheet Metal Work och welding) Kostnadsuppskattning av ring Metod 1: gjutning (sand casting) Metod 2: Gjutning + svarvning (sand casting och Computer Numerical Controlled Machining) Val av tillverkningsmetod Monteringskostnader Tillvägagångssätt för uppskattning av monteringskostnad Exempel på monteringskostnadsberäkning Totala monteringskostnader Tillverkningsbarhet Tratt Ringen Bilaga Bilaga Bilaga Bilaga

13 Inledning Detaljkonstruktionen i CAD-program gjordes och hållfasthetsberäkningar på rännan utfördes för hand. En kostnadsuppskattning gjordes på olika tillverkningsprocesser för ringen och tratten. Detta gav en bild över vilken process som är billigast, dock så måste hänsyn till andra faktorer tas vid beslut av tillverkningsmetod. Utifrån detta valdes sedan tillverkningsmetoder för de två komponenterna och monteringskostnadsberäkningar gjordes sedan. Detta underlättar att se vilka moment i monteringen som är dyra. Slutligen gjordes en tillverkningsoch monteringsanpassning av ringen och tratten. 7.2 Detaljkonstruktion Detaljkonstruktionen gjordes i Autodesk Inventor Professional CAD-ritningar Detaljritningar på kritiska komponenter och en översiktsritning ligger som bilagor Hållfasthetsberäkningar Rännan Hållfastheten hos rännan beräknades utifrån ett worst case scenario där rännan helt fylldes med sten. Scenariot är högst osannolikt och innebär större krafter än vad som är realistiskt. Men håller en ränna med den minsta dimensionen som hittades för det valda materialet (Hardox 550, 10mm) mot dessa krafter kommer den garanterat att hålla mot realistiska maximala krafter. Spänningarna kommer att bli som störst vid hålen som används för att skruva fast rännan i ringen. 2

14 Figur 1: Den del av rännan fylld med sten som orsakade dragkraft och moment i det farliga snittet vid hålen (vid beräkning var rännan dock fylld av 50 % sten och 50 % luft). Tyngdpunkten är utsatt på bilden Orsaken till spänningarna är tyngdkraften hos ränna och sten. Denna kraft kan i sin tur förenklas till en dragkraft och ett moment. Figur 2: Friläggning vid hålen (hålen syns inte i bilden). N=mg och M=mg*x (x= horisontella avståndet mellan tyngdpunkten hos den undre delen och centrum i snittet) Det vridande moment som uppstår då rännan roterar och ny sten hela tiden accelereras i horisontell led (slungas ut) ansågs försumbart då rotationshastigheten hos rännan var förhållandevis låg. Dragspänningen vid hålet beräknades enligt: 3

15 Formfaktor vid hål och dragspänning = 3 1. Då r (hålets radie=8,5mm) <<a (avståndet mellan hålet och kanten). Det gick inte att sätta ett exakt värde på a enligt metoden i hållfasthetslära sid Detta eftersom den syftade på en plattstav och inte ett rör. Metoden ansågs ändå användbar då ett rör kunde approximeras till en plattstav där r<<a. där massan hos rännan fylld med sten m=1851 kg (stenen har densitet 2.8 kg/m 3 och är packad och är packad till 50 %) där rännans ytterdiameter r ytter =0,55m och r inner =0,54m. Hålens diameter d hål =8,5mm och rörets tjocklek h tjocklek =10mm Spänningen orsakad av momentet beräknades enligt: där M b är böjande moment och W b är böjmotstånd =10mm där medelradien hos rännan r medel =0,545m och tjockleken t där det horisontella avståndet mellan tyngdpunkten hos den undre delen och centrum i snittet x =0,128m utifrån formfaktordiagram, där r=8,5mm och h=10mm och bredden B>>r 1 Bengt Sundström (2008), Handbok och formelsamling i hållfasthetslära. 2 Bengt Sundström (2008), Handbok och formelsamling i hållfasthetslära. 4

