Essentiële Gids voor Het Ontwerpen van Effectieve Jigs en Fixtures

Jigs zijn hulpmiddelen die een productiegereedschap op zijn plaats houden terwijl het een herhalende taak uitvoert zoals boren of tappen van gaten. Fixtures, aan de andere kant, leiden geen productiegereedschap maar houden een werkstuk vast in een vaste positie, oriëntatie of locatie. Een standaard schroefbank is een veelvoorkomend huishoudelijk voorbeeld van een fixture.

Verschillen daargelaten, maken zowel jigs als fixtures een groot verschil. Ze verhogen de productiviteit, verbeteren de herhaalbaarheid van onderdelen, maken onderdeelmontage en demontage gemakkelijker, en helpen zelfs een veilige werkomgeving te creëren. Bijna alle geautomatiseerde industriële productieprocessen vertrouwen op jigs en fixtures om consistent onderdelen te bouwen die correct functioneren. Ingenieurs kunnen ervoor zorgen dat hun jigs en fixtures sterker en goed ontworpen zijn door deze belangrijke overwegingen in gedachten te houden.

Basisprincipes van jig en fixture ontwerp

De sleutel tot het vervaardigen van jigs en fixtures begint met het begrijpen van hoe vrijheidsgraden werken. Elk object in de ruimte heeft zes vrijheidsgraden – omhoog/omlaag, links/rechts, vooruit/achteruit, en de mogelijkheid om te draaien om 3 assen (X, Y en Z). Een goed ontworpen fixture moet deze vrijheden zoveel mogelijk beperken om het onderdeel in positie te houden, maar niet zoveel dat het onderdeel overbeperkt raakt.

Overbeperking treedt op wanneer redundante krachten proberen dezelfde taak te doen en uiteindelijk counterproductief werken. Een vierpoten stoel is een uitstekend voorbeeld hiervan – het vierde pootje is mechanisch onnodig en zal wankelen als de stoel op een oneffen oppervlak staat. In het beste geval hebben overbeperkte krachten geen effect op de fixtures, maar in de ergste gevallen resulteert het in slechte onderdeelkwaliteit en verhoogd risico voor de operator.

Het is essentieel voor ingenieurs om precies te zijn wat betreft vrijheden. Een minder beperkt fixture-ontwerp is het beste voor onderdelen zoals gietwerk die iets meer variatie hebben, terwijl een meer beperkt fixture-ontwerp het beste is voor CNC-gewerkte of injecteergegoten onderdelen met precisere oppervlakken.

Een succesvol jig en fixture ontwerp houdt rekening met hoe het gereedschap zal opereren alsook hoe het zal voelen om het gereedschap te bedienen. Elke toepassing zal verschillen, maar ingenieurs moeten altijd mensgerichte ontwerppincipes in hun plannen incorporeren. Begin met deze vaste jig en fixture ontwerpberekeningen:

1. Wanneer mogelijk, ontwerp jigs en fixtures voor eenhandige bediening. Op deze manier kunnen operators de ene hand gebruiken om de fixture vast te houden en de andere voor onderdeelpositionering of stabilisatie.
2. Ontwerp een jig of fixture die geen menselijke hulp nodig heeft om een onderdeel vast te houden tijdens secundaire operaties.
3. Kies voor geometrieën die uitlijningsfouten duidelijk maken. Dit kan arbeidsongevallen verminderen.
4. Overweeg hoe de jig of fixture past in de algehele productieworkflow.
5. Probeer een ontwerp te creëren dat de minste stappen gebruikt. Dit verkort cyclus tijden en houdt vermoeiende herhalende bewegingen tot een minimum.

Jigs en fixtures kunnen worden geproduceerd met CNC-bewerking en 3D-printen, maar in het algemeen biedt 3D-printen een aantal voordelen. In dit geval is additieve productie goedkoper en sneller dan CNC-bewerking met een grote marge. Ook biedt alleen 3D-printen ingenieurs de flexibiliteit om ontwerpen frequent te heroptimaliseren.

Productiebest practices voor jigs en fixtures

Jigs en fixtures kunnen worden gebouwd met metaal of kunststofmaterialen, maar kunststof is doorgaans betaalbaarder en kan vaak aan alle prestatievereisten voldoen. Industriële fused-deposition modeling (FDM), HP Multi Jet Fusion en Carbon Digital Light Synthesis (DLS) geven uitstekende resultaten, maar stereolithografie (SLA) en selectieve lasersintering (SLS) kunnen ook goede opties zijn. Voor snelle injectiegieten kunnen engineering-grade thermoplasten eenvoudig isotrope onderdelen in hoge volumes produceren.

Voor high-performance, duurzame jigs en fixtures, houd deze productiebest practices in gedachten:

1. 3D-printen van jigs en fixtures stelt productteams in staat om ontwerpcomplexiteit te verhogen zonder de onderdeelkosten te verhogen, dus het zou ontwerpers goed staan om dit principe tijdens de ontwerpfase te benutten. Overweeg welke extra functionaliteiten kunnen worden gebouwd om de prestaties van het onderdeel te verbeteren.
2. Verifieer de dimensionale nauwkeurigheid van de fixture met meetkundige tools en bouw datumkenmerken in het ontwerp om inspectie en verificatie te vergemakkelijken.
3. Gebruik ribben en afrondingen om rigiditeit te verhogen.
4. Gebruik metalen gegolfde inlegels om duurzaamheid te verhogen.
5. Vermijd vervorming veroorzaakt door SLA-harzen door bouten los te draaien en klemkrachten te verlichten na voltooiing van secundaire operaties.
6. Gebruik veren om ejectie te vergemakkelijken.
7. Als er via CNC-bewerking geproduceerd wordt, rekening houden met afval in het ontwerpplan. Ingenieurs kunnen bijvoorbeeld een gat in de jig laten om graten te laten vormen zonder de tool te storen. Minimaliseer kleine gaten, groeven of zakken waar kwijtjes in klieken kunnen uitgroeien.

Nadat de jig of fixture geproduceerd is, moet deze gevalideerd worden voor vorm en functie. Ingenieurs moeten het voltooide gereedschap vergelijken met het originele CAD-model om ervoor te zorgen dat het dimensionaal klopt. Een goed ontworpen fixture zal het onderdeel ondersteunen en op zijn plaats houden, zodra klemming wordt toegepast, zonder enige kanteling, buiging of verschuiving.

Betere fixtures maken met Fast Radius

Jigs en fixtures zijn essentiële componenten van elk productieproject. Ze boosten productiviteit, versnellen productietijden en maken de productie van betere onderdelen mogelijk. Als zodanig is het cruciaal dat ingenieurs alles doen wat mogelijk is om hun jigs en fixtures zo functioneel mogelijk te maken. Een ervaren productiepartner kan helpen.

Het Fast Radius-team is toegewijd aan het helpen van productteams hun ideeën tot leven te brengen. Onze ontwerp- en ingenieursexperts helpen u graag bij het architecten van een doorbrekende toepassing of het waarborgen dat uw jigs en fixtures gebaseerd zijn op een foutloos, functioneel ontwerp. We werken met klanten van concept tot levering, zodat de gehele productlevenscyclus geoptimaliseerd is voor snelheid en kostenefficiëntie. Neem vandaag nog contact met ons op om te beginnen.

Voor meer handleidingen en artikelen vol met belangrijke overwegingen voor ingenieurs, bekijk het Fast Radius kenniscentrum.

Klaar om uw onderdelen te maken met Fast Radius?

Start uw offerte