TL;DR

A CNC-megmunkálás gyakran egy kritikus másodlagos folyamat, amelyet az öntött alkatrészekre alkalmaznak, hogy olyan pontosságot érjenek el, amelyet az öntés önmagában nem tud biztosítani. Míg az öntés kiválóan alkalmas összetett, közel nettó alakú alkatrészek nagy mennyiségben, alacsony egységköltséggel történő előállítására, addig a CNC-megmunkálás biztosítja a végső, magas tűréshatárokkal rendelkező elemeket, mint például menetes furatok és sima illesztési felületek. Annak eldöntése, hogy az egyiket vagy mindkettő kombinációját használják, egy kompromisszumon alapul: az öntés a tömeggyártásra szolgál, míg a CNC-megmunkálás lényeges pontosságot ad, de további költséggel jár.

CNC-megmunkálás és öntés: fej-fej melletti összehasonlítás

A CNC-megmunkálás és az öntés közötti alapvető különbségek megértése alapvető fontosságú minden mérnöki vagy termékfejlesztő csapat számára. Ezek a két gyártási módszer eltérő megközelítést képvisel a fémszerkezetek készítésében: az egyik anyageltávolítással, a másik olvadt állapotból történő formázással dolgozik. A megfelelő módszer kiválasztása teljes mértékben a projekt volumenre, költségre, sebességre és pontosságra vonatkozó igényeitől függ.

A CNC (számítógéppel vezérelt numerikus irányítású) megmunkálás egy leválasztó eljárás . Egy szilárd anyagból (tömbből) indul ki, és számítógép-vezérelt vágószerszámokat – például marókat, fúrókat és esztergákat – használ rétegről-rétegre anyag eltávolítására, amíg az alkatrész kialakul. Ahogyan azt Zetwerk leírja, az eljárást számítógépes program vezérli, így magas pontosságot és ismételhetőséget biztosít. Ez a módszer rendkívül sokoldalú, és széles anyagválasztékkal alkalmazható, ezért ideális prototípusokhoz és alacsony-közepes sorozatszámú gyártáshoz, ahol a pontosság elsődleges szempont.

Ezzel szemben a fröccsöntés egy formáló folyamat . Olyan nem vasalapú fémek, például alumínium vagy cink olvasztását jelenti, majd a megolvasztott anyagot nagy nyomással egy speciális acélöntőformába (ún. sajtolóformába) juttatják. Amikor a fém lehűl és megszilárdul, az öntőforma kinyílik, és a darab kiürül. Ez a módszer rendkívül hatékony azonos alkatrészek nagy mennyiségben történő, összetett geometriájú gyártásához. Bár a forma elkészítésének kezdeti költsége jelentős lehet, az egységköltség nagy sorozatok esetén lényegesen csökken, így ez a módszer elengedhetetlen a fogyasztási cikkek és az autóipar tömeggyártásában.

Bár a nyomásos öntést és a CNC megmunkálást gyakran hasonlítják össze, más eljárások, például az űrtöltés is kulcsszerepet játszanak a gyártásban. Például a Shaoyi (Ningbo) Metal Technology vállalat az autóipari űrtöltésre specializálódott, amely egy olyan eljárás, mely során fémeket alakítanak át kompressziós erők segítségével, így különösen erős és tartós alkatrészek gyártására alkalmas. A gyártási lehetőségek teljes skálájának megértése biztosítja, hogy a legmegfelelőbb eljárást válasszák az alkatrész adott teljesítményigényeihez.

A szinergia: CNC megmunkálás alkalmazása öntvények utómegmunkálásaként

Bár gyakran versengő módszerekként mutatják be őket, a CNC megmunkálás és az öntés gyakran egymást követő gyártási folyamatban lévő partnerek. Számos nagyteljesítményű alkatrész kihasználja mindkét eljárás előnyeit. A folyamat az öntéssel kezdődik, amely hatékonyan előállítja az alkatrész elsődleges, összetett formáját (a majdnem végső alakot), majd CNC megmunkálás következik, amely finomító műveleteket hajt végre, melyek magasabb pontosságot igényelnek, mint amit az öntés önmagában elérhet.