16 Vilket innebar att rännan var kraftigt överdimensionerad. Beräkning av möjligt utmattningsbrott gjordes inte, då nödvändig data för detta skulle kräva att denna togs fram experimentellt, vilket låg utanför projektets möjligheter. Rännans kraftiga överdimensionering garanterade dock att utmattningsbrott inte var ett problem. Vid en så stor överdimensionering borde åtgärden vara att ändra material och/eller tjocklek. Materialet Hardox 550 valdes dock på grund av dess slitstyrka, vilket var en viktig egenskap då den skulle tåla konstanta stötar från stenar. Detta material fanns heller inte att införskaffa i mindre tjocklek än 10mm. Skruvar För att fästa rännan i ringen prövades 8 st. skruvar. På grund av utrymmesmässiga begränsningar av skruvarnas längd (max 33mm) blev den maximala storleken som kunde användas M16 med en längd på 30mm. Skruvarna kommer att utsättas av en skjuvspänning. där rännans totala vikt (inklusive delen ovanför det känsliga snittet) m hela = 2318 kg och medeldiametern hos en M16 -skruv d M16 = 14,701 mm 3 16,75 MPa Enligt von Mises är och η där = 550 MPa för seghärdat stål (141650) som lämpar sig för bultar. Detta gav 19 verkar vara en för stor faktor även om en garanti mot brott orsakade av utmattning och korrosion (som inte kunde beräknas) kräver större dimensioner än vid momentant brott utan korrosion. Med 4 st. skruvar blev vilket borde var en tillräckligt stor säkerhetsfaktor. Färre antal skruvar ansågs inte vara lämpligt då det kunde ge en sämre stabilitet. 3 Mart Mägi & Kjell Melkersson, (2009). Lärobok I maskinelement. 5

17 7.3 Modell och kostnadsuppskattning För att välja rätt material och tillverkningsmetod används kostnadsberäkningar och information enligt Swift & Bookers Process Selection 4. Beräkningarna har gjorts med avseende på 1000 tillverkade produkter per år. Dessa beräkningar är endast uppskattningar och är alltså inga faktiska kostnader Tillvägagångssätt för kostnadsuppskattning Nedan följer tillvägagångssättet på hur material samt tillverkningskostnader beräknas. Val av metoder: Vid val av tillverkningsmetod används figur 2.2 där man beroende på material och den avsedda mängden tillverkade produkter per år tar fram olika möjliga metoder för tillverkningsprocessen. Därefter analyseras de olika möjliga tillverkningsmetoderna och utifrån specifika krav och förutsättningar väljs den mest lämpliga metoden ut. Materialkostnadsberäkning: För beräkning av materialkostnaden krävs att volymen och massan beräknas enligt nedan. V = V f * W c V = volymen [m 3 ] V f = slutvolymen [m 3 ] W c = spillkoefficient m = V * = densiteten [kg/m 3 ] m = massan [kg] M c = m * kostnad per kilogram [kr/kg] M c = materialkostnad Tillverkningskostnadsberäkning: gjutning, bockning och svarvning Beräkningarna för tillverkningskostnaden följer samma mönster för både gjutning, bockning och svarvning och görs enligt nedan. Tillverkningskostnad = P c * R c P c = grundläggande processkostnad Detta beror på tillverkningsprocess samt storleken på den årliga produktionen och läses av från figur 3.1 till K.G. Swift & J.D. Booker. (2003). Process Selection, From Design to Manufacture. (2 nd ed.) 6

18 R c = relativa kostnadskoefficienten Denna beror på olika faktorer som påverkar processkostnaden enligt nedan. R c = C mp * C c * C s * C ft C mp = materialets process lämplighets faktor (läses av från figur 3.7). C c = form och komplexitets faktor (läses av från figur 3.8 till 3.12). C s = sektionskoefficient beroende på väggtjocklek (läses av från figur 3.13 till 3.15). C ft = finish respektive tolerans faktor, den största faktorn av dessa används i beräkningen, (läses av från figur 3.16 till 3.21). Tillverkningskostnadsberäkning: svetsning Lämplig svetsmetod väljs enligt figur 2.6 med avseende på material, materialtjocklek, antal och avmonteringsbarhet. Därefter avgörs det om svetsningen bör utföras manuellt eller maskinellt. Beroende av detta val erhålls en arbetshastighet. Svetsfogarnas längd avgör processtiden som i samband med operatörskostnad utgör tillverkningskostnaden Kostnadsuppskattning av tratt Metod 1: gjutning (sand casting) Som metod ett valdes sandgjutning då denna är billig och uppfyllde de krav och förutsättningar som efterfrågades. Efter rekommendation av Per Svedensten 5 används materialet manganstål som är ett slittåligt och gjutbart stål som används i dagens stenkrossar. Materialkostnad: Materialdata: Kostnad per kilogram = 11,3 kr/kg Densitet = 7,87*10 3 kg/m 3 V f = 0,9 m 3 W c = 1,2 V = 0,9 * 1,2 = 0,108 m 3 Massan = 1,08 * 7,87*10 3 = 850 kg Vilket ger materialkostnaden: M c = 850 * 11,3 = 9605 kr Tillverkningskostnad: 5 Dr. Svedensten Per, Sandvik AB. 7

