Snižte náklady na CNC obrábění chytrým návrhem dílu

SHRNUTÍ

Optimalizace návrhu součásti za účelem snížení nákladů na obrábění závisí na aplikaci principů návrhu pro obrábění (DFM). Zahrnuje to zjednodušení geometrie součásti, přidání dostatečných poloměrů do vnitřních rohů, použití standardních rozměrů pro díry a závity a stanovení volných tolerancí, pokud je to možné. Výběr nákladově efektivních a dobře obrobitelných materiálů je také klíčovou strategií pro minimalizaci strojního času, složitosti a celkových nákladů.

Základní principy návrhu pro obrábění (DFM)

Než se pustíme do konkrétních změn návrhu, je nezbytné pochopit základní strategii za snižováním nákladů: Návrh pro zpracovatelnost (DFM). DFM je proces úmyslného navrhování součástí tak, aby mohly být vyrobeny co nejefektivnějším a nejjednodušším způsobem. Cílem není pouze minimalizovat čas strávený součástí na CNC stroji, ale také složitost celého výrobního procesu, od počátečního nastavení až po konečné dokončení. Každé rozhodnutí učiněné během fáze návrhu má přímý a často významný dopad na konečnou cenu.

Základní principy DFM se otáčejí kolem dvou klíčových cílů: snížení strojního času a minimalizace počtu operací. Strojní čas je často hlavním faktorem ovlivňujícím náklady, proto budou návrhy umožňující vyšší řezné rychlosti a menší počet průchodů vždy levnější. Toho lze dosáhnout výběrem materiálů s vysokou obrábětelností nebo návrhem prvků, které lze vytvořit pomocí větších a robustnějších nástrojů. Jak je podrobně popsáno v průvodci z Protolabs Network , i malé úpravy, jako je zvětšení poloměru rohu, mohou umožnit stroji pracovat rychleji a efektivněji.

Stejně důležité je minimalizovat počet nastavení stroje. Nastavení označuje každé ruční přemístění nebo opětovné upnutí dílu, aby bylo možné přistupovat k různým plochám. Každé nastavení zvyšuje náklady na práci a zvyšuje riziko chyby. Složitý díl s prvky na všech šesti stranách může vyžadovat až šest samostatných nastavení, čímž se výrazně zvyšují jeho náklady ve srovnání s jednodušším dílem, u kterého lze všechny prvky obrábět z jednoho směru. Klíčovou strategií navrhování pro výrobu (DFM) je tedy konstruovat díly tak, aby bylo možné je vyrobit s co nejmenším počtem nastavení, ideálně pouze s jedním.

Klíčové geometrické optimalizace pro snížení nákladů

Geometrie součásti je jedním z nejvýznamnějších faktorů ovlivňujících náklady na její obrábění. Komplexní tvary, hluboké dutiny a jemné prvky vyžadují více času, specializované nástroje a opatrné zacházení, což zvyšuje cenu. Strategickými optimalizacemi geometrie součásti mohou inženýři dosáhnout významných úspor bez kompromitace funkčnosti.

• Přidejte široká zaoblení do vnitřních rohů. Všechny nástroje pro CNC frézování jsou kulaté, což znamená, že přirozeně vytvářejí zaoblení ve vnitřních rozích. Pokus o vytvoření ostrého nebo velmi malého zaoblení vyžaduje nástroj s malým průměrem, který se musí pohybovat pomalu a provádět více průchodů, čímž se prodlužuje strojní čas. Jednoduché pravidlo říká, že vnitřní zaoblení rohů by měla být alespoň jedna třetina hloubky dutiny. Jak Protocase vysvětluje , použití co největších zaoblení zlepšuje povrchovou úpravu a snižuje náklady, protože umožňuje použití větších a stabilnějších řezných nástrojů.
• Omezte hloubku dutin a kapes. Frézování hlubokých kapes je nepřiměřeně nákladné. Standardní řezné nástroje mají omezenou délku řezu, obvykle jsou efektivní do hloubky přibližně 2 až 3krát větší než jejich průměr. I když jsou možné hlubší řezy, vyžadují specializované delší nástroje, které jsou méně tuhé a musí běžet pomalejšími rychlostmi, aby se předešlo vibracím a zlomení. Fictiv doporučuje u frézek udržet hloubku řezu do pětinásobku průměru nástroje, aby byla zajištěna dobrá úprava povrchu a nižší náklady.
• Vyhněte se tenkým stěnám. Stěny tenčí než 0,8 mm u kovu nebo 1,5 mm u plastu jsou náchylné k vibracím, deformaci a zlomení během obrábění. Pro přesné vytvoření těchto prvků musí obráběč použít více pomalých průchodů s nízkou hloubkou řezu. Pokud není pro funkci dílu naprosto nezbytné, navržení silnějších a tužších stěn učiní díl stabilnějším a výrazně levnějším na výrobu.
• Zjednodušte a sloučte prvky. Složitost konstrukce přímo ovlivňuje náklady. Symetrické díly je jednodušší obrábět a snížení celkového počtu jedinečných prvků minimalizuje potřebu výměny nástrojů. Pokud má díl složité prvky, jako jsou závěsy nebo otvory na více plochách, zvažte, zda lze konstrukci rozdělit na několik jednodušších komponent, které lze snadno obrábět a následně sestavit. Tento přístup se často ukáže jako ekonomičtější než obrábění jednoho vysoce složitého dílu vyžadujícího 5osé stroje a speciální upínací zařízení.

Chytré strategie pro tolerance, závity a otvory

Zatímco velké geometrické prvky jsou zřejmými faktory ovlivňujícími náklady, malé detaily, jako jsou tolerance, závity a otvory, mohou mít nečekaně velký dopad na konečnou cenu. Tyto prvky často vyžadují vysokou přesnost, specializované nástroje nebo dodatečné operační kroky na stroji. Aplikace chytrých konstrukčních strategií pro tyto prvky je klíčovým krokem při optimalizaci dílu pro nákladově efektivní výrobu.