Ahogyan azt G&M Die Casting , ez a hibrid megközelítés egyetlen forrásból származó megoldás összeszereléshez kész alkatrészek előállítására. A nyomásos öntéssel olyan méretek készíthetők, amelyek tűrése körülbelül ±0,005 hüvelyk, ami sok alkalmazás esetén elegendő. Azonban ha egy tervezés szigorúbb tűréseket, tökéletesen sík illesztő felületeket vagy összetett funkciókat, például menetes furatokat igényel, akkor másodlagos megmunkálás szükséges. Itt veszik át a munkát a CNC-központok, finomítva a nyomásosan öntött alkatrészt, hogy pontosan megfeleljen az előírt specifikációknak.

Ez a szinergikus kapcsolat lehetővé teszi a gyártók számára, hogy mindkét eljárás előnyét kihasználhassák: a nagy sorozatú nyomásos öntés költséghatékonyságát és sebességét az alkatrész tömegének előállításához, valamint a CNC megmunkálás precíz pontosságát az alkatrész legkritikusabb részeihez. Ez biztosítja az gazdasági életképességet és a megfelelő működést egyaránt.

Gyakori másodlagos CNC megmunkálási műveletek nyomásosan öntött alkatrészeknél:

• Fúrás és táplálás: Pontos menetes furatok kialakítása csavarokhoz és csapszeghez.
• Frizálás: Sík felületek megmunkálása tömítésekhez vagy más alkatrészekkel való illesztéshez.
• Fúrás: Tökéletesen kerek és pontosan elhelyezett furatok készítése csapágyakhoz vagy tengelyekhez.
• Forgatás: Hengeres elemek megmunkálása szigorú átmérő-tűrésekkel.
• O-gyűrű hornyok kialakítása: Pontos csatornák megmunkálása tömítések számára a szivárgások megelőzésére.

Nyomásöntvény alkatrészek megmunkálásának fontos szempontjai

Egy nyomásöntvény alkatrész megmunkálása nem ugyanaz, mint egy tömör billet anyagblokk megmunkálása. Az öntési folyamat egyedi anyagi jellemzőket és kihívásokat vezet be, melyeket a tervezőknek és gépműveseknek figyelembe kell venniük a sikeres eredmény érdekében. A megfelelő tervezés és technika elengedhetetlen ahhoz, hogy elkerüljék az alkatrész megsérülését vagy szerkezeti épségének romlását.

Az egyik fő kihívás a anyag porozitása . Mikroszkopikus gázüregek keletkezhetnek időnként az öntvényben, amikor az olvadt fém szilárdul. Amikor egy vágószerszám ilyen üregekbe ütközik, az rossz felületminőséghez vagy akár szerszámtöréshez is vezethet. A gépműveseknek éles szerszámokat és optimalizált vágási paramétereket kell alkalmazniuk a porozitás hatásainak csökkentésére. Egy másik kritikus tényező a befogás , vagy rögzítés. A nyomásos öntvény alkatrészeket közel nettó formában készítik, gyakran összetett, nem egyenletes felületekkel és vékony falakkal. Az alkatrész megbízható és ismételhető rögzítéséhez általában speciális befogó kell, hogy elkerüljék az alkatrész torzulását vagy sérülését a megmunkálás során.

Továbbá a nyomásos öntéshez használt ötvözetek, például az A380-as alumínium, más tulajdonságokkal rendelkeznek, mint a szokványos tömbötvözetek, például a 6061-es alumínium. A nyomásosan öntött alumínium gyakran magasabb szilíciumtartalmú, ami miatt kopásállóbb, és gyorsabb szerszámkopást okoz. Hatékony megmunkáláshoz gyakran szükség van speciális szerszámkopásállóságra és geometriákra.

A nyomásos öntvény alkatrészek megmunkálásának ajánlott gyakorlatai a következők:

• Éles, bevonatos szerszámok használata: Polikristályos gyémánt (PCD) vagy bevonatos keményfém szerszámokat gyakran ajánlanak a magas szilíciumtartalmú alumíniumötvözetek abrasív jellegének ellenállásához.
• Fordulatszám és előtolás optimalizálása: A vágási paramétereket gondosan kell szabályozni, hogy elkerüljék az alacsony olvadáspontú ötvözetek megolvasztását, és tiszta vágást érjenek el anyag kenődése nélkül.
• Megfelelő munkadarv-tartás alkalmazása: Olyan szerelvények tervezése, amelyek támogatják a darab egyedi geometriáját, és erős, stabil területeken fogják meg, hogy megakadályozzák az alakváltozást vagy sérülést.
• A forgács hatékony kezelése: Használjon nagy nyomású levegőfújást vagy minimális hűtőfolyadékot a forgács eltávolítására, mivel a hagyományos áradó hűtés néha behatolhat az anyag pórusaiba, és később problémákat okozhat.

