Verlaag CNC-Bewerkingskosten met Slim Onderdeelontwerp

TL;DR

Het optimaliseren van het onderdeelontwerp om bewerkingskosten te verlagen, is gebaseerd op de toepassing van ontwerpprincipes voor bewerkbaarheid (DFM). Dit omvat het vereenvoudigen van de geometrie van het onderdeel, het toevoegen van voldoende grote radii aan inwendige hoeken, het gebruik van standaardmaten voor gaten en schroefdraden, en het specificeren van ruime toleranties waar mogelijk. Het selecteren van kosteneffectieve, goed bewerkbare materialen is ook een cruciale strategie om machine-uren, complexiteit en totale kosten te minimaliseren.

De kernprincipes van ontwerp voor bewerkbaarheid (DFM)

Voordat we ingaan op specifieke ontwerpveranderingen, is het essentieel om de basisstrategie achter kostenreductie te begrijpen: Ontwerpen voor Bewerkbaarheid (DFM). DFM is het proces waarbij componenten bewust worden ontworpen zodat ze op de meest efficiënte en eenvoudige manier kunnen worden vervaardigd. Het doel is niet alleen de tijd die een onderdeel op een CNC-machine doorbrengt te minimaliseren, maar ook de complexiteit van het gehele productieproces, vanaf de initiële instelling tot en met de afwerking. Elk besluit dat tijdens de ontwerpfase wordt genomen, heeft een directe en vaak aanzienlijke invloed op de uiteindelijke kosten.

De kernprincipes van DFM draaien om twee belangrijke doelstellingen: het verminderen van de bewerktijd en het minimaliseren van het aantal operaties. Bewerktijd is vaak de belangrijkste kostenfactor, dus ontwerpen die snellere snijprocessen en minder passes mogelijk maken, zijn altijd goedkoper. Dit kan worden bereikt door materialen met een hoge bewerkbaarheid te kiezen of door functies te ontwerpen die kunnen worden gemaakt met grotere, robuustere gereedschappen. Zoals uitgelegd in een handleiding van Protolabs Network , zelfs kleine aanpassingen, zoals het vergroten van een hoekstraal, kunnen ervoor zorgen dat een machine sneller en efficiënter kan draaien.

Even belangrijk is het minimaliseren van het aantal machine-opstellingen. Een opstelling verwijst naar elk moment dat een onderdeel handmatig moet worden verplaatst of opnieuw vastgezet om toegang te krijgen tot verschillende zijden. Elke opstelling voegt arbeidskosten toe en brengt een mogelijkheid voor fouten met zich mee. Een complex onderdeel met functionaliteiten aan alle zes de zijden zou zes afzonderlijke opstellingen kunnen vereisen, wat de kosten aanzienlijk verhoogt in vergelijking met een eenvoudiger onderdeel waarbij alle functionaliteiten vanuit één richting kunnen worden bewerkt. Een belangrijke DFM-strategie is daarom het ontwerpen van onderdelen die in zo min mogelijk opstellingen kunnen worden voltooid, bij voorkeur slechts één.

Belangrijke geometrische optimalisaties om kosten te verlagen

De geometrie van een onderdeel is een van de belangrijkste factoren die invloed hebben op de bewerkingskosten. Complexe vormen, diepe uitsparing en fijne details vereisen allemaal meer tijd, gespecialiseerde gereedschappen en voorzichtig hanteren, wat de prijs verhoogt. Door strategische optimalisaties aan te brengen in de geometrie van het onderdeel, kunnen ingenieurs aanzienlijke kostenbesparingen realiseren zonder afbreuk te doen aan de functionaliteit.

