Reducer CNC-fremstillingsomkostninger med smart delkonstruktion

TL;DR

Optimering af delkonstruktion for at reducere fremstillingsomkostninger bygger på anvendelse af principper for design til bearbejdlighed (DFM). Dette indebærer forenkling af delgeometri, tilføjelse af generøse radier i indvendige hjørner, brug af standardstørrelser til huller og gevind samt angivelse af løse tolerancer hvor det er muligt. Valg af omkostningseffektive og letbearbejdelige materialer er også en afgørende strategi for at minimere maskintid, kompleksitet og samlede omkostninger.

De centrale principper for design til bearbejdlighed (DFM)

Før vi går i dybden med specifikke designændringer, er det afgørende at forstå den overordnede strategi bag omkostningsreduktion: Design for Machinability (DFM). DFM er processen med bevidst at designe komponenter, så de kan fremstilles på den mest effektive og enkle måde mulig. Målet er ikke kun at minimere den tid, en del bruger på en CNC-maskine, men også at reducere kompleksiteten i hele produktionsprocessen – fra den indledende opsætning til den endelige afslutning. Hvert eneste valg, der træffes i designfasen, har en direkte og ofte betydelig indvirkning på den endelige pris.

De centrale principper i DFM drejer sig om to nøgleobjektiver: reduktion af maskinbearbejdstid og minimering af antallet af operationer. Maskinbearbejdstid er ofte den primære omkostningsdrevne faktor, så designs, der tillader højere skærehastigheder og færre passager, vil altid være billigere. Dette kan opnås ved at vælge materialer med høj bearbejdelighed eller ved at designe funktioner, der kan fremstilles med større og mere robuste værktøjer. Som detaljeret beskrevet i en vejledning fra Protolabs Network , selv små justeringer, som at øge en hjørneradius, kan gøre, at en maskine kører hurtigere og mere effektivt.

Lige så vigtigt er det at minimere antallet af maskinopsætninger. En opsætning refererer til hver gang, en del skal manuelt omplaceres eller genfastgøres for at få adgang til forskellige sider. Hver opsætning medfører meromkostninger i form af arbejdskraft og introducerer potentiale for fejl. Et komplekst emne med funktioner på alle seks sider kunne kræve seks separate opsætninger, hvilket dramatisk øger omkostningerne i forhold til et enklere emne, hvor alle funktioner kan bearbejdes fra én retning. En central DFM-strategi er derfor at designe dele, der kan færdigbearbejdes i så få opsætninger som muligt, helst kun én.

Nøgle geometriske optimeringer for at nedsætte omkostninger

Geometrien af en del er en af de mest betydningsfulde faktorer, der påvirker dens bearbejdning omkostninger. Komplekse former, dybe lommer og følsomme detaljer kræver alle mere tid, specialiseret værktøj og omhyggelig håndtering, hvilket driver prisen op. Ved at foretage strategiske optimeringer af delens geometri kan ingeniører opnå betydelige omkostningsbesparelser uden at kompromittere funktionaliteten.

• Tilføj generøse radier til indvendige hjørner. Alle CNC-fræsninger er runde, hvilket betyder, at de automatisk efterlader en radius i ethvert indvendigt hjørne. Forsøg på at skabe et skarpt eller meget lille radius kræver et værktøj med lille diameter, som skal bevæge sig langsomt og foretage flere passager, hvilket øger maskintiden. En enkel regel er at udforme indvendige hjørneradier til mindst en tredjedel af hulrummets dybde. Som Protocase forklarer , fører brugen af så store radier som muligt til bedre overfladekvalitet og reducerer omkostningerne ved at tillade anvendelsen af større og mere stabile skæreværktøjer.
• Begræns dybden af hulrum og lommer. Det er uforholdsmæssigt dyrt at bearbejde dybe lommer. Standardskæreværktøjer har en begrænset skærelængde, typisk effektiv op til en dybde på cirka 2-3 gange deres diameter. Selv om dybere snit er mulige, kræver det specialiserede, længere værktøjer, som er mindre stive og skal køre langsommere for at undgå vibrationer og brud. Fictiv anbefaler at holde skæredybden inden for fem gange værktøjets diameter for freseværktøjer for at sikre en god overflade og lavere omkostninger.
• Undgå tynde vægge. Vægge, der er tyndere end 0,8 mm for metal eller 1,5 mm for plast, er sårbare over for vibrationer, krumning og brud under bearbejdning. For at fremstille disse detaljer nøjagtigt, skal en drejersvend foretage flere langsomme passager med lav skæredybde. Medmindre det absolut er nødvendigt for delens funktion, vil det at designe tykkere, mere stive vægge gøre delen mere stabil og betydeligt billigere at producere.
• Forenkl og konsolider funktioner. Kompleksiteten i en konstruktion påvirker direkte omkostningerne. Symmetriske dele er nemmere at bearbejde, og ved at reducere det samlede antal unikke funktioner mindskes behovet for værktøjskift. Hvis en del har komplekse funktioner som undercuts eller huller på flere sider, bør overvejes, om konstruktionen kan deles op i flere enklere komponenter, som let kan bearbejdes og derefter samles. Denne tilgang viser sig ofte mere omkostningseffektiv end at bearbejde én meget kompleks del, der kræver en 5-akset maskine og specialfremstillede fastholdningsvorter.

Smart strategi for tolerancer, gevind og huller

Selvom store geometriske funktioner tydeligt er omkostningsdrevne, kan små detaljer som tolerancer, gevind og huller have en uventet stor indvirkning på den endelige pris. Disse funktioner kræver ofte præcision, specialiserede værktøjer eller ekstra maskinoperationer. At anvende smarte designstrategier på disse elementer er et afgørende skridt i at optimere en del til omkostningseffektiv produktion.

