Smanjite troškove CNC obrade pametnim dizajnom dijelova

KRATKO

Optimizacija dizajna dijelova radi smanjenja troškova obrade temelji se na primjeni načela Dizajna za obradivost (DFM). To uključuje pojednostavljenje geometrije dijelova, dodavanje dovoljnih polumjera zaobljenja unutarnjih kutova, korištenje standardnih veličina za rupe i navoje te propisivanje širokih tolerancija kad god je to moguće. Odabir rentabilnih i lako obradivih materijala također je ključna strategija za smanjenje vremena obrade, složenosti i ukupnih troškova.

Osnovna načela dizajna za obradivost (DFM)

Prije nego što se prebacimo na specifične promjene u dizajnu, ključno je razumjeti osnovnu strategiju smanjenja troškova: dizajn za obradivost (DFM). DFM je proces namjernog oblikovanja komponenti tako da se mogu proizvoditi na najučinkovitiji i najjednostavniji mogući način. Cilj je smanjiti ne samo vrijeme provedeno na CNC stroju, već i složenost cijelog proizvodnog procesa, od početne pripreme do završne obrade. Svaka odluka donesena tijekom faze dizajniranja ima izravan i često značajan utjecaj na konačni trošak.

Osnovna načela DFM-a okreću se dvjema ključnim ciljevima: smanjenju vremena obrade i smanjenju broja operacija. Vrijeme obrade često je glavni pokretač troškova, pa će dizajni koji omogućuju brže rezanje i manje prolaza uvijek biti jeftiniji. Ovo se može postići odabirom materijala s visokom obradivosti ili oblikovanjem elemenata koje je moguće izraditi većim, robusnijim alatima. Kao što je detaljno opisano u vodiču iz Protolabs Network , čak i male prilagodbe, poput povećanja polumjera zaobljenja, mogu omogućiti stroju da radi brže i učinkovitije.

Jednako važno je smanjiti broj postavljanja na stroju. Postavljanje odnosi se na svaki trenutak kada se dio ručno mora ponovno pozicionirati ili ponovno pričvrstiti kako bi se pristupilo različitim stranama. Svako postavljanje dodatno opterećuje troškove rada i uvodi mogućnost pogreške. Kompleksan dio s karakteristikama na svih šest strana može zahtijevati šest zasebnih postavljanja, što drastično povećava njegovu cijenu u usporedbi s jednostavnijim dijelom kod kojeg se sve karakteristike mogu obraditi iz jednog smjera. Stoga je ključna DFM strategija projektirati dijelove koje je moguće izraditi u što manje postavljanja, po mogućnosti samo u jednom.

Ključne geometrijske optimizacije za smanjenje troškova

Geometrija dijela jedan je od najvažnijih čimbenika koji utječu na trošak obrade. Složene forme, duboke utori i nježne značajke zahtijevaju više vremena, specijaliziranu alatnu opremu i pažljivo rukovanje, što povećava cijenu. Strateškim optimizacijama geometrije dijelova inženjeri mogu postići znatne uštede bez kompromisa u funkcionalnosti.

• Dodajte dovoljno velike polumjere unutarnjim kutovima. Svi alati za CNC glodanje su okrugli, što znači da automatski ostavljaju polumjer u svakom unutarnjem kutu. Pokušaj stvaranja oštrog ili vrlo malog polumjera zahtijeva alat malog promjera, koji mora raditi sporije i izvoditi više prolaza, čime se povećava vrijeme obrade. Jednostavno pravilo je projektirati unutarnje kutne polumjere barem jednu trećinu dubine šupljine. Kako Protocase objašnjava , korištenje što većih polumjera poboljšava kvalitetu površine i smanjuje troškove omogućujući uporabu većih i stabilnijih reznih alata.
• Ograničite dubinu utora i šupljina. Obrađivanje dubokih žlijebova je neproporcionalno skupo. Standardni alati za rezanje imaju ograničenu duljinu rezanja, u praksi su učinkoviti do dubine od otprilike 2-3 puta veće od njihovog promjera. Iako su dublji rezovi mogući, potrebni su specijalizirani, duži alati koji su manje kruti i moraju raditi na nižim brzinama kako bi se izbjeglo vibriranje i lomljenje. Fictiv preporučuje da dubina rezanja bude unutar pet puta veće od promjera alata kod krajevskih glodala kako bi se osigurao kvalitetan završni izgled i niža cijena.
• Izbjegavajte tanke stijenke. Stijenke tanje od 0,8 mm za metal ili 1,5 mm za plastiku skloni su vibracijama, izobličenju i lomljenju tijekom obrade. Kako bi ove karakteristike točno izradili, strojar mora koristiti više sporih prolaza s malom dubinom rezanja. Ako nije apsolutno potrebno za funkciju dijela, projektiranje debljih, krutijih stijenki učinit će dio stabilnijim i znatno jeftinijim za proizvodnju.
• Poјednostavite i kombinirajte karakteristike. Složenost dizajna izravno utječe na trošak. Simetrični dijelovi lakše se obrađuju, a smanjenje ukupnog broja jedinstvenih značajki minimizira potrebu za promjenom alata. Ako dio ima složene značajke poput podrezivanja ili rupe na više strana, razmislite može li se dizajn podijeliti na više jednostavnijih komponenti koje se mogu lako obraditi, a zatim sklopiti. Ovaj pristup često je ekonomičniji od obrade jednog vrlo složenog dijela koji zahtijeva 5-osnu mašinu i posebne stezaljke.

