Vähennä CNC-jyrsinnän kustannuksia älykkäällä osien suunnittelulla

TL;DR

Osan suunnittelun optimointi koneistuskustannusten vähentämiseksi perustuu valmistettavuuden suunnittelun (DFM) periaatteisiin. Tämä tarkoittaa osan geometrian yksinkertaistamista, riittävien kaarevuussäteiden lisäämistä sisäkulmiin, standardikokoisten reikien ja kierretyyppien käyttöä sekä mahdollisimman löysojen toleranssien määrittelyä. Kustannustehokkaiden ja helposti koneistettavien materiaalien valinta on myös keskeinen strategia koneajon, monimutkaisuuden ja kokonaiskustannusten minimoimiseksi.

Valmistettavuuden suunnittelun (DFM) perusperiaatteet

Ennen kuin siirrytään tiettyihin suunnittelumuutoksiin, on ratkaisevan tärkeää ymmärtää kustannusten alentamisen perusta: valmistettavuuden suunnittelu (DFM). DFM on prosessi, jossa komponentit suunnitellaan tarkoituksella niin, että ne voidaan valmistaa mahdollisimman tehokkaalla ja yksinkertaisella tavalla. Tavoitteena on vähentää paitsi osan aikaa CNC-koneella, myös koko tuotantoprosessin monimutkaisuutta, alkaen alkuperäisestä asetuksesta loppuviimeistelyyn asti. Jokaisella suunnitteluvaiheessa tehdyllä päätöksellä on suora ja usein merkittävä vaikutus lopullisiin kustannuksiin.

DFM:n keskeiset periaatteet perustuvat kahteen keskeiseen tavoitteeseen: koneen käyttöajan vähentämiseen ja toimenpiteiden määrän minimoimiseen. Koneen käyttöaika on usein pääasiallinen kustannustekijä, joten suunnitelmat, jotka mahdollistavat nopeammat leikkuunopeudet ja vähemmän kulkuja, ovat aina halvempia. Tähän voidaan pyrkiä valitsemalla helposti koneen saatavia materiaaleja tai suunnittelemalla ominaisuuksia, jotka voidaan toteuttaa isommilla ja kestävämmillä työkaluilla. Kuten oppaassa todetaan Protolabs Network , jo pienetkin säädöt, kuten kulman säteen suurentaminen, voivat mahdollistaa koneen nopeamman ja tehokkaamman käytön.

Yhtä tärkeää on koneistusasentojen määrän vähentäminen mahdollisimman pieneksi. Asennolla tarkoitetaan jokaista kertaa, kun osaa on manuaalisesti uudelleensijoitettava tai uudelleenkiinnitettävä päästäkseen käsiksi eri tahkoihin. Jokainen asetus lisää työvoimakustannuksia ja tuo mukanaan virheiden mahdollisuuden. Monimutkainen osa, jossa on ominaisuuksia kaikilla kuudella sivulla, saattaa vaatia peräti kuusi erillistä asetusta, mikä lisää merkittävästi sen valmistuskustannuksia verrattuna yksinkertaiseen osaan, jonka kaikki ominaisuudet voidaan koneistaa yhdestä suunnasta. Tärkeä DFM-strategia on siis suunnitella osia, jotka voidaan valmistaa mahdollisimman vähillä asetuksilla, mieluiten vain yhdellä.

Kustannusten alentamiseen tärkeät geometriset optimoinnit

Osan geometria on yksi merkittävimmistä tekijöistä, jotka vaikuttavat sen koneen työstökustannuksiin. Monimutkaiset muodot, syvät lokit ja hienovaraiset ominaisuudet vaativat kaikki enemmän aikaa, erikoistyökaluja ja varovaisempaa käsittelyä, mikä nostaa hintaa. Strategisilla optimoinneilla osan geometriassa insinöörit voivat saavuttaa huomattavia säästöjä toiminnallisuutta heikentämättä.