19 P c = 20 pence R c ges av: C mp = 1,3 C c = 2,3 C s = 1,5 C ft = 1 R c = 1,3 * 2,3 *1,5 * 1 = 4,485 pence Tillverkningskostnad = 20 * 4,485 = 89,7 pence Metod 2: Bocka och svetsa (Sheet Metal Work och welding) Som metod två valdes bockning i kombination med svetsning då det är en vanlig metod inom stenkrossningsbranschen i liknande konstruktioner och uppfyllde de krav och förutsättningar som efterfrågades. En form av plåt skärs ut och bockas till en tratt som slutligen svetsas ihop. Efter rekommendation av Per Svedensten 6 används materialet Hardox 550 som är ett slittåligt plåtmaterial som används i dagens stenkrossar. Materialkostnad: För att kunna producera en tratt med denna metod krävs en höghållfast plåt av dimensionen 4,4 * 1,8 * 0,02 m. Möjliga dimensionsvarianter vid inköp är dock begränsade. Bäst lämpade plåtdimensionen är 6 * 2,5 * 0,02 m. Detta ger ett relativt stort materialsvinn då endast en tratt per plåt kan framställas. Plåten väger 2355 kg. M c = kr (per plåt/tratt) Detta ger en kostnad per kilogram på 9 kr/kg Tillverkningskostnad: SMW P c = 80 pence R c ges av: C mp = 1,5 C c = 1,2 C s = 2,7 C ft = 1 R c = 1,5 * 1,2 *2,7 * 1 = 4,86 pence Tillverkningskostnad = 80 * 4,86 = 388,8 pence 6 Dr. Svedensten Per, Sandvik AB 8

20 Tillverkningskostnad: Svetsning Den svetsmetod som valdes var MIG, då den klarar djupa svetsfogar, är vanlig, enkel och billig i förhållande till övriga valbara metoder. På grund av praktiska förutsättningar väljs manuell svetsning vilket ger en arbetshastighet på 0,2 m/min. Svetslängd: 1,064 m Svetstid = 1,064/0,2 = 5,32 min Operatörskostnad: 0,465 pence/s Tillverkningskostnad = 0,465 * 5,32 * 60 = 320 pence Den totala tillverkningskostnaden för bockning och svetsning: 388, = 708,5 pence Då specifika materialpriser i dagens penningvärde har använts ger prisjämförelse med Swift & Booker Process Selection en felaktig helhetsbedömning då materialpriset blir av för stor betydelse i förhållande till tillverkningskostnaden. För att kunna använda uppskattningen av tillverkningskostnader ur den 7 år gamla Process Selection approximerades manganstål till Alloy steel med en materialkostnad på 0,00157 pence/mm 3 enligt boken. Det verkliga priset på manganstål är 11,3 kr/kg och Hardox 550 har ett pris på 9 kr/kg. Då detta förhållande önskas behållas beräknas kvoten mellan dessa och multiplicerar med det tabellerade värdet på 0,00157 pence/mm 3. Detta ger ett värde för Hardox 550 på 0,00125 pence/mm 3. Materialkostnad vid gjutning: M c =V * C mt V = 0,108 * 10 9 mm 3 M c =0,108 * 10 9 * 0,00157 = pence Materialkostnad vid bockning och svetsning: M c =V * C mt V = 2500 * 6000 * 20 = 0,3 *10 3 mm 3 M c = 0,3 *10 3 * 0,00125 = pence 9