Tolerancer definerer den acceptable afvigelse for en specifik dimension. Selvom stramme tolerancer nogle gange er nødvendige for kritiske overgange, bør de angives sparsomt. Jo strammere tolerancen er, desto mere tid, omhu og inspektion kræves, hvilket øger omkostningerne eksponentielt. Som forklaret af MakerVerse , kan alt for stramme tolerancer føre til øget værktøjsforbrud, længere cyklustider og en højere scraprate. For ikke-kritiske funktioner er det tilstrækkeligt og langt mere økonomisk at anvende standardmaskintolerancen (typisk ±0,125 mm).

På samme måde bør huller og gevinder udformes med standardisering i tankerne. Det er meget billigere at bruge standard borestørrelser til huller frem for at angive en ikke-standard diameter, hvilket ville kræve en endemilling for langsomt at skabe hullet. Når det kommer til gevind, bør deres længde begrænses. En gevindforankring på mere end 1,5 gange hullets diameter giver kun ringe ekstra styrke, men medfører betydelige omkostninger. For blinde huller er det også vigtigt at designe et ugevindet afsnit i bunden, så gevindskæringsværktøjet får tilstrækkelig frihed og risikoen for brud mindskes.

Valg af materialer og overfladebehandlinger til omkostningseffektivitet

Valget af materiale og den krævede overfladefinish er sidste, afgørende overvejelser ved styring af maskinbearbejdningens omkostninger. Disse beslutninger påvirker både råmaterialeomkostningerne og den tid, der kræves til bearbejdning af emnet. Et materiale, der er billigt at købe, men svært at bearbejde, kan til sidst blive dyrere end et dyrere, men lettere bearbejdeligt alternativ.

Et materiale's bearbejdelighed beskriver, hvor nemt det kan skæres. Bløde materialer som aluminium 6061 og plastikker som POM (Delrin) har fremragende bearbejdelighed, hvilket gør det muligt at skære med høj hastighed og forkorte cyklustider. I modsætning hertil er hårde materialer som rustfrit stål eller titanium vanskeligere at skære, da de kræver lavere hastigheder og forårsager mere værktøjsforringelse, hvilket fordobler eller tredobler bearbejdstiden. Derfor er valg af et mere bearbejdelsesvenligt materiale en yderst effektiv omkostningsreducerende strategi, medmindre de specifikke egenskaber ved en højstyrkelegering er påkrævet.

Et andet område til optimering er overvejelsen af fremstillingsprocessen for materialens råprodukt. Ved at bruge et næsten færdigt formet råprodukt, fremstillet gennem en proces som smedning, kan mængden af materiale, der skal fjernes ved bearbejdning, reduceres betydeligt, hvilket sparer tid og mindsker affald. For dem i bilindustrien kan det være en fordel at undersøge muligheder hos specialister inden for dette felt. For robuste og pålidelige automobildelene kan du undersøge tilpassede smedefortjenester fra Shaoyi Metal Technology , som specialiserer sig i højtkvalitets varmsmedning til industrien.

Endelig bør overfladebehandlingskrav omhyggeligt overvejes. Den standardmæssige "as machined"-overflade er den mest omkostningseffektive løsning. Hvis man ønsker glattere overflader, kræver det ekstra maskinbearbejdning eller sekundære processer som sandstråling eller polering, hvilket alle medfører ekstra omkostninger. At specificere forskellige overfladebehandlinger på forskellige flader af samme komponent er endnu dyrere, da det indebærer masking og flere processer. At anvende en specifik overfladebehandling kun der, hvor det er funktionelt nødvendigt, er en enkel men effektiv måde at holde omkostningerne nede.

Ofte stillede spørgsmål

1. Hvordan nedsættes CNC-bearbejdningsomkostningerne?

At reducere CNC-bearbejdningsomkostninger indebærer en kombination af designoptimering, materialevalg og procesforenkling. Nøglestrategier inkluderer:

• Forenkl geometri: Undgå komplekse kurver, dybe lommer og tynde vægge.
• Tilføj radius i hjørner: Brug så store mulige radier i indvendige hjørner for at tillade hurtigere bearbejdning.
• Brug standardfunktioner: Udform huller og gevind i standardstørrelser for at undgå behovet for specialværktøj.
• Tolerancer: Der skal kun angives snævre tolerancer for kritiske egenskaber, hvor funktionaliteten afhænger heraf.
• Vælg maskinbare materialer: Vælg materialer som aluminium 6061 som kan skæres hurtigt.
• Minimere opsætninger: Designe dele, så alle funktioner kan tilgås i så få maskinorienteringer som muligt.

2. at Hvad er konstruktionsbetingelserne for konstruktionen af bearbejdede dele?

De primære designovervejelser for maskinbearbejdede dele fokuserer på at sikre fremstillelighed og omkostningseffektivitet. Dette inkluderer en vurdering af delens geometri med hensyn til enkelhed og adgang for skæreværktøjer. Designere skal tage højde for begrænsningerne i bearbejdelsesprocessen, såsom umuligheden af at skabe helt skarpe indvendige hjørner. Andre vigtige overvejelser omfatter materialevalg baseret på både funktionskrav og bearbejdelighed, korrekt anvendelse af tolerancer samt design af funktioner som huller og gevind efter standardspecifikationer. Endelig bør designere sigte mod at minimere antallet af maskinopsætninger, der kræves for at fuldføre delen.