Накратко

CNC обработката често е ключов вторичен процес, прилаган върху отливани под налягане компоненти, за постигане на точност, която самото отливане не може да осигури. Докато отливането под налягане се отличава с възможността за производство на сложни, близки до окончателната форма части в големи количества при ниска цена на единица продукт, CNC обработката осигурява окончателни елементи с висока прецизност, като например нарязани отвори и гладки повърхности за сглобяване. Решението да се използва един или комбинация от двата метода зависи от компромис: отливането под налягане е подходящо за масово производство, докато CNC обработката добавя задължителна прецизност при допълнителни разходи.

CNC обработване срещу отливане под налягане: пряко сравнение

Разбирането на основните различия между CNC обработване и отливане под налягане е от съществено значение за всеки инженерен или продуктов екип. Тези два производствени метода представляват различни подходи към металообработката: единият премахва материал, а другият го формира от разтопено състояние. Изборът на правилния метод напълно зависи от изискванията на проекта относно обем, цена, скорост и прецизност.

CNC (Computer Numerical Control) обработката е субтрактивен процес . Започва с цял блок материал (заготовка) и използва режещи инструменти с компютърно управление — като фрези, свредла и токарни машини, — за да премахне материала слой по слой, докато се получи крайната детайл. Както е описано от Zetwerk , процесът се автоматизира чрез компютърна програма, осигурявайки висока точност и повтаряемост. Този метод е изключително универсален и може да работи с голямо разнообразие от материали, което го прави идеален за прототипи и производство в малки до средни серии, където точността е от първостепенно значение.

Напротив, леенето под налягане е формовен процес . Той включва стопяване на цветни метали като алуминий или цинк и инжектиране на разтопения материал под високо налягане в специално изработена стоманена форма, известна като матрица. След като метала се охлади и затвърдее, матрицата се отваря и детайлът се изхвърля. Този метод е изключително ефективен за производството на големи количества идентични части със сложна геометрия. Въпреки че първоначалните разходи за изработване на матрицата могат да бъдат значителни, цената на единица продукт намалява рязко при високи обеми, което го прави предпочитан за масово производство в потребителската и автомобилната индустрия.

Въпреки че прецизното леене под налягане и CNC обработката често се сравняват, други методи като коването също играят ключова роля в производството. Например компании като Shaoyi (Ningbo) Metal Technology се специализират в автомобилно коване – друг процес, при който металът се оформя чрез компресионни сили, идеален за създаване на изключително здрави и дълготрайни компоненти. Разбирането на целия спектър от производствени възможности осигурява избора на най-подходящия процес според специфичните изисквания за работни характеристики на дадена част.

Синергията: Използване на CNC обработка като завършващ процес за отливки под налягане

Макар често да се представят като конкуриращи се методи, CNC обработката и леенето под налягане често са партньори в последователен производствен процес. Много високопроизводителни компоненти използват предимствата на двата метода. Процесът започва с леене под налягане, за да се създаде ефективно основната, сложна форма на детайла (т.нар. near-net shape), след което следва CNC обработка за финишни елементи, изискващи по-висока прецизност, отколкото може да бъде постигната чрез самото леене.

Както е обяснено от G&M Die Casting , този хибриден подход е решение от един източник за създаване на готови за монтаж части. Леенето под налягане може да произвежда елементи с допуски около ±0,005 инча, което е достатъчно за много приложения. Въпреки това, когато един дизайн изисква по-строги допуски, напълно плоски повърхности за сглобяване или сложни елементи като нарязани отвори, е необходимо вторично механична обработка. Тук встъпват в действие CNC центровете, които прецизно обработват лената под налягане част, за да отговаря точно на спецификациите.

Тази синергична връзка позволява на производителите да постигнат оптималното съчетание: икономическа ефективност и скорост на серийното леене под налягане за основната маса на детайла, комбинирани с високата прецизност на CNC машинната обработка за най-критичните му елементи. Това гарантира както икономическа изгодност, така и функционална производителност.

Често срещани вторични CNC операции по части, лени под налягане, включват:

• Проръщане и нараняване: Създаване на прецизни нарязани отвори за винтове и болтове.
• Фрезеруване: Машинна обработка на плоски повърхности за уплътнения или сглобяване с други компоненти.
• Разширяване (Boring): Създаване на перфектно кръгли и точно разположени отвори за лагери или валове.
• Търняне: Обработка на цилиндрични елементи с тесни допуски по диаметър.
• Създаване на пазове за O-образни уплътнения: Обработка на прецизни канали за уплътнения, за предотвратяване на течове.

Важни аспекти при обработката на пресформовани компоненти

Обработката на пресформован детайл не е същото като обработката на цял блок от суров материал. Процесът на леене впрес формува въвежда уникални характеристики и предизвикателства относно материала, които инженерите и операторите трябва да имат предвид, за да постигнат успешен резултат. Правилното планиране и техника са от съществено значение, за да се избегне повреда на детайла или компрометиране на неговата цялост.

