Samaziniet CNC apstrādes izmaksas ar gudru detaļu dizainu

TL;DR

Detaļu dizaina optimizācija, lai samazinātu apstrādes izmaksas, balstās uz Ražošanai paredzēta dizaina (DFM) principiem. Tas ietver detaļu ģeometrijas vienkāršošanu, pietiekami lielu rādiusu pievienošanu iekšējiem stūriem, standarta izmēru izmantošanu urbumiem un vītnēm, kā arī maksimāli atslābinātu toleranču noteikšanu. Arī izdevīgu un viegli apstrādājamu materiālu izvēle ir būtisks strateģisks aspekts, lai minimizētu mašīnu darba laiku, sarežģītību un kopējās izmaksas.

Ražošanai paredzētā dizaina (DFM) pamatprincipi

Pirms pārejat pie konkrētām dizaina izmaiņām, ir svarīgi saprast pamata stratēģiju, kas stāv aiz izmaksu samazināšanas: dizains apstrādei (DFM). DFM ir process, kurā komponenti tiek apzināti projektēti tā, lai tos varētu ražot pēc iespējas efektīvāk un vienkāršāk. Mērķis ir ne tikai minimizēt detaļas apstrādes laiku CNC mašīnā, bet arī visu ražošanas procesa sarežģītību – sākot no sākotnējās iestatīšanas līdz pēdējai pabeigšanai. Katrs lēmums, kas pieņemts projektēšanas fāzē, tieši un bieži vien ievērojami ietekmē galīgās izmaksas.

DFM pamatprincipi balstās uz diviem galveniem mērķiem: samazināt apstrādes laiku un minimizēt operāciju skaitu. Apstrādes laiks bieži vien ir galvenais izmaksu faktors, tāpēc dizaini, kas ļauj ātrākus griezējspārnes ātrumus un mazāk gājienu, vienmēr būs lētāki. To var panākt, izvēloties materiālus ar augstu apstrādājamību vai projektējot elementus, kurus var izveidot ar lielākiem, izturīgākiem rīkiem. Kā detalizēti aprakstīts ceļvedī no Protolabs Network , pat nelielas korekcijas, piemēram, stūra rādiusa palielināšana, ļauj mašīnai darboties ātrāk un efektīvāk.

Vienlīdz svarīgi ir minimizēt mašīnas uzstādījumu skaitu. Uzstādījums attiecas uz katru reizi, kad daļu manuāli jāpārvieto vai jānostiprina jaunā pozīcijā, lai piekļūtu dažādām virsmām. Katrs uzstādījums palielina darbaspēka izmaksas un rada potenciālu kļūdu rašanās iespēju. Sarežģīta detaļa ar elementiem visās sešās pusēs var prasīt sešus atsevišķus uzstādījumus, kas ievērojami palielina tās izmaksas salīdzinājumā ar vienkāršāku detaļu, kurā visus elementus var apstrādāt no vienas virziena. Tāpēc viena no galvenajām DFM stratēģijām ir projektēt detaļas tā, lai tās varētu pabeigt pēc iespējas mazākā uzstādījumu skaitā, vēlams — tikai vienā.

Galvenie ģeometriskie optimizācijas pasākumi izmaksu samazināšanai

Detaļas ģeometrija ir viens no svarīgākajiem faktoriem, kas ietekmē tās apstrādes izmaksas. Sarežģītas formas, dziļas kabatas un smalkas detaļas vispār prasa vairāk laika, speciālu instrumentu un rūpīgu apstrādi, kas palielina cenu. Veicot stratēģiskas optimizācijas detaļas ģeometrijā, inženieri var panākt ievērojamas izmaksu samazināšanu, nekompromitējot funkcionalitāti.

