DFM-gids voor koperen busbarfabricage ter kostenbesparing bij maatwerkproductie

Ontwerp voor fabricage is de beste aanpak voor kostenverlaging en kwaliteitsverbetering. Kleine wijzigingen in het ontwerp kunnen leiden tot een verlaging van de fabricagekosten en doorlooptijd van koperen busbars in accusystemen voor elektrische voertuigen, stroomverdeling en toepassingen op het gebied van hernieuwbare energie. Te hoge specificaties vormen een veelvoorkomend probleem onder vele ingenieurs die functies overdreven specificeren, waardoor de bewerkingscomplexiteit stijgt zonder functionele meerwaarde. U kunt inzicht verkrijgen in uw ontwerpkeuzes en -beperkingen om een ontwerp te realiseren met dezelfde elektrische en mechanische eigenschappen, maar tegen lagere kosten. Veel klanten hebben Kinto benaderd voor optimalisatie van het ontwerp van koperen busbars, met name voor productie van onderdelen met hoge nauwkeurigheid en strakke toleranties. Deze gids biedt waardevolle richtlijnen over DFM-principes die geen geld kosten, maar wel de betrouwbaarheid van producten behouden.

Vereenvoudig gatpatronen en -afstanden

Het boren van gaten is een van de meest gebruikte processen bij de productie van koperen stroomgeleiders, en elk gat verhoogt de kosten van het proces. Voor elk gat zijn gereedschapstijd, slijtage van het gereedschap en inspectie nodig. Bespaar kosten: het aantal bevestigings- of aansluitpunten dient tot het strikt noodzakelijke minimum te worden beperkt. Vermijd ook een groot aantal kleine gaten die meerdere gereedschapswisselingen of speciale boorbits vereisen. Zorg voor voldoende afstand tussen de gaten onderling en tussen de gaten en de rand van de stroomgeleider. Koper is van nature redelijk zacht; het aanbrengen van gaten te dicht bij de rand kan vervorming of scheuren veroorzaken tijdens het ponsen of boren. Als algemene richtlijn moeten gaten ten minste 1,5 keer de materiaaldikte van de rand verwijderd liggen, en de onderlinge afstand tussen gaten mag niet kleiner zijn dan de materiaaldikte. Indien de stroomgeleider moet worden gegalvaniseerd, rijst de vraag: moet elke opening volledig worden bedekt met de galvanische laag, of is gedeeltelijke galvanisatie voldoende voor uw toepassing? Al deze kleine aanpassingen leiden gezamenlijk tot aanzienlijke besparingen op de cyclustijd.

Optimaliseer de boogstralen voor de eigenschappen van koper

Koper gedraagt zich anders dan staal bij buigen, en de reactie verschilt sterk afhankelijk van de legering en het temperatuurniveau. Als de boogstraal te klein is voor de gewenste legering en het gewenste temperatuurniveau, kan dit leiden tot scheuren, oppervlaktegebreken of extra ontkleuringstappen die tijdrovend en kostbaar kunnen zijn. De optimale boogstraal aan de binnenzijde van de bochten voor de meeste koperen busbar-toepassingen bedraagt één tot twee keer de dikte van het materiaal. Bij zachtere tempers (geannealde koper) kunnen kleine boogstralen worden bereikt, maar bij trillingsbelasting kan de mechanische sterkte ontoereikend zijn. Tempers die tijdens het productieproces worden gebruikt om een hardere structuur te verkrijgen, zijn moeilijker te buigen en vereisen vaak grotere boogstralen. Het is belangrijk om vroegtijdig samen te werken met de bewerker om het juiste temperatuurniveau te kiezen dat een evenwicht biedt tussen elektrische geleidbaarheid, mechanische sterkte en vervormbaarheid. Houd ook rekening met de buigrichting ten opzichte van de walsrichting van de koperplaat. Buigen dwars op de walsrichting (in plaats van mee met de richting) vermindert het risico op oppervlaktebreuken. Hoewel Kinto’s precisieapparatuur een brede waaier unieke geometrieën kan produceren, zijn ontwerpen die ‘het spel’ van natuurlijk koperbewerken volgen altijd goedkoper.

Minder secundaire bewerkingen door slim ontwerp

Secundaire bewerkingen zoals ontbramen, plateringsmaskering en meerdere bewerkingspassen zijn een belangrijke kostenfactor. Indien deze stappen worden verminderd of geëlimineerd, kan een goed ontworpen busbar voldoen aan de vereisten. Gebruik geen niet-standaard diktes die op maat moeten worden gewalst of die te veel oppervlakteafwerking via slijpen vereisen. Vermijd maskering in gewenste wandsecties vanwege het aanwezig zijn van automatische valstrikken in de plateringsoplossing of handmatige maskering. Indien flexibele busbarverbindingen nodig zijn, is het vaak beter om gelamineerde shunts in het hoofdlichaam van de busbar te monteren, in plaats van complexe flexibele jumpers die moeten worden gelast of vastgezet met bouten aan het busbarlichaam. Ontwerp vlakke, ononderbroken oppervlakken zodat deze eenvoudig kunnen worden bedekt met tape, poedercoating of krimpkous voor isolatievereisten. Smalle kanalen en moeilijk toegankelijke gebieden door scherpe hoeken vereisen handmatige afwerking. Afgeronde hoeken en ruime radiussen helpen spanningconcentratie te verminderen en vergemakkelijken bovendien geautomatiseerde afwerkprocessen.

Tolerantiestrategie die precisie en kosten in evenwicht brengt

Een kleinere tolerantie leidt altijd tot hogere productiekosten. De kostenstijging is niet lineair – het verkleinen van de tolerantie van 0,10 naar 0,05 kan bijvoorbeeld leiden tot meer dan een verdubbeling van de bewerkings- en inspectiekosten. Specificeer daarom geen kleinere tolerantie dan strikt noodzakelijk. Plaats geen tolerantie bij een afmeting als deze geen invloed heeft op vorm of functie van het onderdeel. Sommige onderdelen, zoals stroomrails van meerdere eenheden die bij montage eventueel compenseren via vervorming, vereisen mogelijk geen extreme positionele nauwkeurigheid in lengte en breedte. Stel een afmetings- en tolerantieopgave op die gebruikmaakt van geometrische afmetings- en tolerantiesymbolen (GD&T) en pas toleranties toe op kritieke kenmerken die dit daadwerkelijk nodig hebben – bijvoorbeeld de locaties van bevestigingsgaten of afmetingen die betrekking hebben op bevestigingsinterfaces. Dit voorkomt dat de fabricant ten onrechte denkt dat alle kenmerken de hoogste nauwkeurigheid vereisen. Kinto’s fabricagecapaciteiten zijn zeer nauwkeurig. Om aangepaste geometrieën te produceren binnen onze capaciteiten, moedigen we onze klanten aan om strakke toleranties uitsluitend toe te passen waar dit functioneel noodzakelijk is. De besparingen door minder strakke toleranties kunnen worden geïnvesteerd in andere materiaalsoorten, hoogwaardigere componenten of uitgebreidere prototypingsinspanningen. Het toepassen van deze Design-for-Manufacturing-methode tijdens de eerste ontwerpfase helpt u uw totale kosten te verlagen en kosteneffectieve oplossingen te realiseren.