21 Jämförelsetabell: Materialkostnader (pence) Tillverkningskostnader (pence) Totala kostnader (pence) Gjutning ,0 89, ,7 Bockning och svetsning ,0 708, ,5 Slutsats: Gjutning är billigare både med avseende på materialkostnader och tillverkningskostnader. Med hänsyn till dessa ekonomiska beräkningar är gjutning den metod att föredra Kostnadsuppskattning av ring Metod 1: gjutning (sand casting) Som metod ett valdes sandgjutning då denna är billig och uppfyllde de krav och förutsättningar som efterfrågades. Då gjutning används som metod valdes manganstål som materialval. Materialkostnad: Materialdata: Kostnad per volym = 0,00157 pence/mm 3 V f = ,694 mm 3 W c = 1,4 V = ,694 * 1,4 = ,95 mm 3 Vilket ger materialkostnaden: M c = ,95 * 0,00157 = ,74 pence Tillverkningskostnad: P c = 20 pence R c ges av: C mp = 1,3 C c = 3,7 C s = 1,5 C ft = 1,2 10

22 R c = 1,3 * 3,7 *1,5 * 1,2 = 8,658 pence Tillverkningskostnad = 20 * 8,658 = 173,16 pence Metod 2: Gjutning + svarvning (sand casting och Computer Numerical Controlled Machining) Som metod ett valdes sandgjutning då denna är billig och uppfyllde de krav och förutsättningar som efterfrågades. Ett stort rör gjuts med rätt dimensioner för att sedan svarvas och uppnå den form som ringen skall ha varefter den kapas av från röret. Nästa ring kan sedan börja svarvas på nytt från det ursprungliga gjutna röret. Då metoden är gjutning och svarvning är manganstål lämpligt som materialval. Materialkostnad: Materialdata: Kostnad per kilogram = 0,00157 kr/kg V f = = ,84 mm 3 W c = 1,2 V = ,84 * 1,2 = ,21 mm 3 Vilket ger materialkostnaden: M c = ,21 * 0,00157 = pence Tillverkningskostnad: Gjutning P c = 20 pence R c ges av: C mp = 1,3 C c = 2,2 C s = 1,5 C ft = 1 R c = 1,3 * 2,2 *1,5 * 1 = 4,29 pence Tillverkningskostnad = 20 * 4,29 = 85,8 pence Tillverkningskostnad: Svarvning P c = 10 pence R c ges av: C mp = 2,5 11

23 C c = 5,7 C s = 1, C ft = 1 R c = 2,5 * 5,7 * 1 * 1 = 14,25 pence Tillverkningskostnad = 10 * 14,25 = 142,5 pence Den totala tillverkningskostnaden för bockning och svetsning: 85, ,5 = 228,3 pence Jämförelsetabell: Materialkostnader (pence) Tillverkningskostnader (pence) Totala kostnader (pence) Gjutning ,74 173, ,9 Gjutning och svarvning ,0 228, ,3 Slutsats: Enligt de ekonomiska uppskattningarna av de totala kostnaderna för material och tillverkning var enbart gjutning billigast. Med hänsyn till dessa ekonomiska beräkningar är gjutning den metod att föredra Val av tillverkningsmetod Då de ekonomiska uppskattningarna är gjorda undersöks tillverkningsmöjligheten hos metoderna och informationen som samlas in är därefter till hjälp vid val av metod. Tratt: Metod 1 Efter samtal med Kenneth Hamberg 7 visade det sig dock att metoden med enbart gjutning inte skulle vara lämplig för ändamålet. Svårigheterna låg i att gjuta en så stor kropp och samtidigt bibehålla en jämn tjocklek på 20 mm över hela detaljen. Toleranserna skulle därmed bli mycket svåra att efterfölja. Gjutning som metod för tillverkning av tratten var därmed tvungen att väljas bort trots det billiga priset. Metod 2 När det gäller tillverkningsbarheten för bockning och svetsning som metod diskuterades detta 7 Hamberg Kenneth, Institutionen Material och Tillverkningsteknik 12