• Pievienojiet pietiekamus rādiusus iekšējos stūros. Visi CNC frēzēšanas rīki ir apaļi, kas nozīmē, ka tie dabiski atstāj rādiusu jebkurā iekšējā stūrī. Mēģināt izveidot asu vai ļoti mazu rādiusu prasa maza diametra rīku, kuram jākustas lēnāk un jāveic vairākas gājieni, palielinot mašīnas darba laiku. Viena vienkārša likumsakarība ir projektēt iekšējo stūru rādiusus vismaz vienu trešdaļu no dobuma dziļuma. Kā to skaidro Protocase , lielāko iespējamo rādiusu izmantošana uzlabo virsmas kvalitāti un samazina izmaksas, ļaujot izmantot lielākus un stabīlākus griešanas rīkus.
• Ierobežojiet dobumu un kabatu dziļumu. Iegriešana dziļos kabatās ir neproporcionāli dārga. Standarta griezējinstrumentiem ir ierobežota griešanas garuma efektivitāte, parasti līdz aptuveni 2-3 reizēm lielākam par to diametru. Lai veiktu dziļākus griezumus, nepieciešami speciāli, garāki instrumenti, kuri ir mazāk stingri un kuru darbināšanai jābūt lēnākā ātrumā, lai izvairītos no vibrācijas un sabojāšanās. Fictiv ieteic saglabāt griezuma dziļumu līdz pieckāršam diametram galvgriezējiem, lai nodrošinātu labu virsmas kvalitāti un zemākas izmaksas.
• Izvairieties no tieviem sienām. Sienas, kas ir plānākas par 0,8 mm metālam vai 1,5 mm plastmasai, ir tendencē vibrēt, mainīt formu un saplīst griešanas procesā. Lai šīs detaļas precīzi izgatavotu, meistaram jāveic vairāki lēni gājieni ar zemu griešanas dziļumu. Ja vien tas nav absolūti nepieciešams detaļas funkcionalitātei, biezāku un stingrāku sienu projektēšana padarīs detaļu stabilāku un ievērojami lētāku ražošanai.
• Vienkāršojiet un apvienojiet elementus. Dizaina sarežģītība tieši ietekmē izmaksas. Simetriskas detaļas ir vieglāk apstrādāt, un samazinot unikālo elementu kopējo skaitu, minimizējas nepieciešamība pēc instrumentu maiņas. Ja detaļai ir sarežģīti elementi, piemēram, dobumi vai caurules uz vairākām virsmām, apsveriet, vai dizainu var sadalīt vairākās vienkāršākās sastāvdaļās, kuras var viegli apstrādāt un pēc tam savienot. Šāds pieeja bieži izrādās izdevīgāka nekā vienas ļoti sarežģītas detaļas apstrāde, kas prasa 5-ass mašīnu un speciālas fiksēšanas ierīces.

Gudras stratēģijas tolerancēm, vītnēm un caurulēm

Kaut arī lieli ģeometriski elementi acīmredzami ietekmē izmaksas, mazi sīkumi, piemēram, tolerances, vītnes un caurules, var negaidīti ievērojami ietekmēt galīgo cenu. Šiem elementiem bieži nepieciešama precizitāte, speciāli rīki vai papildu mašīnapstrādes operācijas. Gudru dizaina stratēģiju pielietošana šiem elementiem ir būtisks solis, lai optimizētu detaļu izmaksu efektīvai ražošanai.

Tolerances nosaka pieļaujamo novirzi konkrētam izmēram. Lai gan šauras tolerances dažreiz ir nepieciešamas kritiskām saskarnēm, tās vajadzētu norādīt ierobežoti. Jo šaurāka tolerance, jo vairāk laika, rūpes un pārbaudes ir nepieciešama, kas eksponenciāli palielina izmaksas. Kā skaidro MakerVerse , pārāk šauras tolerances var izraisīt palielinātu instrumentu nolietojumu, garākas cikla laika ilgstošumu un augstāku biežāku atlikumu likmi. Nekritiskām īpašībām pietiekami un daudz ekonomiskāk ir balstīties uz standarta mašīnas toleranci (parasti ±0,125 mm).

Līdzīgi tam, urbumi un vīti piecas jāprojektē, ņemot vērā standartizāciju. Izmantojot standarta urbu izmērus urbumiem, tie ir daudz lētāki nekā norādot nestandarta diametru, kuru būtu nepieciešams lēni izveidot ar galveno frezi. Attiecībā uz vītnēm to garums jāierobežo. Vītnes iegriešana dziļumā, kas pārsniedz 1,5 reizes urbuma diametru, nodrošina minimālu papildu stiprumu, taču ievērojami palielina izmaksas. Aklajiem urbumiem ir svarīgi projektēt neievītnētu sekciju apakšā, nodrošinot griezējinstrumenta (tapu) brīvumu un samazinot lūzuma risku.

Materiālu un pabeigumu izvēle izmaksu efektivitātei

Materiāla izvēle un nepieciešamais virsmas apdarinājums ir pēdējie, bet ļoti svarīgie apsvērumi, vadoties pēc apstrādes izmaksām. Šie lēmumi ietekmē gan sākotnējo materiāla izmaksas, gan laiku, kas nepieciešams detaļas apstrādei. Materiāls, kas ir lēts iegādei, bet grūti apstrādājams, var būt galarezultātā dārgāks nekā dārgāks, bet vieglāk apstrādājams variants.

