STRESZCZENIE

Obróbka CNC jest często kluczowym procesem wtórnym stosowanym w odlewnictwie pod ciśnieniem, aby osiągnąć precyzję, której nie można uzyskać samym odlewaniem. Choć odlewanie pod ciśnieniem doskonale nadaje się do produkcji złożonych elementów o końcowym kształcie w dużych partiach i przy niskim koszcie jednostkowym, to obróbka CNC zapewnia końcowe detale o wysokiej dokładności, takie jak gwintowane otwory czy gładkie powierzchnie stykowe. Decyzja o użyciu jednej lub obu tych metod zależy od kompromisu: odlewanie pod ciśnieniem służy masowej produkcji, natomiast obróbka CNC dodaje niezbędną precyzję, ale wiąże się z wyższym kosztem.

Obróbka CNC a odlewanie pod ciśnieniem: porównanie

Zrozumienie podstawowych różnic między obróbką CNC a odlewaniem pod ciśnieniem jest podstawą dla każdego zespołu inżynieryjnego lub projektowego. Te dwie metody produkcyjne reprezentują odmienne podejścia do obróbki metali: jedna polega na usuwaniu materiału, a druga na formowaniu go ze stanu ciekłego. Wybór odpowiedniej metody zależy całkowicie od wymagań projektu dotyczących wielkości partii, kosztów, szybkości i precyzji.

Obróbka CNC (Computer Numerical Control) to proces ubytkowy . Rozpoczyna się od solidnego bloku materiału (tzw. przedmiotu wyjściowego) i wykorzystuje sterowane komputerowo narzędzia tnące, takie jak frezarki, wiertarki i tokarki, aby warstwa po warstwie usuwać materiał, aż do uzyskania gotowego elementu. Jak opisano przez Zetwerk , proces ten jest zautomatyzowany za pomocą programu komputerowego, co zapewnia wysoką dokładność i powtarzalność. Ta metoda charakteryzuje się dużą uniwersalnością i może być stosowana z szerokim zakresem materiałów, co czyni ją idealną dla prototypów oraz produkcji małej i średniej serii, gdzie kluczowa jest precyzja.

W przeciwieństwie do tego, odlewanie pod ciśnieniem to proces formowania . Proces ten polega na stapianiu metali nieżelaznych, takich jak aluminium czy cynk, a następnie wtryskiwaniu stopionego materiału pod wysokim ciśnieniem do specjalnie wykonanej stalowej formy, zwanej matrycą. Gdy metal ostygnie i stwardnieje, matryca jest otwierana, a detal jest wyrzucany. Ta metoda jest niezwykle efektywna przy produkcji dużych ilości identycznych części o złożonych kształtach. Choć początkowy koszt wytworzenia matrycy może być znaczny, to koszt pojedynczej sztuki znacznie spada przy dużych seriach, co czyni ten sposób produkcji powszechnie stosowanym w przemyśle konsumenckim i motoryzacyjnym.

Choć odlewanie pod ciśnieniem i obróbka CNC są często porównywane, inne metody, takie jak kucie, odgrywają kluczową rolę w produkcji. Na przykład firmy takie jak Shaoyi (Ningbo) Metal Technology specjalizują się w kuciu automotive, innym procesie kształtowania metalu za pomocą sił ściskających, idealnym do tworzenia niezwykle wytrzymałych i trwałe komponenty. Zrozumienie pełnej gamy opcji produkcyjnych zapewnia wybór najlepszego procesu dla konkretnych wymagań eksploatacyjnych danej części.

Synergia: stosowanie obróbki CNC jako procesu wykańczającego dla odlewów metodą ciśnieniową

Chociaż często przedstawia się je jako metody konkurencyjne, obróbka CNC i odlewanie metodą ciśnieniową są najczęściej partnerami w sekwencyjnym procesie produkcyjnym. Wiele komponentów o wysokiej wydajności wykorzystuje zalety obu technologii. Proces zaczyna się od odlewania ciśnieniowego, które efektywnie tworzy główny, złożony kształt części (tzw. kształt bliski gotowemu), a następnie przechodzi do obróbki CNC, która wykonuje detale wykończeniowe wymagające większej precyzji, niż potrafi osiągnąć sama metoda odlewnicza.

