SHRNUTÍ

CNC obrábění je často klíčovým dodatečným procesem používaným u tlakově odlitých dílů, aby byla dosažena přesnost, kterou samotné odlévání nemůže zajistit. Zatímco tlakové lití vyniká výrobou složitých dílů téměř konečného tvaru ve velkých sériích a za nízké jednotkové náklady, CNC obrábění umožňuje vytvořit závěrečné prvky s vysokou přesností, jako jsou závity nebo hladké stykové plochy. Rozhodnutí použít jeden nebo oba tyto procesy závisí na kompromisu: tlakové lití je vhodné pro sériovou výrobu, zatímco CNC obrábění přináší nezbytnou přesnost za dodatečné náklady.

CNC obrábění vs. tlakové lití: Přímé porovnání

Pochopení základních rozdílů mezi CNC obráběním a tlakovým litím je zásadní pro každý inženýrský nebo vývojový tým. Tyto dvě výrobní metody představují odlišné přístupy k zpracování kovů: jedna odstraňuje materiál, druhá jej tvaruje z roztaveného stavu. Výběr správné metody zcela závisí na požadavcích projektu na objem, náklady, rychlost a přesnost.

CNC (Computer Numerical Control) obrábění je subtraktivní proces . Začíná se solidním blokem materiálu (ingotem) a používá počítačově řízené nástroje – jako frézy, vrtačky a soustruhy – k postupnému odebírání materiálu vrstvu po vrstvě, dokud není vytvořena konečná součástka. Jak je popsáno Zetwerk , proces je automatizován pomocí počítačového programu, což zajišťuje vysokou přesnost a opakovatelnost. Tato metoda je vysoce univerzální a lze ji použít s širokou škálou materiálů, což ji činí ideální pro prototypy a sériovou výrobu malých až středních objemů, kde je rozhodující přesnost.

Naopak lití do forem je proces tvarování . Spočívá v tavení neželezných kovů, jako je hliník nebo zinek, a vstřikování roztaveného materiálu pod vysokým tlakem do speciálně vyrobené ocelové formy, známé jako kokila. Jakmile kov vychladne a ztuhne, je forma otevřena a díl je vysunut. Tato metoda je nesmírně efektivní pro výrobu velkého množství identických dílů s komplexními geometriemi. I když počáteční investice do výroby formy může být významná, cena za kus se však při vysokých objemech výroby výrazně snižuje, což ji činí preferovanou volbou pro sériovou výrobu v odvětvích spotřebního zboží a automobilovém průmyslu.

Zatímco odlévání do forem a CNC obrábění jsou často porovnávány, jiné metody, jako je například kování, hrají ve výrobě také klíčovou roli. Například společnosti jako Shaoyi (Ningbo) Metal Technology se specializují na automobilové kování, což je další proces tvarování kovu pomocí tlakových sil, ideální pro výrobu mimořádně pevných a odolných komponentů. Pochopení celé škály výrobních možností zajišťuje výběr nejvhodnějšího postupu pro konkrétní požadavky na výkon dílu.

Synergie: Použití CNC obrábění jako dokončovacího procesu pro tlakově odlévané díly

Ačkoli jsou často prezentovány jako konkurenční metody, CNC obrábění a lití do forem jsou často partnery v sekvenčním výrobním procesu. Mnoho vysokovýkonných komponent využívá výhod obou metod. Proces začíná litím do formy, při kterém je efektivně vytvořen hlavní, složitý tvar dílu (tzv. near-net shape), následně se přechází k CNC obrábění pro dokončovací úpravy vyžadující vyšší přesnost, než jakou může samotné lití dosáhnout.

