Redueix els costos de mecanitzat CNC amb un disseny intel·ligent de peces

TL;DR

Optimitzar el disseny de peces per reduir els costos de mecanitzat passa per aplicar els principis del Disseny per a la Mecanitzabilitat (DFM). Això implica simplificar la geometria de la peça, afegir radis generosos als angles interiors, utilitzar mides estàndard per a forats i rosques, i especificar toleràncies amplíes sempre que sigui possible. L'elecció de materials econòmics i fàcilment mecanitzables també és una estratègia clau per minimitzar el temps de màquina, la complexitat i el cost general.

Els principis fonamentals del Disseny per a la Mecanitzabilitat (DFM)

Abans d'entrar en canvis de disseny específics, és fonamental entendre l'estratègia bàsica per reduir costos: Disseny per a la Facilitat de Mecanització (DFM). El DFM és el procés de dissenyar intencionadament components perquè puguin fabricar-se de la manera més eficient i senzilla possible. L'objectiu és minimitzar no només el temps que una peça passa en una màquina CNC, sinó també la complexitat de tot el procés de producció, des de la configuració inicial fins a l'acabat final. Cada decisió presa durant la fase de disseny té un impacte directe i sovint significatiu en el cost final.

Els principis fonamentals del DFM giren al voltant de dos objectius clau: reduir el temps de mecanització i minimitzar el nombre d'operacions. El temps de mecanització és sovint el principal factor de cost, per tant, els dissenys que permeten velocitats de tall més ràpides i menys passades seran sempre més econòmics. Això es pot assolir triant materials amb alta facilitat de mecanització o dissenyant característiques que puguin crear-se amb eines més grans i robustes. Tal com s'explica detalladament en una guia de Protolabs Network , fins i tot petits ajustos, com augmentar el radi d'una cantonada, poden permetre que una màquina funcioni més ràpidament i de manera més eficient.

Igualment important és minimitzar el nombre de muntatges de la màquina. Un muntatge es refereix a cada vegada que una peça ha de ser reposicionada o refixada manualment per accedir a cares diferents. Cada muntatge afegeix costos de mà d'obra i introdueix possibles errors. Una peça complexa amb detalls a les sis cares podria requerir sis muntatges separats, augmentant dràsticament el seu cost en comparació amb una peça més senzilla on tots els detalls es puguin mecanitzar des d'una única direcció. Per tant, una estratègia clau del DFM és dissenyar peces que es puguin completar amb el mínim nombre de muntatges possible, idealment només un.

Optimitzacions geomètriques clau per reduir costos

La geometria d'una peça és un dels factors més importants que influeixen en el seu cost de mecanitzat. Formes complexes, buits profunds i detalls delicats requereixen més temps, eines especialitzades i una manipulació cuidadosa, cosa que augmenta el preu. Mitjançant optimitzacions estratègiques de la geometria de la peça, els enginyers poden assolir estalvis substancials sense comprometre la funcionalitat.

• Afegeix radis generosos als cantons interiors. Totes les eines de fresat CNC són rodones, fet que significa que naturalment deixen un radi a qualsevol cantonada interna. Intentar crear un radi agut o molt petit requereix una eina de diàmetre reduït, que ha de moure's lentament i fer múltiples passades, augmentant així el temps de màquina. Una regla senzilla consisteix a dissenyar els radis dels cantons interiors de manera que siguin com a mínim d'una tercera part de la profunditat de la cavitat. Com Explica Protocase , utilitzar radis tan grans com sigui possible millora l'acabat superficial i redueix els costos, ja que permet l'ús d'eines de tall més grans i més estables.
• Limita la profunditat de les cavitats i els buits. Mecanitzar butxaques profundes és desproporcionadament car. Les eines de tall estàndard tenen una longitud de tall limitada, normalment efectiva fins a una profunditat d'uns 2-3 cops el seu diàmetre. Encara que són possibles talls més profunds, requereixen eines especialitzades i més llargues que són menys rígides i han de funcionar a velocitats més lentes per evitar vibracions i trencaments. Fictiv recomana mantenir la profunditat de tall dins dels cinc cops el diàmetre de l'eina per a les fresees per garantir un bon acabat i un cost més baix.
• Eviteu parets fines. Les parets amb un gruix inferior a 0,8 mm per a metalls o 1,5 mm per a plàstics són propenses a vibracions, deformacions i trencaments durant el mecanitzat. Per crear aquestes característiques amb precisió, un mecanòbic ha de fer servir múltiples passades lentes amb una profunditat de tall reduïda. Tret que sigui absolutament necessari per a la funció de la peça, dissenyar parets més gruixudes i rígides farà que la peça sigui més estable i significativament més econòmica de produir.
• Simplifiqueu i combineu característiques. La complexitat d'un disseny afecta directament el cost. Les peces simètriques són més fàcils de mecanitzar, i reduir el nombre total de característiques úniques minimitza la necessitat de canvis d'eina. Si una peça té característiques complexes com rebaixos o forats en múltiples cares, considereu si el disseny es pot dividir en diversos components més senzills que es puguin mecanitzar fàcilment i després muntar. Aquest enfocament sovint resulta més econòmic que mecanitzar una única peça altament complexa que requereixi una màquina de 5 eixos i fixacions personalitzades.

Estratègies intel·ligents per a toleràncies, rosques i forats

Encara que les característiques geomètriques grans siguin clars factors de cost, detalls petits com les toleràncies, les rosques i els forats poden tenir un impacte inesperadament elevat en el preu final. Aquestes característiques sovint requereixen precisió, eines especialitzades o operacions addicionals de la màquina. Aplicar estratègies de disseny intel·ligents a aquests elements és un pas fonamental per optimitzar una peça per a una fabricació econòmica.

