TL;DR

El mecanitzat CNC sovint és un procés secundari crucial aplicat a components emmotllats per injecció per assolir la precisió que la col·locació no pot aconseguir per si sola. Tot i que l'embatx de matriu destaca en produir peces complexes, amb forma gairebé final, en grans volums i a un cost unitari baix, el mecanitzat CNC proporciona les característiques finals amb altes toleràncies, com forats roscats i superfícies d’acoblament llises. La decisió d’utilitzar un o una combinació dels dos depèn d’un compromís: l’embatx de matriu és adequat per a producció massiva, mentre que el mecanitzat CNC afegeix la precisió essencial amb un cost addicional.

Mecanitzat CNC vs. Embatx de Matriu: Una Comparació Directa

Comprendre les diferències fonamentals entre el mecanitzat CNC i l’embatx de matriu és essencial per a qualsevol equip d’enginyeria o de producte. Aquests dos mètodes de fabricació representen aproximacions diferents a la fabricació de metall: un elimina material, i l’altre el modela a partir d’un estat fos. Triar el més adequat depèn completament dels requisits del projecte en volum, cost, velocitat i precisió.

La mecanització CNC (Control Numèric per Ordinador) és un procés subtractiu . Comença amb un bloc sòlid de material (una forja) i utilitza eines de tall controlades per ordinador, com frezes, broques i torns, per eliminar material capa a capa fins que es forma la peça final. Tal com es descriu per Zetwerk , el procés està automatitzat per un programa informàtic, assegurant una gran precisió i repetibilitat. Aquest mètode és molt versàtil i pot treballar amb una àmplia gamma de materials, cosa que el fa ideal per a prototips i produccions de baix a mig volum on la precisió és fonamental.

En canvi, la col·locació en motlle és un procés de moldeig . Consisteix a fondre metalls no ferrosos com l'alumini o el zinc i a injectar el material fos en un motlle d'acer personalitzat, anomenat matriu, sota alta pressió. Un cop el metall es refreda i solidifica, la matriu s'obre i la peça és expulsada. Aquest mètode és extremadament eficient per produir grans quantitats de peces idèntiques amb geometries complexes. Tot i que la inversió inicial per fabricar la matriu pot ser elevada, el cost per peça disminueix significativament en altes volumetries, cosa que el converteix en l'opció preferida per a la producció massiva en les indústries del consum i automoció.

Tot i que la fundició en motlle per injecció i el mecanitzat CNC sovint es comparen, altres mètodes com la forja també tenen un paper clau en la fabricació. Per exemple, empreses com Shaoyi (Ningbo) Metal Technology s'especialitzen en la forja d'automoció, un altre procés que modela el metall mitjançant forces de compressió, ideal per crear components excepcionalment resistents i duradors. Comprendre l'ample ventall d'opcions de fabricació assegura que es triï el millor procés segons els requisits específics de rendiment d'una peça.

La sinergia: utilitzar la mecanització CNC com a procés de acabat per a fosa en motlle

Tot i que sovint es presenten com a mètodes competidors, la mecanització CNC i la fosa en motlle són freqüentment companys en un procés de fabricació seqüencial. Molts components d'alt rendiment aprofiten les fortalleses d'ambdós. El procés comença amb la fosa en motlle per crear de manera eficient la forma principal i complexa de la peça (la seva forma gairebé definitiva), i després passa a la mecanització CNC per als detalls finals que requereixen un grau de precisió superior al que pot assolir la fosa per si sola.

Com explicat per G&M Die Casting , aquest enfocament híbrid és una solució d'una sola font per crear peces preparades per al muntatge. La fundició en motlle pot produir característiques amb toleràncies d'aproximadament ±0,005 polzades, cosa que és suficient per a moltes aplicacions. Tanmateix, quan un disseny exigeix toleràncies més ajustades, superfícies d'acoblament perfectament planes o característiques complexes com forats roscats, és necessari un mecanitzat secundari. Aquí és on prenen el relleu els centres CNC, refinant la peça emmotllada per satisfer les especificacions exactes.

Aquesta relació sinèrgica permet als fabricants assolir el millor dels dos mons: l'efectivitat econòmica i la rapidesa de la fundició en motlle d'alta producció per a la major part de la peça, combinades amb la precisió quirúrgica del mecanitzat CNC per a les seves característiques més crítiques. Això assegura tant la viabilitat econòmica com el rendiment funcional.

Les operacions habituals de mecanitzat secundari CNC en peces emmotllades inclouen:

• Perforació i filejat: Creació de forats roscats precisos per a cargols i prous.
• Fresatge: Mecanitzat de superfícies planes per a juntes o acoblament amb altres components.
• Alesat: Crear forats perfectament rodons i ubicats amb precisió per a rodaments o eixos.
• Tornatge: Mecanitzar característiques cilíndriques amb toleràncies dièdriques ajustades.
• Creació de ranures per a juntes tòriques: Mecanitzar canals precisos per a juntes que evitin fuites.

Consideracions clau per al mecanitzat de components emmotllats per injecció

Mecanitzar una peça emmotllada per injecció no és el mateix que mecanitzar un bloc sòlid de material en brut. El procés d'encastament introdueix característiques materials i reptes únics que els enginyers i mecanògrafs han de tenir en compte per garantir un resultat exitós. Una planificació i tècnica adequades són essencials per evitar danys a la peça o comprometre'n la integritat.