Tolerance určují přijatelnou odchylku pro konkrétní rozměr. I když jsou u kritických rozhraní někdy potřeba úzké tolerance, měly by být stanoveny šetrně. Čím užší je tolerance, tím více času, péče a kontrol je zapotřebí, což exponenciálně zvyšuje náklady. Jak vysvětluje MakerVerse , příliš úzké tolerance mohou vést ke zvýšenému opotřebení nástrojů, delším cyklům a vyššímu podílu zmetků. U necenzových prvků postačuje spoléhat na standardní strojní tolerance (obvykle ±0,125 mm), což je dostačující a mnohem ekonomičtější.

Podobně by měly být díry a závity navrhovány s ohledem na standardizaci. Použití standardních průměrů vrtáků pro díry je mnohem levnější než zadání nestandardního průměru, který by vyžadoval pomalé vytváření díry frézou. Co se týče závitů, jejich délka by měla být omezena. Zasunutí závitu delší než 1,5násobek průměru díry přináší velmi malý nárůst pevnosti, ale výrazně zvyšuje náklady. U slepých děr je také důležité navrhnout nezávitovanou část na dně, která poskytne závitovému nástroji volný prostor a sníží riziko jeho poškození.

Volba materiálů a povrchových úprav z hlediska nákladové efektivity

Volba materiálu a požadované povrchové úpravy jsou konečné, rozhodující faktory při řízení nákladů na obrábění. Tato rozhodnutí ovlivňují jak náklady na surový materiál, tak čas potřebný na obrábění součásti. Materiál, který je levný v nákupu, ale obtížně obrobitelný, může nakonec vyjít draže než dražší, ale lépe obrobitelná alternativa.

Hodnocení obrábětelnosti materiálu popisuje, jak snadno lze materiál třídit. Měkké materiály, jako je hliník 6061 a plasty jako POM (Delrin), vykazují vynikající obrábětelnost, což umožňuje řezání vysokou rychlostí a zkracuje tak dobu cyklu. Naopak tvrdší materiály, jako nerezová ocel nebo titan, jsou obtížněji obrobitelné, vyžadují nižší rychlosti a způsobují větší opotřebení nástrojů, čímž se doba obrábění zdvojnásobí nebo ztrojnásobí. Proto, pokud nejsou vyžadovány specifické vlastnosti slitiny s vysokou pevností, je volba lépe obrobitelného materiálu velmi účinnou strategií snižování nákladů.

Další oblastí pro optimalizaci je zohlednění výrobního procesu samotného materiálového polotovaru. Použití téměř finálního tvaru polotovaru, vytvořeného například kováním, může výrazně snížit množství materiálu, který je třeba odstranit obráběním, čímž se ušetří čas a sníží odpad. Pro ty, kteří působí v automobilovém průmyslu, může být výhodné prozkoumat možnosti od odborníků na tento obor. Pro pevné a spolehlivé automobilové komponenty můžete prozkoumat služby výkovků na míru od Shaoyi Metal Technology , která se specializuje na vysoce kvalitní horké tváření pro průmysl.

Nakonec je třeba pečlivě zvážit požadavky na úpravu povrchu. Standardní úprava povrchu „jak obráběno“ je nejekonomičtější možností. Požadavek na hladší povrch vyžaduje dodatečné obráběcí průchody nebo sekundární operace, jako je pískování kuličkami nebo leštění, které všechny zvyšují náklady. Specifikace různých úprav povrchu na různých plochách stejné součásti je ještě nákladnější, protože vyžaduje maskování a více procesů. Aplikace konkrétní úpravy povrchu pouze tam, kde je funkčně nezbytná, je jednoduchý a účinný způsob, jak udržet náklady nízko.

Nejčastější dotazy

1. Jak snížit náklady na CNC obrábění?

Snížení nákladů na CNC obrábění zahrnuje kombinaci optimalizace návrhu, výběru materiálu a zjednodušení procesu. Mezi klíčové strategie patří:

• Zjednodušte geometrii: Vyhněte se složitým křivkám, hlubokým drážkám a tenkým stěnám.
• Přidejte poloměry v rozích: Použijte co největší poloměry ve vnitřních rozích, aby bylo možné obrábět rychleji.
• Používejte standardní prvky: Navrhněte díry a závity na běžné rozměry, abyste předešli potřebě speciálního nářadí.
• Uvolnění tolerance: Upřesněte těsné tolerance pouze u kritických prvků, u kterých závisí funkčnost.
• Volba obrobitelných materiálů: Vyberte materiály, jako je hliník 6061, které lze rychle řezat.
• Minimalizace nastavení: Navrhněte díly tak, aby byl přístup ke všem prvkům možný při co nejmenším počtu orientací na stroji.

2. Jaké jsou konstrukční aspekty při návrhu obráběných dílů?

Hlavními hledisky při návrhu frézovaných dílů jsou zajištění výrobní přizpůsobitelnosti a hospodárnosti. To zahrnuje posouzení geometrie dílu z hlediska jednoduchosti a přístupnosti pro řezné nástroje. Návrháři musí brát v úvahu omezení procesu obrábění, například nemožnost vytvořit dokonale ostré vnitřní rohy. Mezi další klíčové aspekty patří výběr materiálu na základě funkčních požadavků i obrobitelnosti, vhodné použití tolerance a navrhování prvků, jako jsou otvory a závity, podle standardních specifikací. Nakonec by měli návrháři usilovat o minimalizaci počtu nastavení stroje potřebných k dokončení dílu.