• Voeg royale radii toe aan binnenhoeken. Alle CNC-freesgereedschappen zijn rond, wat betekent dat ze van nature een radius achterlaten in elke binnenhoek. Het proberen te maken van een scherpe of zeer kleine radius vereist een gereedschap met een kleine diameter, dat traag moet bewegen en meerdere malen moet passeren, waardoor de machine tijd vergroot. Een eenvoudige regel is om binnenhoekradii minstens een derde van de diepte van de uitsparing te maken. Zoals Protocase uitlegt , verbetert het gebruik van zo groot mogelijke radii de oppervlakteafwerking en verlaagt het de kosten doordat grotere, stabieler snijgereedschappen kunnen worden gebruikt.
• Beperk de diepte van uitsparingen en zakken. Diepe zakken frezen is onevenredig duur. Standaard freesgereedschap heeft een beperkte snijlengte, doorgaans effectief tot een diepte van ongeveer 2-3 keer de diameter. Hoewel diepere sneden mogelijk zijn, zijn daar speciale, langere gereedschappen voor nodig die minder stijf zijn en op lagere snelheden moeten draaien om trillingen en breuk te voorkomen. Fictiv raadt aan de snedediepte binnen vijf keer de diameter van het gereedschap te houden voor eindfrezen, om zo een goede afwerking en lagere kosten te garanderen.
• Vermijd dunne wanden. Wanden dunner dan 0,8 mm voor metaal of 1,5 mm voor kunststof zijn gevoelig voor trillingen, warpen en breuk tijdens het frezen. Om deze onderdelen nauwkeurig te maken, moet een machinist meerdere langzame passes uitvoeren met een geringe snedediepte. Tenzij het absoluut noodzakelijk is voor de functie van het onderdeel, zorgt het ontwerpen van dikkere, stijfere wanden ervoor dat het onderdeel stabiel is en aanzienlijk goedkoper in productie.
• Vereenvoudig en consolideer kenmerken. De complexiteit van een ontwerp heeft rechtstreeks invloed op de kosten. Symmetrische onderdelen zijn gemakkelijker te bewerken, en het verminderen van het totale aantal unieke kenmerken vermindert de noodzaak van gereedschapswisselingen. Als een onderdeel complexe kenmerken heeft, zoals uitsparingen of gaten op meerdere vlakken, overweeg dan of het ontwerp kan worden opgesplitst in meerdere eenvoudigere componenten die gemakkelijk kunnen worden bewerkt en daarna geassembleerd. Deze aanpak blijkt vaak kosteneffectiever dan het bewerken van één zeer complex onderdeel dat een 5-assige machine en speciale bevestigingsmiddelen vereist.

Slimme strategieën voor toleranties, schroefdraden en gaten

Hoewel grote geometrische kenmerken duidelijke kostenverhogers zijn, kunnen kleine details zoals toleranties, schroefdraden en gaten een onverwacht grote invloed hebben op de uiteindelijke prijs. Deze kenmerken vereisen vaak precisie, gespecialiseerde gereedschappen of extra machinebewerkingen. Het toepassen van slimme ontwerpstategieën op deze elementen is een cruciale stap om een onderdeel te optimaliseren voor kosteneffectieve productie.

Toleranties bepalen de toelaatbare afwijking voor een specifieke afmeting. Hoewel strakke toleranties soms noodzakelijk zijn voor kritieke verbindingen, moeten ze spaarzaam worden gespecificeerd. Hoe strakker de tolerantie, hoe meer tijd, zorg en inspectie nodig zijn, wat de kosten exponentieel verhoogt. Zoals uitgelegd door MakerVerse , kunnen buitensporig strakke toleranties leiden tot verminderde gereedschapslevensduur, langere cyclusstijden en een hoger uitvalpercentage. Voor niet-kritieke onderdelen is het gebruik van de standaard machinetolerantie (meestal ±0,125 mm) voldoende en veel kosteneffectiever.

Op dezelfde manier moeten gaten en schroefdraden worden ontworpen met normalisatie in gedachten. Het gebruik van standaard boorafmetingen voor gaten is veel goedkoper dan het specificeren van een niet-genormaliseerde diameter, wat zou vereisen dat een frees langzaam het gat aanmaakt. Wat betreft schroefdraden, moet hun lengte beperkt blijven. Een draadinkeping van meer dan 1,5 keer de gatdiameter levert weinig extra sterkte op, maar voegt aanzienlijke kosten toe. Bij dode gaten is het ook belangrijk om een ongedraad gedeelte aan de onderkant te ontwerpen, zodat de tap voldoende vrijheid heeft en het risico op breuk wordt verlaagd.

Materialen en afwerking kiezen voor kosten-effectiviteit

De keuze van materiaal en de vereiste oppervlakteafwerking zijn uiteindelijke, cruciale overwegingen bij het beheersen van bewerkingskosten. Deze beslissingen beïnvloeden zowel de kosten van het grondmateriaal als de tijd die nodig is om het onderdeel te bewerken. Een materiaal dat goedkoop is om te kopen maar moeilijk te bewerken, kan uiteindelijk duurder uitvallen dan een duurder, maar beter machinabel alternatief.