• Lisää sisäkulmiin riittävän suuret pyöristyssäteet. Kaikki CNC-porauskoneet ovat pyöreitä, mikä tarkoittaa, että ne jättävät luonnollisesti säteen mihin tahansa sisäkulmaan. Terävä tai hyvin pieni säde vaatii pienihalkuisen työkalun, joka on liikutettava hitaasti ja usealla kululla, mikä lisää koneajan. Yksinkertainen sääntö on suunnitella sisäkulmien säteeksi vähintään kolmasosa kammion syvyydestä. Kuten Protocase selittää , mahdollisimman suuret säteet parantavat pintalaadun ja vähentävät kustannuksia mahdollistaen isompien ja stabiilimpien leikkuutyökalujen käytön.
• Rajoita kammioitten ja lokkien syvyys. Syvien taskujen jyrsintä on suhteettoman kallista. Standardityökalut ovat rajoittuneet tiettyyn leikkuupituuteen, ja ne ovat yleensä tehokkaita enintään noin 2–3 kertaa työkalun halkaisijan syvyydellä. Syvemmät leikkaukset ovat mahdollisia, mutta ne edellyttävät erikoistuneita, pidempiä työkaluja, jotka ovat vähemmän jäykkiä ja joiden on pyörittävä hitaammilla nopeuksilla värähtelyn ja murtumisen välttämiseksi. Fictiv suosittelee pitämään leikkuussyvyyden enintään viisinkertaisena työkalun halkaisijaan nähden päätyjyrsimillä, jotta saavutetaan hyvä pintalaatu ja alhaisemmat kustannukset.
• Vältä ohuita seinämiä. Metallille alle 0,8 mm ja muoville alle 1,5 mm ohuet seinämät ovat alttiita värähtelylle, vääntymiselle ja murtumiselle jyrsinnän aikana. Näiden ominaisuuksien tarkka valmistus edellyttää useita hitaita menouksetta pienellä leikkuussyvyydellä. Ellei ole ehdottoman välttämätöntä osan toiminnan kannalta, paksumpien ja jäykempien seinämien suunnittelu tekee osasta stabiilimman ja huomattavasti edullisemman valmistaa.
• Yksinkertaista ja yhdistä ominaisuuksia. Suunnittelun monimutkaisuus vaikuttaa suoraan kustannuksiin. Symmetriset osat on helpompi koneistaa, ja yksilöllisten piirteiden määrän vähentäminen minimoi työkaluvaihtojen tarpeen. Jos osassa on monimutkaisia piirteitä, kuten alapuroja tai reikiä useilla tahkoilla, harkitse, voidaanko suunnittelu jakaa useisiin yksinkertaisempiin komponentteihin, jotka voidaan helposti koneistaa ja joita voidaan sen jälkeen koota. Tämä lähestymistapa osoittautuu usein kustannustehokkaammaksi kuin erittäin monimutkaisen osan koneistaminen, joka edellyttää 5-akselikonetta ja räätälöityjä kiinnityslaitteita.

Älykkäät strategiat toleransseille, kierroille ja rei'ille

Vaikka suuret geometriset piirteet ovat ilmeisiä kustannustekijöitä, pienet yksityiskohdat, kuten toleranssit, kierrot ja reiät, voivat vaikuttaa lopulliseen hintaan yllättävän paljon. Näihin piirteisiin liittyy usein tarve tarkkuuteen, erikoistyökaluihin tai lisäkoneointitoimenpiteisiin. Älykkäiden suunnittelustrategioiden käyttäminen näissä elementeissä on keskeinen askel osan optimoinnissa kustannustehokkaaseen valmistukseen.

Toleranssit määrittävät hyväksyttävän poikkeaman tietylle mitalle. Vaikka tiukat toleranssit ovat joskus välttämättömiä kriittisille liitännöille, niitä tulisi määrittää säästeliäästi. Mitä tiukempi toleranssi, sitä enemmän aikaa, huolenpitoa ja tarkastuksia vaaditaan, mikä lisää kustannuksia eksponentiaalisesti. Kuten MakerVerse selittää, liian tiukat toleranssit voivat johtaa lisääntyneeseen työkalujen kulumiseen, pitempiin sykliaikoihin ja korkeampaan hävikkiprosenttiin. Ei-kriittisille ominaisuuksille riittää ja on paljon taloudellisempaa käyttää vakiotyöstökoneen toleranssia (tyypillisesti ±0,125 mm).

Samoin reiät ja kierteet tulisi suunnitella standardisoinnin varaan. Standardikokoisten poranterien käyttäminen reikien poraamiseen on huomattavasti edullisempaa kuin ei-standardin halkaisijan määrittäminen, joka vaatisi päätemuuntimen hitaasti luomaan reiän. Kierroissa niiden pituus tulisi rajoittaa. Kierreosan pituus yli 1,5 kertaa reiän halkaisija ei tarjoa merkittävästi lisälujuutta, mutta se lisää huomattavasti kustannuksia. Sokeissa reiissä on myös tärkeää suunnitella kierteetön alue pohjalle, jotta kierteitystyökalulla on riittävästi vapaa tila ja katkeamisvaara vähenee.

Materiaalien ja pinnoitteiden valinta kustannustehokkuuden kannalta

Materiaalin valinta ja vaadittu pintakäsittely ovat lopullisia, ratkaisevia tekijöitä koneen kustannusten hallinnassa. Nämä päätökset vaikuttavat sekä raaka-aineen hintaan että osan käsittelyyn käytettävään aikaan. Materiaali, joka on halpa ostaa, mutta vaikea koneoida, voi olla lopulta kalliimpi kuin kalliimpi, mutta helpommin koneoitava vaihtoehto.

