Csökkentse a CNC megmunkálás költségeit intelligens alkatrésztervezéssel

TL;DR

Az alkatrészek tervezésének optimalizálása a megmunkálási költségek csökkentése érdekében a gyártásra tervezés (DFM) elveinek alkalmazásán alapul. Ez magában foglalja az alkatrész geometriájának egyszerűsítését, nagyobb sugarú lekerekítések alkalmazását belső sarkoknál, szabványos méretek használatát furatokhoz és menetekhez, valamint a lehető legnagyobb tűrések megadását. A költséghatékony és jól megmunkálható anyagok kiválasztása is kulcsfontosságú stratégia a gépidő, bonyolultság és az összköltség minimalizálásához.

A gyártásra tervezés (DFM) alapelvei

Mielőtt a konkrét tervezési változtatásokra térnénk, fontos megérteni a költségcsökkentés mögöttes alapstratégiáját: a gyártáskönnyített tervezést (Design for Machinability – DFM). A DFM olyan szándékos alkatrésztervezési folyamat, amely lehetővé teszi a komponensek a leghatékonyabb és legegyszerűbb módon történő gyártását. A cél nem csupán az, hogy csökkentsük azt az időt, amit egy alkatrész a CNC-gépen tölt, hanem a teljes gyártási folyamat bonyolultságát is – a kezdeti beállítástól a végső felületkezelésig. A tervezési fázisban hozott minden döntés közvetlen, gyakran jelentős hatással van a végső költségre.

A DFM alapelvei két fő cél köré csoportosulnak: a megmunkálási idő csökkentése és a műveletek számának minimalizálása. A megmunkálási idő gyakran a fő költségtényező, ezért azok a tervek, amelyek lehetővé teszik a gyorsabb vágási sebességet és kevesebb menetet, mindig olcsóbbak. Ezt elérhetjük úgy, hogy könnyen megmunkálható anyagokat választunk, vagy olyan geometriákat tervezünk, amelyek nagyobb, robosztusabb szerszámokkal hozhatók létre. Erről részletesen szól egy útmutató a Protolabs Network , még kis módosítások is, például egy sarki rádiusz növelése, lehetővé tehetik, hogy egy gép gyorsabban és hatékonyabban fusson.

Ugyanilyen fontos a gépi beállítások számának minimalizálása. Beállítás alatt azt értjük, amikor egy alkatrészt manuálisan újra kell pozícionálni vagy újrafogantyúzni, hogy hozzáférhessenek a különböző felületekhez. Minden beállítás munkaerőköltséget jelent, és hibalehetőséget vezet be. Egy összetett alkatrész, amelynek elemek találhatók mind a hat oldalán, akár hat különálló beállítást is igényelhet, ami drasztikusan megnöveli annak költségét egy olyan egyszerűbb alkatrészhez képest, amelynél minden elemet egyetlen irányból meg lehet munkálni. Ezért a tervezés során kulcsfontosságú DFM-stratégia olyan alkatrészek kialakítása, amelyek minél kevesebb beállítással elkészíthetők, ideális esetben csupán egyetlen beállítással.

Fő geometriai optimalizálások a költségek csökkentésére

Egy alkatrész geometriája az egyik legjelentősebb tényező, amely befolyásolja a megmunkálási költségeit. A bonyolult formák, mély üregek és finom részletek mind több időt, speciális szerszámokat és körültekintő kezelést igényelnek, ami növeli az árat. Az alkatrész geometriájának stratégiai optimalizálásával a mérnökök jelentős költségmegtakarítást érhetnek el anélkül, hogy funkcióromlást okoznának.