24 tillsammans med Gustav Holmqvist 8. Holmqvist ansåg att denna typ av plåtbearbetning lämpades väl för ändamålet. Hopfogning med svetsning var inte häller något hinder för användandet av metoden. Baserat på denna information valdes metod 2, det vill säga bockning och svetsning som den slutliga tillverkningsmetoden. Ringen: Metod 1 Under konsultation med Kenneth Hamberg framkom att gjutning var en lämplig metod för att framställa ringen. Han såg dock vissa svårigheter i att gjuta den runda formen men ansåg trots detta att gjutning var ett bra alternativ. Metod 2 Gjutning av röret ansågs vara möjligt men storleken skulle kunna innebära problem vid produktion eftersom inte många verkstäder har möjlighet att gjuta i de dimensioner som behövs. Huvudproblemet låg dock i att svarvningen kunde innebära en allt för stor risk då storleken och de stora krafter som skulle uppstå innebär en säkerhetsrisk och ett sämre resultat. Efter diskussion med Hamberg valdes metod 1, det vill säga enbart gjutning som den slutliga tillverkningsmetoden. Denna metod var även tydligt det billigaste alternativet Monteringskostnader För att kunna bilda sig en uppfattning om hur mycket monteringen kommer kosta och vilka monteringsmoment som kostar mest pengar så används monteringskostnadsberäkningar enligt Swift 9. Dessa beräkningar är sedan ett hjälpmedel för att se om några komponenter kan integreras så att pengar kan sparas in på monteringskostnad. Det är dock viktigt att komma ihåg att den här beräkningen inte fungerar så bra på stora komponenter eller komponenter med mycket svetsning om man skall räkna ut den absoluta monteringskostnaden. Metoden kan däremot användas för att jämföra olika monteringsalternativ med varandra och se vilket som kommer vara billigast Tillvägagångssätt för uppskattning av monteringskostnad Monteringskostnaden uppskattades enligt Assembly costing model efter Swift. Denna modell bygger på ekvationen där är kostnaden för en montör mätt i kr/s. Denna faktor sattes till 0,056 kr/s (200 kr/h) enligt uppgifter från föreläsning. Ideal monteringstid sattes till 3s vilket innebär att allting måste multipliceras med 1.5 vilket ger den formel som användes för att räkna ut monteringskostnaden som. 8 Holmqvist Gustav, Institutionen Material och Tillverkningsteknik 9 K.G. Swift & J.D. Booker. (2003). Process Selection, From Design to Manufacture. (2 nd ed.) 13

25 F i formeln är Fitting index och bygger på hur enkelt det är att fästa komponenten. Den består av tre faktorer där beror på hur man sätter fast komponenten t.ex. skruvförband nitförband m.m. kan anta värden mellan 1 och 4. beror på sex olika faktorer som adderas ihop som har med hur enkelt det är att passa in komponenter med varandra. tar hänsyn till om man behöver fästa en extra skruv eller behöver använda någon ytterligare fästmetod. H är Component handling analysis bygger på hur enkel komponenten är att hantera. Den består av tre faktorer där beror på hur tung komponenten är och om man behöver använda både händerna eller till och med vara två stycken som lyfter den. kan anta värden mellan 1 och 3. beror på hur enkelt det är att se åt vilket håll komponenten skall vara (symmetri eller tydlig asymmetri bra). komponenten är och om den t.ex. är varm eller svår att få grepp om. beror på hur känslig Denna metod fungerar ganska bra så länge man inte har för mycket svetsning vid montering. Den tar nämligen inte hänsyn till hur mycket man svetsar varje gång utan antar att all svetsning tar lika lång tid. Detta är mer sant om man har små komponenter, men eftersom ett flertal meter svetsfog krävdes för att montera stenfördelaren så måste hänsyn tas till detta. Enligt information utdelad av Gustav Holmqvist 10 så skall man vid svetsning räkna på en lönekostnad på 300 kr/h (0.084 kr/s). Denna lönekostnad ihop med svetsningstiden ger kostnaden före en svetsfog. För svetsning valdes MIG-svets då denna klarade av djupa svetsfogar. Den var dessutom vanligast av de svetsmetoder som var möjliga att använda. Vid manuellt arbete med MIGsvets så fås en svetshastighet på 0.2 m/min enligt Swift Exempel på monteringskostnadsberäkning I detta exempel monteras hjulen på hjulhållarna (Submontering 1). Först så skall hjulhållaren spännas fast på bordet. Component handling analysis H 10 Holmqvist Gustav, Institutionen Material och Tillverkningsteknik 14