De bewerkbaarheid van een materiaal beschrijft hoe gemakkelijk het kan worden gesneden. Zachtere materialen zoals Aluminium 6061 en kunststoffen zoals POM (Delrin) hebben een uitstekende bewerkbaarheid, waardoor snijden met hoge snelheid en kortere cyclus tijden mogelijk zijn. In tegenstelling daartoe zijn hardere materialen zoals roestvrij staal of titaan moeilijker te snijden, wat langzamere snelheden vereist en meer slijtage aan gereedschap veroorzaakt, waardoor de bewerktijd verdubbelt of verdrievoudigt. Daarom is het kiezen van een beter bewerkbaar materiaal een zeer effectieve kostenbesparingsstrategie, tenzij de specifieke eigenschappen van een hoogwaardige legering vereist zijn.

Een ander gebied voor optimalisatie is het overwegen van het productieproces van de materiaalgrond vorm zelf. Het gebruik van een nagenoeg nettoprofiel, gemaakt via een proces zoals smeden, kan aanzienlijk verminderen hoeveel materiaal er door middel van verspaning moet worden verwijderd, wat tijd bespaart en afval reduceert. Voor bedrijven in de automobielsector kan het daarom voordelig zijn om opties te verkennen bij specialisten op dit gebied. Voor robuuste en betrouwbare auto-onderdelen kunt u de op maat gemaakte smeeddiensten van Shaoyi Metal Technology , die gespecialiseerd is in hoogwaardig heetgesmede onderdelen voor de industrie.

Tot slot moeten specificaties voor oppervlakteafwerking zorgvuldig worden overwogen. De standaard "as machined" afwerking is de meest kosteneffectieve optie. Het aanvragen van gladdere afwerkingen vereist extra freesbewerkingen of secundaire bewerkingen zoals stralen met kogels of polijsten, wat iedermaal kosten toevoegt. Het specificeren van verschillende afwerkingen op diverse oppervlakken van hetzelfde onderdeel is nog duurder, omdat dit maskeren en meerdere processen inhoudt. Het toepassen van een specifieke afwerking alleen waar deze functioneel noodzakelijk is, is een eenvoudige maar effectieve manier om de kosten laag te houden.

Veelgestelde Vragen

1. Hoe kun je de kosten van CNC-bewerking verlagen?

Het verlagen van de kosten van CNC-bewerking houdt in dat ontwerpoptimalisatie, materiaalkeuze en procesvereenvoudiging gecombineerd worden. Belangrijke strategieën zijn:

• Vereenvoudig geometrie: Vermijd complexe curves, diepe uitsnijdingen en dunne wanden.
• Voeg hoekafkantingen toe: Gebruik zo groot mogelijke radii op inwendige hoeken om snellere bewerking mogelijk te maken.
• Gebruik standaardonderdelen: Ontwerp gaten en schroefdraaden in standaardmaten om te voorkomen dat er speciaal gereedschap nodig is.
• Verlichte toleranties: Geef alleen nauwe toleranties op voor kritieke kenmerken waar de functionaliteit van afhangt.
• Kies bewerkbare materialen: Selecteer materialen zoals Aluminium 6061 die snel kunnen worden bewerkt.
• Minimaliseer opspanningen: Ontwerp onderdelen zodanig dat alle kenmerken toegankelijk zijn in zo min mogelijk machine-oriëntaties.

2. Wat zijn de ontwerpnormen voor het ontwerpen van geslepen onderdelen?

De belangrijkste ontwerpnormen voor geslepen onderdelen richten zich op de haalbaarheid van productie en kosten-effectiviteit. Dit omvat het beoordelen van de geometrie van het onderdeel op eenvoud en toegankelijkheid voor snijgereedschappen. Ontwerpers moeten rekening houden met de beperkingen van het freesproces, zoals de onmogelijkheid om perfect scherpe inwendige hoeken te maken. Andere belangrijke aspecten zijn materiaalkeuze op basis van functionele vereisten en bewerkbaarheid, correcte toepassing van toleranties, en het ontwerpen van elementen zoals gaten en schroefdraden volgens standaardspecificaties. Ten slotte moeten ontwerpers streven naar minimalisering van het aantal benodigde machine-instellingen om het onderdeel te voltooien.