• Adj hozzá nagy belső lekerekítéseket a sarkokhoz. Minden CNC marószerszám kerek, ami azt jelenti, hogy természetes módon lekerekítést hagy minden belső sarokban. Az éles vagy nagyon kis sugarú sarkok létrehozása kis átmérőjű szerszámot igényel, amely lassabban mozoghat és több menetet igényel, ezzel növelve a gép időigényét. Egyszerű szabály, hogy a belső saroklekerekítések legalább a barlang mélységének egyharmada legyenek. Ahogy a Protocase magyarázza , a lehető legnagyobb sugarú lekerekítések használata javítja a felületminőséget, és csökkenti a költségeket, mivel lehetővé teszi nagyobb, stabilabb vágószerszámok alkalmazását.
• Korlátozd az üregek és zsebek mélységét. A mély zsebek megmunkálása aránytalanul költséges. A szabványos szerszámok vágóhossza korlátozott, általában körülbelül 2–3-szoros átmérőjükig hatékonyak. Bár mélyebb vágások is lehetségesek, ezekhez speciális, hosszabb szerszámokra van szükség, amelyek kevésbé merevek, és lassabb sebességgel kell működtetni őket a rezgés és eltörés elkerülése érdekében. A Fictiv azt javasolja, hogy az aljmarók esetében a vágásmélységet legfeljebb ötszörös átmérőre korlátozzák, hogy jó felületminőséget és alacsonyabb költséget érjenek el.
• Kerülje a vékony falakat. 0,8 mm-nél vékonyabb fém, illetve 1,5 mm-nél vékonyabb műanyag falak hajlamosak a rezgésre, torzulásra és eltörésre a megmunkálás során. Ezeknek a részeknek a pontos elkészítéséhez a gépkezelőnek több lassú, kis vágásmélységű menetre van szüksége. Kivéve ha a rész funkciójához feltétlenül szükséges, vastagabb, merevebb falak tervezése stabilabb alkatrészt eredményez, és jelentősen csökkenti a gyártási költségeket.
• Egyszerűsítse és egyesítse a funkciókat. A tervezés bonyolultsága közvetlenül befolyásolja a költségeket. A szimmetrikus alkatrészek megmunkálása egyszerűbb, és az egyedi elemek teljes számának csökkentése csökkenti a szerszámcserek szükségességét. Ha egy alkatrész összetett geometriájú, például áthidalásokkal vagy több felületen lévő furatokkal rendelkezik, fontolja meg, hogy a tervezést lehetne-e több egyszerűbb komponensre bontani, amelyeket könnyedén meg lehet munkálni, majd össze lehet szerelni. Ez a megközelítés gyakran költséghatékonyabb, mint egyetlen, magas szintűen összetett alkatrész megmunkálása, amelyhez 5-tengelyes gép és speciális rögzítőkellékek szükségesek.

Okos stratégiák a tűrésekhez, menetekhez és furatokhoz

Míg a nagy méretű geometriai elemek nyilvánvaló költségtényezők, a kisebb részletek, mint például a tűrések, menetek és furatok, váratlanul jelentős hatással lehetnek a végső árra. Ezek az elemek gyakran pontosságot, speciális szerszámokat vagy további gépi műveleteket igényelnek. Az ilyen elemeknél okos tervezési stratégiák alkalmazása elengedhetetlen a költséghatékony gyártásra optimalizált alkatrész kialakításához.

A tűrések meghatározzák egy adott méret esetén elfogadható eltérést. Bár néha szükségesek szigorú tűrések kritikus illesztéseknél, ezeket takarékosan kell megadni. Minél szigorúbb a tűrés, annál több idő, odafigyelés és ellenőrzés szükséges, ami költséget exponenciálisan növeli. Ahogy azt a MakerVerse elmagyarázza, túlságosan szigorú tűrések növekedő szerszámkopáshoz, hosszabb ciklusidőkhöz és magasabb selejtarányhoz vezethetnek. Nem kritikus elemeknél elegendő – és jóval gazdaságosabb – a szabványos gépi tűrésre (általában ±0,125 mm) hagyatkozni.

Hasonlóképpen a furatokat és meneteket szabványosítás szempontjából kell tervezni. A szabványos fúróméretek használata sokkal olcsóbb, mint egy nem szabványos átmérő megadása, amelyhez az anyag lassú marására lenne szükség. Menetek esetén figyelni kell a hosszuk korlátozására. Egy furat átmérőjének 1,5-szeresét meghaladó menethossz alig növeli a szilárdságot, ugyanakkor jelentősen növeli a költségeket. Zárt furatoknál fontos a menetmentes szakasz kialakítása a fenéknél, hogy elegendő hely legyen a menetfúró szerszám számára, csökkentve ezzel a törés kockázatát.

Anyagok és felületkezelések kiválasztása költséghatékonyság szempontjából

Az anyag kiválasztása és a szükséges felületminőség a gépi megmunkálás költségeinek kezelésében végül döntő fontosságú tényezők. Ezek a döntések hatással vannak az alapanyag költségére és a megmunkáláshoz szükséges időre is. Egy olcsó beszerzési árú, de nehezen megmunkálható anyag végül drágább lehet, mint egy magasabb árú, de könnyebben megmunkálható alternatíva.