26 valdes till 1.5 eftersom hjulhållarna är tunga och två händer måste användas. sattes till 0.1 då asymmetrin är enkel att se. och Fitting index F =1 och behövs ej. =1 valdes till ett, eftersom hjulhållaren spänns in i hållare. Detta medför att hänsyn till de andra två faktorerna inte behöver tas. Detta ger en total kostnad på Efter detta skall hjulen monteras på hjulhållaren. Component handling analysis H valdes till 1.5 eftersom två händer behövs för att hantera hjulen. valdes till 0.1 då asymmetri framgår tydligt och valdes till 0 då symmetri råder. Fitting index F =0 + + =4.1 valdes till 4 eftersom hjulet fästes med bult (screw fastener). sattes till 0.1 då insättning av hjulet ej sker rakt ovanifrån. De övriga -faktorerna sattes till 0 enligt diagram (t.ex. då det ligger stabilt). Detta gav en total monteringskostnad för hjulet på 15

27 Detta ger en totalmonteringskostnad för submontering1 med alla åtta hjul monterade på varsin hållare Totala monteringskostnader Samma metod som beskrivits ovan och som åskådliggjorts i exemplet användes sedan för att beräkna de andra monteringskostnaderna. Detta gav följande monteringskostnader presenterade i en trädstruktur (se figur 3). Figur 3 Monteringskostnader 7.4 Tillverkningsbarhet För att inte tillverkningskostnaderna skall bli för stora är det viktigt att se över konstruktionen på sina komponenter så att inte formen på dessa gör så att tillverkningspriserna stiger. Det är t.ex. ganska onödigt att ha alltför fina ytor eller allt för snäva toleranser där detta inte behövs. Förutom tillverkningskostnaden kan man även fundera på om man kan minska 16

28 monteringskostnaden. Man kan göra detta genom flera sätt men den billigaste komponenten att montera är den som inte finns. Detta kan göras genom att man integrerar flera komponenter med varandra Tratt Ur tillverkningssynpunkt vållar tratten inga större problem. Den är jämntjock och har en enkel form. Det som är lite oroande är allt spillmaterial som fås vid tillverkning i Hardox 550. Denna plåt säljs endast i plåtar som är 2.5*6 m stora. För att inte få så mycket materialspill kan man gå ned till Hardox 500 då dessa kan fås med en plåtstorlek 2*6m vilket ger mindre materialspill och ändå behålls de viktiga slitegenskaperna som var anledningen till att Hardox 550. Eftersom tratten ej behöver se särskilt snygg ut och funktionen ej påverkas av ytan så behövs inga stora krav sättas på ytfinheten. Detsamma gäller med toleransen som ej behöver vara så pass snäv att den driver upp tillverkningskostnaderna Ringen För att sandgjutningen skall fungera så måste släppningsvinklar införas. Dessa brukar ligga på mellan 1-5 enligt Swift 11. Dessutom skall de skarpa hörnen som finns på drivringen rundas av då detta förhindrar krympsprickor och eliminerar stresskoncentrationer. På ringen är toleransen den faktor som driver upp tillverkningskostnaderna lite. Dock så är en tolerans på 1 mm nödvändig för att montering skall underlättas. Ytfinheten däremot är ingenting som inverkar nämnvärt på funktionen och inga stora krav ställs på denna. För att minska på monteringskostnaderna så kan kuggringen integreras med drivringen och man gjuter dessa två i ett stycke. Detta medför dock extra tillverkningskostnader för drivringen men eftersom du slipper tillverka en extra komponent så kommer du spara pengar både i tillverkningen men även vid montering. Vid integration så är det viktigt att ställa sig tre frågor för att se om man behöver tillverka en komponent kan elimineras eller integreras Rör sig komponenten i förhållande till alla tidigare monterade detaljer? 2. Måste komponenten vara av annat material eller isolerad från alla tidigare monterade detaljer? 3. Måste komponenten vara separat för att inte omöjliggöra montering eller demontering av övriga detaljer? I fallet med kuggringen så är svaret nej på alla tre frågorna vilket gör att komponenten är en kandidat för eliminering eller integration. Eftersom funktionen komponenten utför är nödvändig för hela produktens funktion så är den lämpliga åtgärden att integrera kuggringen med drivringen. 11 K.G. Swift & J.D. Booker. (2003). Process Selection, From Design to Manufacture. (2 nd ed.) 12 Peter Almströn Föreläsning i DFA och Kostnadsanalys,

29 Bilaga 1 18

30 Bilaga 2 19

31 Bilaga 3 20

32 Bilaga 4 21