Un dels reptes principals és la porositat del material . De tant en tant poden formar-se bosses microscòpiques de gas dins d'un motlle quan el metall fos es solidifica. Quan una eina de tall troba aquests buits, pot provocar un mal acaba superficial o fins i tot la ruptura de l'eina. Els mecanògrafs han d'utilitzar eines afilades i paràmetres de tall optimitzats per mitigar els efectes de la porositat. Un altre factor crític és l'fixació , o suports de fixació. Les peces emmotllades per injecció es creen en una forma gairebé definitiva, sovint amb superfícies complexes i no uniformes i parets primes. Normalment cal un dispositiu personalitzat per subjectar la peça de manera segura i repetible sense deformar-la ni danyar-la durant el procés d'usinatge.

A més, les aleacions utilitzades en l'embolcallat per injecció, com l'alumini A380, tenen propietats diferents de les aleacions comercials habituals com l'alumini 6061. L'alumini colat té sovint un contingut més alt de silici, fet que el fa més abrasiu i provoca un desgast més ràpid de les eines. Sovint són necessàries recobriments i geometries d'eines especialitzades per a un usinatge eficient.

Les bones pràctiques per a l'usinatge de components emmotllats per injecció inclouen:

• Utilitzeu eines afilades i recobertes: S'acostumen a recomanar eines de diamant policristal·lí (PCD) o de carbure recobert per resistir la naturalesa abrasiva de les aleacions d'alumini amb alt contingut de silici.
• Optimitzeu les velocitats i avanços: Els paràmetres de tall han de controlar-se cuidadosament per evitar la fusió d'aleacions de baixa temperatura i aconseguir un tall net sense arrossegar el material.
• Implementeu una fixació adequada de la peça: Dissenyueu fixadors que suportin la geometria única de la peça, subjectant-la en àrees resistents i estables per evitar deformacions o danys.
• Gestió eficaç de les virutes: Utilitzeu rajos d'aire a alta pressió o refrigerant mínim per eliminar les virutes, ja que el refrigerant abundant tradicional de vegades pot infiltrar-se en la porositat del material i causar problemes posteriorment.

Anàlisi de costos: quan és més econòmic el motllatge per injecció + CNC?

La decisió entre mecanitzat CNC únicament o un procés combinat de motllatge per injecció i mecanitzat ve gairebé sempre determinada pel volum de producció i el cost. Tot i que el mecanitzat CNC ofereix flexibilitat i evita els alts costos inicials d'eines, el motllatge per injecció proporciona una eficiència incomparable a gran escala. Comprendre el punt de tall en costos és fonamental per prendre una decisió financera acurada en un projecte de fabricació.

Per a baixos volums, com prototips o sèries de centenars de peces, el mecanitzat CNC és gairebé sempre més econòmic. A mesura que SyBridge Technologies assenyala que no cal invertir desenes de milers de dòlars en un motlle d'acer. El cost ve determinat principalment pel temps de màquina i el material. Tanmateix, aquest cost per peça roman relativament constant independentment del nombre d'unitats produïdes. La col·locació en motlle, en canvi, té un cost inicial molt elevat degut al disseny i la fabricació del motlle. Però un cop creat aquest eina, les peces es poden produir per uns quants cèntims en material i temps de cicle.

Un estudi de cas convincent de Dynacast destaca aquest compromís. Per a la càmera Light L16, produir el xassís complex mitjançant mecanització CNC era cinc vegades més car que fer-ho per col·locació en motlle. Per a un producte de consum massiu, aquesta diferència de cost feia inviable la mecanització CNC per a una producció a gran escala. La inversió inicial en el motlle es compensà ràpidament gràcies als enormes estalvis en el cost per peça, cosa que convertí l'enfocament híbrid en l'única opció viable.

Com a orientació general, el punt de tall on la col·locació per injecció esdevé més econòmica sol situar-se entre les 2.000 i les 5.000 unitats. Per sota d’aquest rang, el cost de l’eina és massa elevat per justificar-lo. Per sobre d’aquest valor, el baix cost per peça de la col·locació per injecció genera estalvis significatius que s’acumulen amb cada peça produïda, cosa que la converteix en la guanyadora clara per a la producció en massa.

Preguntes freqüents

1. Quina és la diferència entre mecanitzat CNC i col·locació per injecció?

El mecanitzat CNC és un procés subtractiu que comença amb un bloc sòlid de material i en retira material per crear una peça. La col·locació per injecció és un procés de moldatge que injecta metall fos en un motlle d’acer (un motlle) per formar la peça. El CNC és el millor per a volums baixos o mitjans i alta precisió, mentre que la col·locació per injecció és ideal per a producció en gran volum de peces complexes a un cost baix per unitat.

2. Quines són les 7 parts principals d’una màquina CNC?

Els components principals d'una màquina CNC típica inclouen la Unitat de Control de Màquina (MCU), que és el cervell del sistema; dispositius d'entrada per carregar el programa; un sistema d'accionament amb motors per moure els eixos; la mateixa eina de màquina (p. ex., eix i eines de tall); un sistema de retroalimentació per garantir la precisió; el llit i la taula, que formen l'estructura de la màquina; i un sistema de refrigeració per gestionar la calor.

3. És la fundició en motlle més barata que el CNC?

Depèn del volum de producció. Per a quantitats petites (prototips fins a uns milers de peces), el mecanitzat CNC és més econòmic perquè evita el cost inicial elevat de crear un motlle. Tanmateix, per a grans sèries de producció (típicament més de 5.000 unitats), la fundició en motlle esdevé significativament més rendible degut al seu cost extremadament baix per peça, que compensa ràpidament la inversió inicial en eines.