A szerszámok feldolgozhatóságának minősítése azt mutatja, hogy milyen könnyen vágható. A lágyabb anyagok, mint az Alumínium 6061 és a műanyagok, mint a POM (Delrin) kiváló megmunkálhatóságot mutatnak, ami lehetővé teszi a nagy sebességű vágást és a rövidebb ciklusidőket. Ezzel szemben a nehezebb anyagokat, mint a rozsdamentes acélt vagy a titánt nehezebb vágni, ezért lassabb sebességet igényel, és több szerszám kopást okoz, ami megduplázza vagy megháromszorozza a megmunkálási időt. Ezért, hacsak nem szükséges a nagyszilárdságú ötvözet speciális tulajdonságai, a megmunkálhatóbb anyag kiválasztása rendkívül hatékony költségcsökkentő stratégia.

Egy másik optimalizálási terület a nyersanyag gyártási folyamatának figyelembevétele. A közel nettó alakú nyersdarab, például kovácsolás útján történő előállítása jelentősen csökkentheti a gépi megmunkálással eltávolítandó anyag mennyiségét, így időt takaríthatunk meg és csökkenthetjük a hulladékot. Azok számára, akik az autóipari szektorban tevékenykednek, hasznos lehet szakértők ezen a területen kínált lehetőségeinek feltárása. Robusztus és megbízható autóalkatrészek esetében érdemes vizsgálni a egyedi kovácsolási szolgáltatások a Shaoyi Metal Technology-tól , amely az iparág számára kiváló minőségű melegkovácsolásban specializálódott.

Végül figyelmet kell fordítani a felületi minőségre. A szabványos, "gépelt" felület a legköltséghatékonyabb megoldás. A simább felületek igénybevételéhez további marási menetekre vagy másodlagos műveletekre, például üvegpermetezésre vagy polírozásra van szükség, amelyek mindegyike növeli a költségeket. Ugyanazon alkatrész különböző felületein eltérő felületminőséget előírni még költségesebb, mivel ez árnyékolást és több folyamatot igényel. Egy adott felületminőség csak ott történő alkalmazása, ahol az funkcionálisan szükséges, egyszerű, de hatékony módja a költségek csökkentésének.

Gyakran Ismételt Kérdések

1. Hogyan csökkenthető a CNC megmunkálás költsége?

A CNC megmunkálás költségeinek csökkentése a tervezési optimalizálás, az anyagválasztás és az eljárások egyszerűsítése kombinációját igényli. Főbb stratégiák:

• Geometria egyszerűsítése: Kerülje a bonyolult görbéket, mély zsebeket és vékony falakat.
• Saroklekerekítések alkalmazása: Használjon minél nagyobb lekerekítéseket a belső sarkokon, hogy gyorsabb megmunkálás lehessen.
• Szabványos elemek használata: A furatokat és meneteket szabványos méretűre tervezze, hogy elkerülje az egyedi szerszámok szükségességét.
• Tűrések lazítása: Csak a kritikus jellemzők esetén adjon meg szigorú tűréseket, ahol a funkció ettől függ.
• Gépelhető anyagok választása: Olyan anyagokat válasszon, mint az Alumínium 6061, amelyek gyorsan megmunkálhatók.
• Beállítások minimalizálása: Úgy tervezze a alkatrészeket, hogy minden elemet a lehető legkevesebb gépi pozícióban lehessen elérni.

2. Milyen szempontokat kell figyelembe venni a megmunkált alkatrészek tervezésekor?

A gépi megmunkálásra szánt alkatrészek tervezésének elsődleges szempontjai a gyártási lehetőségek és a költséghatékonyság biztosítása. Ide tartozik az alkatrész geometriájának egyszerűségének és a vágószerszámok általi hozzáférhetőségének értékelése. A tervezőknek figyelembe kell venniük a megmunkálási eljárás korlátait, például a tökéletesen éles belső sarkok létrehozásának lehetetlenségét. További fontos szempontok közé tartozik az anyag kiválasztása a funkcionális igények és a megmunkálhatóság alapján, a megfelelő tűrések alkalmazása, valamint olyan elemek, mint furatok és menetek szabványos előírások szerinti tervezése. Végül a tervezőknek arra kell törekedniük, hogy minimalizálják az alkatrész elkészítéséhez szükséges gépi beállítások számát.