Намалете разходите за CNC обработка с умно проектиране на детайли

Накратко

Оптимизирането на дизайна на детайлите за намаляване на разходите за обработка се основава на прилагането на принципите на проектиране за обработваемост (DFM). Това включва опростяване на геометрията на детайлите, добавяне на достатъчно големи радиуси във вътрешните ъгли, използване на стандартни размери за отвори и резби и посочване на свободни допуски, когато е възможно. Изборът на икономически ефективни и леснообработвани материали също е ключова стратегия за минимизиране на машинното време, сложността и общите разходи.

Основните принципи на проектирането за обработваемост (DFM)

Преди да се задълбочим в конкретни промени по дизайна, е от съществено значение да разберем основната стратегия за намаляване на разходите: проектиране за обработваемост (DFM). DFM е процесът на целенасочено проектиране на компоненти, така че те да могат да се произвеждат по възможно най-ефективния и прост начин. Целта е да се минимизира не само времето, което дадена детайл прекарва на CNC машината, но и сложността на целия производствен процес – от първоначалната настройка до окончателното довършване. Всеки взето решение по време на проектантския етап има пряко и често значително влияние върху крайната цена.

Основните принципи на DFM се въртят около две ключови цели: намаляване на времето за машинна обработка и минимизиране на броя операции. Времето за обработка често е основният фактор за формиране на разходите, затова дизайните, които позволяват по-високи скорости на рязане и по-малко минавания, винаги ще струват по-малко. Това може да се постигне чрез избор на материали с висока обработваемост или чрез проектиране на елементи, които могат да бъдат изработени с по-големи и по-здрави инструменти. Както е описано подробно в ръководство от Protolabs Network , дори малки корекции, като увеличаване на радиуса на ъгъл, могат да позволят на машината да работи по-бързо и по-ефективно.

Еднакво важно е минимизирането на броя машинни настройки. Под настройка се има предвид всеки случай, когато детайлът трябва ръчно да бъде пренасочен или префиксиран, за да се обработват различни страни. Всяка настройка добавя разходи за труд и внася потенциал за грешка. Комплексно детайл с елементи от всичките шест страни може да изисква шест отделни настройки, което значително увеличава неговата цена в сравнение с по-просто детайл, при което всички елементи могат да бъдат обработени от една посока. Затова ключова DFM стратегия е проектирането на детайли, които могат да бъдат завършени с възможно най-малко настройки, идеално само една.

Ключови геометрични оптимизации за намаляване на разходите

Геометрията на дадена част е един от най-важните фактори, които влияят върху цената за машинна обработка. Сложни форми, дълбоки ниши и деликатни елементи изискват повече време, специализирани режещи инструменти и внимателно обращение, което увеличава цената. Чрез стратегически оптимизации на геометрията на детайла инженерите могат да постигнат значителни икономии без компрометиране на функционалността.

• Добавете щедри радиуси към вътрешните ъгли. Всички фрезови инструменти за CNC са кръгли, което означава, че естествено оставят радиус във всеки вътрешен ъгъл. Опитът за създаване на остър или много малък радиус изисква инструмент с малък диаметър, който трябва да се движи бавно и да извършва множество проходи, увеличавайки времето за машинна обработка. Просто правило е да се проектират вътрешни ъглови радиуси поне една трета от дълбочината на нишата. Както Обяснява Protocase , използването на възможно най-големи радиуси подобрява качеството на повърхността и намалява разходите, като позволява използването на по-големи и по-стабилни режещи инструменти.
• Ограничете дълбочината на нишите и кухините. Обработката на дълбоки джобове е несъразмерно скъпа. Стандартните режещи инструменти имат ограничена дължина на рязане, обикновено ефективни до дълбочина от около 2-3 пъти диаметъра им. Въпреки че по-дълбоки резения са възможни, те изискват специализирани, по-дълги инструменти, които са по-малко стабилни и трябва да работят на по-бавни скорости, за да се избегне вибрация и счупване. Fictiv препоръчва дълбочината на рязане да бъде в рамките на пет пъти диаметъра на инструмента за краищата на фрезите, за да се осигури добър крайен резултат и по-ниска цена.
• Избягвайте тънки стени. Стени по-тънки от 0,8 мм за метал или 1,5 мм за пластмаса са склонни към вибрации, деформации и счупвания по време на машинна обработка. За точното им изработване механикът трябва да използва няколко бавни минавания с малка дълбочина на рязане. Ако не е абсолютно необходимо за функцията на детайла, проектирането на по-дебели и по-стабилни стени ще направи детайла по-стабилен и значително по-евтин за производство.
• Опростете и обединете елементите. Сложността на един дизайн директно влияе върху цената. Симетричните части са по-лесни за обработка, а намаляването на общия брой уникални елементи минимизира нуждата от смяна на инструменти. Ако дадена част има сложни елементи като издълбания или отвори на няколко страни, помислете дали дизайна може да бъде разделен на няколко по-прости компонента, които лесно да се обработват и след това да бъдат сглобени. Този подход често се оказва по-икономически изгоден в сравнение с обработката на една силно сложна детайл, изискваща 5-осна машина и специални приспособления.