Költségelemzés: Mikor gazdaságosabb az öntés + CNC megmunkálás?

A kizárólag CNC megmunkálás és a kombinált öntési valamint CNC megmunkálási folyamat közötti döntés szinte mindig a gyártási mennyiségtől és a költségektől függ. Míg a CNC megmunkálás rugalmasságot biztosít és elkerüli a magas kezdeti szerszámköltségeket, az öntés méretnövekedéskor páratlan hatékonyságot kínál. A költségátmeneti pont ismerete kritikus fontosságú egy gyártási projekt esetén helyes pénzügyi döntés meghozatalához.

Alacsony mennyiségek esetén, például prototípusoknál vagy néhány száz darabból álló sorozatoknál a CNC megmunkálás szinte mindig olcsóbb. Ahogy SyBridge Technologies kifejezetten rámutat, hogy nincs szükség több tízezer dolláros acélformába történő befektetésre. A költséget elsősorban a gépóra és az anyag határozza meg. Ugyanakkor ez az egységre eső költség viszonylag állandó marad, függetlenül attól, hány darabot gyártanak. A nyomásos öntés másrészről rendkívül magas kezdeti költséggel jár a forma tervezése és elkészítése miatt. De amint a szerszám elkészült, az alkatrészek előállítása jelentősen olcsóbbá válik anyag- és ciklusidő tekintetében.

Egy meggyőző esettanulmány Dynacast kiemeli ezt a kompromisszumot. A Light L16 kamera esetében a bonyolult váz CNC-megmunkálással történő gyártása ötször drágább volt, mint nyomásos öntéssel készíteni. Egy tömegpiaci fogyasztói termék esetében ez a költségkülönbség miatt a CNC-megmunkálás nagy léptékű termelésre alkalmatlanná vált. A forma elkészítésébe fektetett kezdeti beruházást hatalmas megtakarítások követték az egységre eső költségek csökkenése miatt, így a hibrid megközelítés volt az egyetlen életképes út előre.

Általános irányelvként a határ, amely felett az öntés gazdaságosabbá válik, általában 2000 és 5000 darab között helyezkedik el. E tartomány alatt az eszközök költsége túl magas ahhoz, hogy megérje, felette viszont az alkatrészegységre jutó alacsony öntési költség jelentős megtakarítást eredményez minden előállított darabbal, így tömeggyártás esetén egyértelműen ez a nyerő megoldás.

Gyakran Ismételt Kérdések

1. Mi a különbség a CNC-megmunkálás és az öntés között?

A CNC-megmunkálás egy leválasztó eljárás, amely egy szilárd anyagból álló blokkal kezdődik, és lemetszi annak egy részét, hogy létrehozza az alkatrészt. Az öntés formázó eljárás, amely olvadt fémet fecskendez be egy acélformába (öntőformába), hogy kialakítsa az alkatrészt. A CNC ideális alacsony-közepes mennyiségű, nagy pontosságú gyártásra, míg az öntés tökéletes összetett alkatrészek nagy sorozatú, alacsony egységköltséggel történő előállításához.

2. Mik a CNC-gép 7 fő alkotóeleme?

Egy tipikus CNC-gép fő alkatrészei a Gépvezérlő egység (MCU), amely a rendszer agya; a program betöltésére szolgáló bemeneti eszközök; meghajtórendszer motorokkal az tengelyek mozgatásához; a gépgép maga (pl. orsó és vágószerszámok); visszajelző rendszer a pontosság biztosításához; az állvány és asztal, amelyek a gép szerkezetét alkotják; valamint hűtőrendszer a hő kezelésére.

3. Olcsóbb a nyomásos öntés, mint a CNC?

A termelési mennyiségtől függ. Alacsony darabszám esetén (prototípusoktól néhány ezer alkatrészig) a CNC megmunkálás olcsóbb, mivel elkerüli az öntőforma készítésének magas kezdeti költségét. Nagy sorozatgyártásnál viszont (általában 5000 egységnél több) a nyomásos öntés lényegesen költséghatékonyabbá válik az alkatrészenkénti extrém alacsony költsége miatt, amely gyorsan ellentételezi a kezdeti szerszámköltséget.