Jak vysvětlil(a) G&M Die Casting , tento hybridní přístup představuje jednozdrojové řešení pro výrobu sestavově hotových dílů. Lití pod tlakem může vyrábět prvky s tolerancemi kolem ±0,005 palce, což je pro mnoho aplikací dostačující. Pokud však návrh vyžaduje užší tolerance, dokonale rovinné spojovací plochy nebo složité prvky, jako jsou závitové otvory, je nutné provést dodatečné obrábění. Právě zde přebírají práci CNC centra, která upraví odlitek pod tlakem tak, aby splňoval přesné specifikace.

Tento synergický vztah umožňuje výrobcům dosáhnout optimální kombinace: nákladovou efektivitu a rychlost sériového lití pod tlakem pro hlavní část dílu spojenou s chirurgickou přesností CNC obrábění pro jeho nejdůležitější prvky. To zajišťuje jak ekonomickou životaschopnost, tak funkční výkon.

Běžné sekundární operace CNC obrábění na dílech z lití pod tlakem zahrnují:

• Vrtání a frézování: Vytváření přesných závitových otvorů pro šrouby a matice.
• Frézování: Obrábění rovinných ploch pro těsnění nebo spojení s jinými komponenty.
• Vrtání: Vytváření dokonale kulatých a přesně umístěných otvorů pro ložiska nebo hřídele.
• Obrábění: Obrábění válcových prvků s úzkými tolerancemi průměru.
• Vytváření drážek pro O-kroužky: Obrábění přesných kanálků pro těsnění za účelem zabránění únikům.

Klíčové aspekty při obrábění tlakově odlitých komponent

Obrábění tlakem odlité součásti není totožné s obráběním masivního bloku materiálu. Proces lití přináší specifické vlastnosti materiálu a výzvy, které musí inženýři a obráběči zohlednit, aby dosáhli úspěšného výsledku. K zamezení poškození součásti nebo narušení její integrity je nezbytné pečlivé plánování a správná technika.

Jednou z hlavních výzev je pórovitost materiálu . Mikroskopické bublinky plynu se mohou vyskytovat v odlitku, když roztavený kov tuhne. Pokud řezný nástroj narazí na takové dutiny, může dojít ke špatnému povrchovému úpravě nebo dokonce k lomu nástroje. Obráběči proto musí používat ostré nástroje a optimalizované řezné podmínky, aby minimalizovali vliv pórovitosti. Dalším důležitým faktorem je upevnění , nebo upínání. Tlakově odlité díly jsou vyráběny v tvaru blízkém finálnímu, často s komplexními, nestejnorodými plochami a tenkými stěnami. Pro spolehlivé a opakovatelné upevnění dílu je obvykle vyžadováno speciální přípravek, který zabrání deformaci nebo poškození během obráběcího procesu.

Dále mají slitiny používané při tlakovém lití, jako například hliník A380, odlišné vlastnosti než běžné slitiny z tyčí, jako je hliník 6061. Odlité hliníkové slitiny často obsahují vyšší množství křemíku, což je činí abrazivnějšími a způsobuje rychlejší opotřebení nástrojů. Pro efektivní obrábění jsou často nutné specializované nástrojové povlaky a geometrie.

Mezi osvědčené postupy pro obrábění tlakem odlitých komponent patří:

• Používejte ostré nástroje s povlakem: Polykrystalický diamant (PCD) nebo karbidové nástroje s povlakem jsou často doporučovány kvůli odolnosti proti abrazivnímu působení hliníkových slitin s vysokým obsahem křemíku.
• Optimalizujte otáčky a posuvy: Řezné parametry je nutno pečlivě kontrolovat, aby nedošlo k tavení slitin s nízkou teplotou tavení a aby byl dosažen čistý řez bez rozmazávání materiálu.
• Zařiďte vhodné upínání obrobku: Navrhněte přípravky, které podporují jedinečnou geometrii dílu, a upínejte na pevných, stabilních místech, aby nedošlo k průhybu nebo poškození.
• Efektivní odvod třísek: Použijte proud stlačeného vzduchu nebo minimální množství chladiva k odstranění třísek, protože tradiční záplava chladiva může někdy proniknout do pórovitosti materiálu a později způsobit problémy.