Materiaalin työstettävyysluokitus kuvaa, kuinka helposti sitä voidaan leikata. Pehmeät materiaalit, kuten alumiini 6061 ja muovit kuten POM (Delrin), ovat erittäin hyvin työstettäviä, mikä mahdollistaa nopeat leikkausnopeudet ja lyhyemmät sykliajat. Vastaavasti kovat materiaalit, kuten ruostumaton teräs tai titaani, ovat vaikeampia leikata, vaativat hitaampia nopeuksia ja aiheuttavat enemmän työkalujen kulumista, mikä kaksinkertaistaa tai kolminkertaistaa työstöajan. Siksi eli jos tietyt korkean lujuuden seoksen ominaisuudet eivät ole välttämättömiä, helpommin työstettävän materiaalin valitseminen on erittäin tehokas kustannustehokkuutta parantava strategia.

Toinen optimointialue liittyy materiaalilohkon valmistusprosessiin itsessään. Lähes lopulliseen muotoon valmistetun lohkon käyttäminen, esimerkiksi kuumavalamalla valmistettuna, voi merkittävästi vähentää koneistuksessa poistettavan materiaalin määrää, säästää aikaa ja vähentää jätettä. Autoteollisuuden alalla toimiville on esimerkiksi hyödyllistä tutkia tämän alan erikoistuneiden vaihtoehtoja. Kestäviin ja luotettaviin autojen komponentteihin voit tutustua mukautetut taotut palvelut Shaoyi Metal Technology -yrityksestä , joka on erikoistunut korkealaatuiseen kuumavaluun teollisuudessa.

Lopuksi pintakäsittelyn määritykset tulisi harkita huolellisesti. Vakiona toimitettu "koneistettu" pinta on kustannustehokkain vaihtoehto. Sileämpien pintojen pyytäminen edellyttää lisäkoneistusvaiheita tai jälkikäsittelytoimenpiteitä, kuten straalipuhallusta tai hiomista, mikä lisää kustannuksia. Erilaisten pintojen määrääminen saman osan eri pinnoille on vielä kalliimpaa, koska se edellyttää suojauksen käyttöä ja useita eri prosesseja. Tietyn pinnoitteen käyttö vain siinä kohti, missä se on toiminnallisesti tarpeellinen, on yksinkertainen mutta tehokas tapa pitää kustannukset alhaisina.

Usein kysytyt kysymykset

1. Miten vähentää CNC-koneistuskustannuksia?

CNC-koneistuskustannusten vähentäminen edellyttää muotoilun optimointia, materiaalivalintoja ja prosessien yksinkertaistamista. Tärkeimmät strategiat ovat:

• Yksinkertaista geometriaa: Vältä monimutkaisia kaaria, syviä lokeroita ja ohuita seinämäpaksuuksia.
• Lisää nurkkakaarevuudet: Käytä mahdollisimman suuria kaarevuussäteitä sisäkulmissa, jotta koneistus voidaan tehdä nopeammin.
• Käytä standardikomponentteja: Suunnittele reiät ja kierteet standardikokoisiksi, jotta ei tarvita räätälöityjä työkaluja.
• Löysää toleransseja: Määritä tiukat toleranssit vain niille kriittisille ominaisuuksille, joiden toiminnallisuus siihen perustuu.
• Valitse koneenpiirrettäviä materiaaleja: Valitse materiaaleja, kuten alumiini 6061, jotka voidaan leikata nopeasti.
• Vähennä asetuksia: Suunnittele osat siten, että kaikki ominaisuudet voidaan käsitellä mahdollisimman vähissä koneen asennoissa.

2. Mitkä ovat porattujen osien suunnittelun huomioon otettavat seikat?

Käsikirjoitettujen osien suunnittelussa on ensisijaisesti huomioitava valmistuskyvyn ja kustannustehokkuuden varmistaminen. Tämä sisältää osan geometrian arvioinnin yksinkertaisuuden ja käytettävyyden arvioinnin leikkausvälineillä. Suunnittelijoiden on otettava huomioon koneen valmistusprosessin rajoitukset, kuten se, että sisäkulmia ei voida tehdä täydellisesti terävinä. Muita keskeisiä seikkoja ovat muun muassa materiaalin valinta sekä toiminnallisten vaatimusten että koneellisuuden perusteella, suvaitsevaisuuden asianmukainen soveltaminen sekä reikä- ja lankaominaisuuksien kaltaisten ominaisuuksien suunnittelu. Lopuksi suunnittelijoiden tulisi pyrkiä minimoimaan osan valmistamiseen tarvittavat konejärjestelyt.