Pametne strategije za tolerancije, navoje i rupe

Dok su velike geometrijske značajke očigledni pokazatelji troškova, male pojedinosti poput tolerancija, navoja i rupa mogu neočekivano znatno utjecati na konačnu cijenu. Ove značajke često zahtijevaju visoku preciznost, specijalizirane alate ili dodatne operacije na stroju. Primjena pametnih dizajnerskih strategija na ove elemente ključan je korak u optimizaciji dijela za učinkovitu proizvodnju po nižoj cijeni.

Tolerancije određuju dopušteno odstupanje za određenu dimenziju. Iako su uske tolerancije ponekad potrebne za kritične spojeve, treba ih specificirati umjereno. Što je tolerancija uža, potrebno je više vremena, pažnje i inspekcije, što eksponencijalno povećava troškove. Kao što objašnjava MakerVerse , prekomjerno uske tolerancije mogu dovesti do povećanog trošenja alata, duljeg ciklusa obrade i većeg postotka otpada. Za neciljane značajke dovoljno je i znatno ekonomičnije osloniti se na standardnu toleranciju stroja (tipično ±0,125 mm).

Slično tome, rupe i navoji trebaju se projektirati s obzirom na standardizaciju. Korištenje standardnih veličina svrdala za rupe je znatno jeftinije nego specificiranje nestandardnog promjera, što bi zahtijevalo sporije izraditi rupu glodalom. Kada je riječ o navojima, njihova duljina treba biti ograničena. Dodirivanje navoja veće od 1,5 puta promjera rupe pruža malo dodatne čvrstoće, ali značajno povećava trošak. Za slijepa provrtanja također je važno projektirati neizrezan dio na dnu, kako bi alatu za navoje ostao prostor za manevriranje i time smanjio rizik od loma.

Odabir materijala i obrada površine u svrhu uštede

Odabir materijala i potrebna obrada površine konačni su, ključni aspekti u upravljanju troškovima obrade. Ova odluka utječe i na trošak sirovog materijala i na vrijeme potrebno za izradu dijela. Materijal koji je jeftin za kupovinu, ali težak za obradu, može na kraju biti skuplji od skupljeg, ali lakše obradivog alternativnog materijala.

Obradivost materijala opisuje koliko je lako rezati materijal. Meke materijale poput aluminija 6061 i plastike poput POM-a (Delrin) iznimno je lako obraditi, što omogućuje visoke brzine rezanja i kraće cikluse obrade. Suprotno tome, tvrđi materijali poput nerđajućeg čelika ili titanijuma teže su za rezati, zahtijevaju sporije brzine i uzrokuju veći habanje alata, što udvostručuje ili utrostručuje vrijeme obrade. Stoga, ako nisu potrebna specifična svojstva legure visoke čvrstoće, odabir materijala koji se lakše obrađuje iznimno je učinkovita strategija smanjenja troškova.

Još jedna oblast za optimizaciju je razmatranje procesa proizvodnje same sirovine. Korištenje gotovo konačnog oblika sirovine, stvorenog postupkom poput kovanja, može znatno smanjiti količinu materijala koju treba ukloniti obradom, uštedjeti vrijeme i smanjiti otpad. Onima u automobilskoj industriji, na primjer, istraživanje mogućnosti kod stručnjaka na ovom području može biti korisno. Za izdržljive i pouzdane automobile komponente, možete istražiti usluge prilagođenog kovanja od tvrtke Shaoyi Metal Technology , koji se specijalizirao za visokokvalitetno vruće kovanje za industriju.

Konačno, treba pažljivo razmotriti specifikacije završne obrade površine. Standardna "kao obrađena" površina najisplativija je opcija. Zahtijevanje glađih površina zahtijeva dodatne prolaze obrade ili sekundarne operacije poput nanošenja kuglica ili poliranja, što svako pojedinačno povećava trošak. Određivanje različitih završnih obrada na različitim površinama istog dijela još je skuplje, jer uključuje zaštitu (maskiranje) i više procesa. Primjena određene završne obrade samo tamo gdje je funkcionalno potrebna jednostavan je, ali učinkovit način smanjenja troškova.

Često postavljana pitanja

1. Kako smanjiti troškove CNC obrade?

Smanjenje troškova CNC obrade uključuje kombinaciju optimizacije dizajna, odabira materijala i pojednostavljenja procesa. Ključne strategije uključuju:

• Pojednostavite geometriju: Izbjegavajte složene krivulje, duboke utora i tanke stijenke.
• Dodajte polumjere zaobljenja: Koristite najveće moguće polumjere na unutarnjim kutovima kako bi se omogućila brža obrada.
• Koristite standardne elemente: Dizajnirajte rupe i navoje na standardne veličine kako bi se izbjegla potreba za posebnim alatima.
• Popustite tolerance: Navedite uske tolerance samo na kritičnim elementima gdje funkcionalnost ovisi o njima.
• Odaberite materijale pogodne za obradu: Odaberite materijale poput aluminija 6061 koji se mogu brzo rezati.
• Minimizirajte postavke: Projektirajte dijelove tako da se do svih elemenata može pristupiti u što manje orijentacija stroja.

2. Koja su razmatranja u dizajniranju obrađivanih dijelova?

Glavni aspekti dizajna obrađivanih dijelova usmjereni su na osiguravanje proizvodljivosti i ekonomičnosti. To uključuje procjenu geometrije dijela s obzirom na jednostavnost i pristupačnost alata za rezanje. Dizajneri moraju uzeti u obzir ograničenja procesa obrade, poput nemogućnosti izrade savršeno oštrih unutarnjih kutova. Drugi važni aspekti uključuju odabir materijala na temelju funkcionalnih zahtjeva i obradivosti, odgovarajuće postavljanje tolerancija te dizajniranje elemenata poput rupa i navoja prema standardnim specifikacijama. Na kraju, dizajneri bi trebali nastojati svesti na minimum broj postavljanja strojeva potrebnih za dovršetak dijela.