Интелигентни стратегии за допуски, резби и отвори

Докато големите геометрични елементи очевидно увеличават разходите, малки детайли като допуски, резби и отвори могат да имат неочаквано голямо влияние върху крайната цена. Тези елементи често изискват висока точност, специализирани инструменти или допълнителни машинни операции. Прилагането на интелигентни проектни стратегии към тези елементи е ключов етап при оптимизирането на детайл за икономически ефективно производство.

Допуските определят допустимото отклонение за дадена размерност. Въпреки че стегнати допуски понякога са необходими за критични съединения, те трябва да се посочват умерено. Колкото по-стегнат е допускът, толкова повече време, грижа и проверка са необходими, което води до експоненциално увеличаване на разходите. Както обяснява MakerVerse , прекалено стегнати допуски могат да доведат до по-голям износ на инструментите, по-дълги цикли и по-висок процент скрап. За некритични елементи е достатъчно и значително по-икономично да се разчита на стандартния машинен допуск (обикновено ±0,125 мм).

По същия начин отворите и резбите трябва да се проектират с оглед на стандартизацията. Използването на стандартни диаметри на свредла за отвори е много по-евтино в сравнение с нестандартен диаметър, който би изисквал фреза да създава бавно отвора. Когато става дума за резби, тяхната дължина трябва да бъде ограничена. Резбовото съединение над 1,5 пъти диаметъра на отвора осигурява малко допълнителна якост, но добавя значителни разходи. За скрити отвори също е важно да се проектира нерезбована част в дъното, което дава свободен ход на метчицата и намалява риска от счупване.

Избор на материали и повърхностни покрития за икономическа ефективност

Изборът на материал и изискваното повърхностно покритие са окончателни, съществени фактори при управлението на разходите за механична обработка. Тези решения влияят както върху разходите за суровини, така и върху времето, необходимо за обработката на детайла. Материал, който е евтин за закупуване, но труден за машинна обработка, в крайна сметка може да се окаже по-скъп в сравнение с по-скъп, но по-лесно обработваем алтернативен вариант.

Оценката за обработваемост на даден материал описва колко лесно може да се реже. По-меки материали като алуминий 6061 и пластмаси като POM (Delrin) притежават отлична обработваемост, което позволява бързо рязане и по-кратки цикли. Напротив, по-твърди материали като неръждаема стомана или титан са по-трудни за рязане, изискват по-бавни скорости и предизвикват по-голямо износване на инструментите, което удвоява или утроява времето за обработка. Следователно, освен ако не са необходими специфичните свойства на сплав с висока якост, изборът на по-леснообработваем материал е много ефективна стратегия за намаляване на разходите.

Друга област за оптимизация е производственият процес на заготовката от материал. Използването на заготовка с форма, близка до крайната (near-net shape), създадена чрез процес като коване, може значително да намали количеството материал, което трябва да се премахне чрез механична обработка, спестявайки време и намалявайки отпадъците. За тези в автомобилния сектор, например, проучването на възможности от специалисти в тази област може да бъде полезно. За здрави и надеждни автомобилни компоненти, можете да проучите услуги за персонализирано коване от Shaoyi Metal Technology , което се специализира в качествено горещо коване за индустрията.

Накрая, спецификациите за крайна обработка на повърхността трябва да се разглеждат внимателно. Стандартната обработка „както е обработено“ е най-икономичният вариант. Поискването на по-гладки повърхности изисква допълнителни минавания на машината или вторични операции като пясъкоструйна обработка или полирване, всяка от които увеличава разходите. Задаването на различни видове обработка на различни повърхности на един и същ компонент е още по-скъпо, тъй като изисква маскиране и множество процеси. Прилагането на определена обработка само там, където тя е функционално необходима, е прост, но ефективен начин за намаляване на разходите.

Често задавани въпроси

1. Как да се намалят разходите за CNC обработка?

Намаляването на разходите за CNC обработка включва комбинация от оптимизация на дизайна, подбор на материали и опростяване на процеса. Основни стратегии включват:

• Опростяване на геометрията: Избягвайте сложни криви, дълбоки джобове и тънки стени.
• Добавяне на радиуси в ъглите: Използвайте възможно най-големи радиуси във вътрешните ъгли, за да се позволи по-бърза обработка.
• Използване на стандартни елементи: Проектирайте отвори и резби със стандартни размери, за да се избегне нуждата от персонализиран инструмент.
• Ослабване на допуснатите отклонения: Посочвайте стеснени допуски само за критични елементи, чиято функционалност зависи от тях.
• Избор на механично обработваеми материали: Избирайте материали като алуминий 6061, които могат да се режат бързо.
• Минимизиране на настройките: Проектирайте детайлите така, че всички елементи да могат да се обработват с възможно най-малко преориентиране в машината.

2. Какви са проектните съображения при проектирането на механично обработвани детайли?

Основните аспекти при проектирането на механично обработвани части са осигуряването на възможност за производство и икономическа ефективност. Това включва оценка на геометрията на детайла по отношение на простотата и достъпността за режещите инструменти. Конструкторите трябва да вземат предвид ограниченията на процеса на механична обработка, като например невъзможността да се създадат напълно остри вътрешни ъгли. Други важни аспекти включват избора на материал въз основа на функционалните изисквания и обработваемостта, правилното прилагане на допуснати отклонения и проектиране на елементи като отвори и резби според стандартни спецификации. Накрая, конструкторите трябва да целят към минимизиране на броя на машинните настройки, необходими за завършване на детайла.