Les toleràncies defineixen la desviació acceptable per a una dimensió específica. Tot i que de vegades són necessàries toleràncies ajustades per a interfícies crítiques, cal especificar-les amb moderació. Com més ajustada és la tolerància, més temps, cura i inspecció es requereixen, fet que augmenta exponencialment el cost. Tal com explica MakerVerse , unes toleràncies excessivament ajustades poden provocar un major desgast de les eines, uns temps de cicle més llargs i una taxa de rebuig més elevada. Per a característiques no crítiques, confiar en la tolerància estàndard de la màquina (típicament ±0,125 mm) és suficient i molt més econòmic.

De la mateixa manera, els forats i les rosques s'haurien de dissenyar pensant en l'estandardització. Utilitzar mides estàndard de broques per als forats és molt més econòmic que especificar un diàmetre no estàndard, que requeriria una fresa d'extrem per crear el forat lentament. Pel que fa a les rosques, la seva longitud hauria de limitar-se. Una profunditat de rosca superior a 1,5 vegades el diàmetre del forat aporta poc augment d'adherència però incrementa significativament el cost. En el cas de forats cecs, també és important dissenyar una secció sense rosca al fons, per tal de proporcionar joc a l'eina de roscar i reduir el risc de trencament.

Tria de materials i acabats per a una major relació qualitat-preu

La tria del material i l'acabat superficial necessari són consideracions finals i crucials per gestionar els costos de mecanitzat. Aquestes decisions afecten tant el cost del material brut com el temps necessari per mecanitzar la peça. Un material barat a l'hora de comprar-lo però difícil de mecanitzar pot arribar a ser finalment més car que un altre més costós però més fàcil de treballar.

La classificació de mecanitzabilitat d'un material descriu com de fàcilment es pot tallar. Els materials més tous, com l'alumini 6061 i els plàstics com el POM (Delrin), tenen una excel·lent mecanitzabilitat, permetent talls a alta velocitat i temps de cicle més curts. En canvi, els materials més durs, com l'acer inoxidable o el titani, són més difícils de tallar, requereixen velocitats més lentes i provoquen un desgast major de les eines, cosa que duplica o triplica el temps de mecanitzat. Per tant, llevat que siguin necessàries les propietats específiques d'una alia-ge d'alta resistència, triar un material més fàcil de mecanitzar és una estratègia molt eficaç per reduir costos.

Un altre àmbit d'optimització és considerar el procés de fabricació de la pròpia matèria primera. L'ús d'una peça bruta propera a la forma final, creada mitjançant un procés com la forja, pot reduir significativament la quantitat de material que cal eliminar mitjançant mecanitzat, estalviant temps i reduint els residus. Per als professionals del sector automobilístic, per exemple, explorar opcions de especialistes en aquest àmbit pot ser beneficiós. Per a components automotrius robustos i fiables, podeu investigar l' serveis de forja personalitzada de Shaoyi Metal Technology , que s'especialitza en forja calenta d'alta qualitat per a la indústria.

Finalment, cal considerar atentament les especificacions del acabat superficial. L'acabat estàndard "tal com maquinat" és l'opció més econòmica. Demanar acabats més llisos requereix passades addicionals de maquinat o operacions secundàries com el granallat o el polit, cadascuna amb un cost addicional. Especificar acabats diferents a diverses superfícies de la mateixa peça és encara més car, ja que implica enmascarar i múltiples processos. Aplicar un acabat específic només on sigui funcionalment necessari és una manera senzilla però efectiva de mantenir els costos baixos.

Preguntes freqüents

1. Com reduir el cost del maquinat CNC?

La reducció dels costos de maquinat CNC implica una combinació d'optimització del disseny, selecció de materials i simplificació del procés. Les estratègies clau inclouen:

• Simplificar la geometria: Evitar corbes complexes, buits profunds i parets fines.
• Afegir radis als cantons: Utilitzar els radis més grans possibles als cantons interiors per permetre un maquinat més ràpid.
• Utilitzar característiques estàndard: Dissenyar forats i rosques amb mides estàndard per evitar la necessitat d'eines personalitzades.
• Relaxar toleràncies: Només especifiqueu toleràncies ajustades en característiques clau on la funcionalitat hi depèn.
• Trieu materials mecanitzables: Seleccioneu materials com l'alumini 6061 que es puguin tallar ràpidament.
• Minimitzeu els muntatges: Dissenyueu les peces de manera que totes les característiques es puguin accedir amb el mínim nombre d'orientacions possibles de la màquina.

2. Quins són els aspectes a considerar en el disseny de peces mecanitzades?

Les consideracions principals en el disseny de peces mecanitzades giren entorn de garantir la fabricabilitat i l'efectivitat econòmica. Això inclou avaluar la geometria de la peça per assegurar la simplicitat i l'accessibilitat per les eines de tall. Els dissenyadors han de tenir en compte les limitacions del procés de mecanitzat, com ara la impossibilitat de crear cantonades interiors perfectament agudes. Altres consideracions clau inclouen la selecció del material segons els requisits funcionals i la facilitat de mecanitzat, l'aplicació adequada de toleràncies, i el disseny d'elements com forats i rosques segons especificacions estàndard. Finalment, els dissenyadors haurien de procurar minimitzar el nombre de muntatges a la màquina necessaris per completar la peça.