Nákladová analýza: Kdy je výhodnější slitinové lití + CNC?

Rozhodnutí mezi samotným CNC obráběním a kombinovaným procesem slitinového lití a obrábění je téměř vždy určeno objemem výroby a náklady. Zatímco CNC obrábění nabízí flexibilitu a vyhýbá se vysokým počátečním nákladům na nástroje, slitinové lití poskytuje nevyrovnatelnou efektivitu ve velkém měřítku. Porozumění bodu nákladového průsečíku je klíčové pro správné finanční rozhodnutí v rámci výrobního projektu.

U malých sérií, jako jsou prototypy nebo série několika set dílů, je CNC obrábění téměř vždy levnější. S rostoucím SyBridge Technologies upozorňuje, že není třeba investovat desetitisíce dolarů do ocelové formy. Náklady jsou primárně určeny časem stroje a materiálem. Tento náklad na jednotlivou součást však zůstává relativně konstantní bez ohledu na počet vyrobených kusů. Odlévání do forem naopak vyžaduje velmi vysoké počáteční náklady kvůli návrhu a výrobě formy. Jakmile je ale forma vyrobena, lze díly vyrábět za zlomky dolaru co do materiálu a času cyklu.

Přesvědčivá studie případu od Dynacast důrazně ukazuje tento kompromis. U fotoaparátu Light L16 byla výroba složitého podvozku pomocí CNC obrábění pětkrát dražší než odlévání do formy. Pro spotřební produkt určený masovému trhu činil tento rozdíl v ceně CNC obrábění nepraktickým pro velkosériovou výrobu. Počáteční investice do formy byla rychle vyvážena obrovskou úsporou na nákladech za jednotlivou součást, čímž se hybridní přístup stal jedinou životaschopnou cestou vpřed.

Obecně lze říci, že hranice, kdy je tlakové lití ekonomičtější, se obvykle pohybuje mezi 2 000 a 5 000 kusy. Pod tímto rozsahem jsou náklady na tvární příliš vysoké na to, aby se vyplatily. Nad touto hranicí pak nízké náklady na jednotlivou součástku u tlakového lití přinášejí významné úspory, které se zvyšují s každou vyrobenou součástkou, a činí tak z této metody jasnou volbu pro sériovou výrobu.

Nejčastější dotazy

1. Jaký je rozdíl mezi CNC obráběním a tlakovým litím?

CNC obrábění je subtraktivní proces, při kterém se z počátečního plného bloku materiálu odebírá hmota, aby vznikla součástka. Tlakové lití je formovací proces, při kterém se roztavený kov vstřikuje do ocelové formy (kokily) za vzniku součástky. CNC je nejvhodnější pro malé a střední série a vysokou přesnost, zatímco tlakové lití je ideální pro velkosériovou výrobu složitých dílů za nízké náklady na kus.

2. Jakých 7 hlavních částí má CNC stroj?

Hlavní komponenty typického CNC stroje zahrnují Jednotku řízení stroje (MCU), která je mozkem systému; Vstupní zařízení pro načítání programu; Pohonný systém s motory pro pohyb os; samotný Strojní nástroj (např. vřeteno a řezné nástroje); Zpětnovazební systém pro zajištění přesnosti; Lože a stůl, které tvoří konstrukci stroje; a Chladicí systém pro odvod tepla.

3. Je lití do forem levnější než CNC?

Záleží to na objemu výroby. U malých množství (prototypy až několik tisíc dílů) je frézování na CNC levnější, protože se vyhnete vysokým počátečním nákladům na výrobu formy. U velkých sérií (obvykle nad 5 000 kusů) se ale lití do forem stává výrazně ekonomičtější díky extrémně nízkým nákladům na jednotlivý díl, které rychle překonají počáteční investici do nástrojů.