Едно от основните предизвикателства е порьозността на материала . Микроскопични въздушни джобове понякога могат да се образуват в отливката, докато разтопеният метал се затвърдява. Когато режещ инструмент срещне тези празнини, това може да доведе до лошо качество на повърхността или дори до счупване на инструмента. Операторите трябва да използват остри инструменти и оптимизирани режими на рязане, за да намалят ефекта от порьозността. Друг важен фактор е закрепването , или фиксиране. Делата от леене под налягане се изработват в почти окончателна форма, често с комплексни, нееднородни повърхнини и тънки стени. Обикновено е необходима специална приспособа, за да се задържи детайлът здраво и повтаряемо, без да се деформира или повреди по време на процеса на механична обработка.

Освен това сплавите, използвани при леенето под налягане, като алуминиева сплав A380, имат различни свойства в сравнение с обичайните прътови сплави като 6061 алуминий. Литата алуминиева сплав често има по-високо съдържание на силиций, което я прави по-абразивна и води до по-бързо износване на инструментите. Често са необходими специализирани покрития и геометрии на инструментите за ефективна механична обработка.

Най-добри практики при механичната обработка на компоненти от леене под налягане включват:

• Използване на остри инструменти с покритие: Поликристалният диамант (PCD) или карбидни инструменти с покритие често се препоръчват, за да се противопоставят на абразивния характер на алуминиевите сплави с високо съдържание на силиций.
• Оптимизиране на скоростите и подаванията: Режимните параметри трябва да се контролират внимателно, за да се предотврати стопяването на сплавите с ниска температура на топене и да се осигури чист рязане, без размазване на материала.
• Осигурете правилно затегляне на детайла: Конструирайте приспособления, които поддържат уникалната геометрия на детайла, като затеглянето се извършва в здрави и стабилни области, за предотвратяване на огъване или повреди.
• Ефективно управление на стружката: Използвайте високонапорни струи въздух или минимално количество охлаждащо средство за отстраняване на стружката, тъй като традиционното обилно охлаждане понякога може да проникне в порите на материала и да причини проблеми по-късно.

Анализ на разходите: Кога прецизното леене + CNC е по-икономично?

Решението между изцяло CNC обработка и комбиниран процес от прецизно леене и машинна обработка почти винаги се определя от обема на производството и разходите. Въпреки че CNC обработката предлага гъвкавост и избягва високите първоначални разходи за инструменти, прецизното леене осигурява ненадмината ефективност при големи серии. Разбирането на точката на пресичане на разходите е от решаващо значение за вземането на обосновано финансово решение за производствен проект.

При малки обеми, като прототипи или серии от няколко стотин броя, CNC обработката почти винаги е по-евтина. С увеличаване на SyBridge Technologies указва, че няма нужда да се инвестират десетки хиляди долара в стоманена матрица. Основните разходи идват от времето на машината и материала. Въпреки това, тази цена на единица продукт остава относително постоянна, независимо от броя произведени единици. Леенето под налягане, от друга страна, има много висока първоначална цена поради проектирането и изработването на матрицата. Но веднъж след като инструментът е направен, детайлите могат да се произвеждат за няколко цента на единица по отношение на материал и цикълно време.

Убедително изследване на случай от Dynacast подчертава този компромис. За камерата Light L16 производството на сложния шаси чрез CNC машинна обработка беше пет пъти по-скъпо в сравнение с леенето под налягане. За масов потребителски продукт тази разлика в цената правеше CNC машинната обработка непрактична за сериено производство. Първоначалната инвестиция в матрицата бързо се амортизираше благодарение на огромната икономия в цената на единица продукт, което правеше хибридният подход единствения жизнеспособен път напред.

Като обща насока, границата, при която пресоването става по-икономично, обикновено е между 2000 и 5000 бройки. Под този диапазон разходите за производство на форми са твърде високи, за да се оправдаят. Над него ниската цена на бройка при пресоването води до значителни спестявания, които нарастват с всяка произведена детайл, което го прави ясен победител за масово производство.

Често задавани въпроси

1. Каква е разликата между CNC обработка и пресоване?

CNC обработката е субтрактивен процес, който започва с цял блок материал и го фрезова, за да създаде детайл. Пресоването е процес на отливане, при който се инжектира разтопен метал в стоманена форма (матрица), за да се получи детайлът. CNC е най-подходящо за малки до средни серии и висока прецизност, докато пресоването е идеално за серийно производство на сложни части при ниска цена на единица продукт.

2. Кои са 7-те основни компонента на CNC машина?

Основните компоненти на типичен CNC стан са единицата за управление на машината (MCU), която е мозъкът на системата; входни устройства за зареждане на програмата; задвижваща система с мотори за движение по осите; самият машинен инструмент (например шпиндел и режещи инструменти); обратна връзка за осигуряване на точност; леглото и масата, които формират конструкцията на машината; и охлаждаща система за регулиране на топлината.

3. По-евтино ли е леенето под налягане спрямо CNC?

Зависи от обема на производството. При малки количества (прототипи до няколко хиляди части), CNC обработката е по-евтина, тъй като избягва високите първоначални разходи за създаване на матрица. Въпреки това, при големи серийни производствени серии (обикновено над 5000 бройки), леенето под налягане става значително по-икономично поради изключително ниската цена на отделна част, която бързо компенсира първоначалните разходи за инструменти.