Materiāla apstrādājamības rādītājs apraksta, cik viegli to var griezt. Mīkstāki materiāli, piemēram, alumīnijs 6061 un plastmasas, piemēram, POM (Delrins), ir ļoti labi apstrādājami, ļaujot veikt augsta ātruma griešanu un saīsināt ciklu laiku. Savukārt cietāki materiāli, piemēram, nerūsējošais tērauds vai titāns, ir grūtāk griežami, prasot lēnāku ātrumu un izraisot lielāku instrumenta nodilumu, kas divkāršo vai trīskāršo apstrādes laiku. Tāpēc, ja nav nepieciešamas augstas izturības sakausējuma specifiskās īpašības, izvēlēties vieglāk apstrādājamu materiālu ir ļoti efektīva izmaksu samazināšanas stratēģija.

Vēl viena optimizācijas joma ir materiāla заготовки ražošanas process. Izmantojot gandrīz galīgā izmēra заготовki, ko izgatavojusi, piemēram, kausēšanas procesā, var ievērojami samazināt materiāla daudzumu, kas jānoņem ar apstrādi, taupot laiku un samazinot atkritumus. Tiem, kas darbojas automaģistrālē, piemēram, būtu noderīgi izpētīt iespējas no speciālistiem šajā jomā. Robustiem un uzticamiem automaģistrāles komponentiem var izpētīt pasūtījuma kalšanas pakalpojumi no Shaoyi Metal Technology , kas specializējas augstas kvalitātes karstā kausēšanā rūpniecībai.

Visbeidzot, rūpīgi jāapsver virsmas apdares specifikācijas. Standarta "kā apstrādāts" pārklājums ir izdevīgākais variants. Lai iegūtu gludu virsmu, ir vajadzīgi papildu apstrādes procesi vai sekundārie darījumi, piemēram, gredzenu sprādziens vai poliranje, kas katrs palielina izmaksas. Atšķirīgu virsmu noteikšana vienā un tajā pašā detaļai ir vēl dārgāka, jo tas ietver maskēšanu un vairākas procedūras. Lai samazinātu izmaksas, ir vienkāršs, bet efektīvs veids, kā izmantot tikai to, kas ir nepieciešami, lai to pabeigtu.

Bieži uzdotie jautājumi

1. Kā samazināt CNC apstrādes izmaksas?

CNC apstrādes izmaksu samazināšana ietver dizaina optimizācijas, materiālu izvēles un procesa vienkāršošanas kombināciju. Galvenās stratēģijas ir:

• Geometrija vienkāršošana: Izvairieties no sarežģītiem virzieniem, dziļiem maisiņiem un smalkiem sieniem.
• Pievienojiet stūrveida radiju: Izmantojiet lielākos radijus iekšējos stūros, lai nodrošinātu ātrāku apstrādi.
• Izmanto standartfunkcijas: Projektujiet caurumus un stieņus standartvērtībām, lai izvairītos no nepieciešamības pēc individuāliem rīkiem.
• Atlaidības: Pienākumi, kas noteikti, lai noteiktu ierobežotas pielaides, ir tikai attiecībā uz kritiskām īpašībām, no kurām atkarīga funkcionalitāte.
• Izvēlieties apstrādājamas materiālus: Izvēlieties materiālus, piemēram, alumīnija 6061, ko var ātri nogaidīt.
• Minimizēt iestatījumus: Izstrādājiet detaļas tā, lai visas funkcijas varētu tikt izmantotas pēc iespējas mazākas mašīnas orientācijas.

2. Kādi ir apstrādātu daļu konstrukcijas apsvērumi?

Galvenā konstrukcijas apsvērumi apstrādātu daļu projektēšanā ir vērsti uz ražīguma un izmaksu efektivitātes nodrošināšanu. Tas ietver daļas geometrijas novērtēšanu, lai noteiktu vienkāršību un pieejamību, izmantojot stiepļu gabaliņus. Dizainerim ir jāņem vērā apstrādes procesa ierobežojumi, piemēram, nespēja radīt pilnīgi stingrus iekšējos stūrus. Citi galvenie apsvērumi ir materiālu izvēle, kas balstīta gan uz funkcionālajām prasībām, gan uz apstrādes spēju, atbilstīgu pielaides piemērošanu un tādu funkciju izstrādi kā caurumi un šķiedras, kas atbilst standarta specifikācijām. Visbeidzot, projektētājiem būtu jācenšas samazināt līdz minimumam mašīnas uzstādīšanas skaitu, kas vajadzīga, lai pabeigtu daļu.