Jak wyjaśniono przez G&M Die Casting , to podejście hybrydowe stanowi rozwiązanie typu single-source do tworzenia gotowych do montażu elementów. Odlewanie pod ciśnieniem pozwala na wytwarzanie cech z tolerancjami rzędu ±0,005 cala, co jest wystarczające dla wielu zastosowań. Jednak gdy projekt wymaga mniejszych tolerancji, idealnie płaskich powierzchni stykających się lub złożonych cech, takich jak gwintowane otwory, konieczne jest przetwarzanie wtórne. W tym momencie przejmują centra CNC, doprowadzając odlewany pod ciśnieniem detal do dokładnych specyfikacji.

To synergiczne połączenie pozwala producentom osiągnąć najlepsze z obu światów: opłacalność i szybkość masowego odlewania pod ciśnieniem dla głównej części detalu, połączone z precyzją operacyjną obróbki CNC dla jego najbardziej krytycznych cech. Zapewnia to zarówno opłacalność, jak i sprawność funkcjonalną.

Typowe wtórne operacje obróbki CNC na elementach odlewanych pod ciśnieniem obejmują:

• Wiercenie i wkręcanie: Tworzenie precyzyjnych gwintowanych otworów na śruby i bolce.
• Frezowanie: Obróbkę płaskich powierzchni pod uszczelki lub do łączenia z innymi komponentami.
• Wiercenie: Tworzenie idealnie okrągłych i dokładnie umieszczonych otworów na łożyska lub wały.
• Tornictwo: Obróbka elementów walcowych z zachowaniem ścisłych tolerancji średnicowych.
• Tworzenie rowków pod uszczelki O-ring: Obróbka precyzyjnych kanałów na uszczelki w celu zapobiegania wyciekom.

Kluczowe zagadnienia dotyczące obróbki komponentów odlewanych metodą tlenkową

Obróbka części odlanej nie polega na tym samym, co obróbka litego bloku materiału. Proces odlewania wprowadza unikalne cechy materiałowe i wyzwania, które inżynierowie i operatorzy obrabiarek muszą wziąć pod uwagę, aby zapewnić sukces. Prawidłowe planowanie i technika są niezbędne, aby nie uszkodzić części ani nie naruszyć jej integralności.

Jednym z głównych wyzwań jest porowatość materiału . Mikroskopijne pęcherzyki gazu mogą czasem powstawać wewnątrz odlewu podczas krzepnięcia stopionego metalu. Gdy narzędzie tnące napotka takie wolne przestrzenie, może to prowadzić do złej jakości powierzchni lub nawet do uszkodzenia narzędzia. Operatorzy obrabiarek muszą stosować ostre narzędzia oraz zoptymalizowane parametry skrawania, aby zminimalizować skutki porowatości. Innym kluczowym czynnikiem jest uchwytowanie , lub mocowanie. Części odlewane metodą ciśnieniową są wytwarzane w kształcie zbliżonym do gotowego produktu, często złożonym, o nieregularnych powierzchniach i cienkich ściankach. Zwykle wymagane jest specjalne przyrządzenie, aby bezpiecznie i powtarzalnie zamocować element bez jego odkształcenia lub uszkodzenia podczas procesu obróbki.

Dodatkowo, stopy stosowane w odlewaniu ciśnieniowym, takie jak aluminium A380, mają inne właściwości niż typowe stopy prętowe, np. aluminium 6061. Odlewnicze aluminium często zawiera więcej krzemu, co czyni je bardziej ściernym i przyspiesza zużycie narzędzi. Do efektywnej obróbki często konieczne są specjalistyczne powłoki i geometrie narzędzi.

Zalecane metody obróbki komponentów odlewanych ciśnieniowo obejmują:

• Stosuj ostre, powlekane narzędzia: Często zaleca się zastosowanie polikrystalicznego diamentu (PCD) lub węglików spiekanych z powłoką, aby zapewnić odporność na ścieranie spowodowane stopami aluminium o wysokiej zawartości krzemu.
• Optymalizuj prędkości i posuwy: Parametry skrawania należy dokładnie kontrolować, aby zapobiec topnieniu stopów o niskiej temperaturze oraz uzyskać czyste cięcie bez rozciągania materiału.
• Zastosuj odpowiednie zamocowanie przedmiotu: Projektuj oprzyrządowanie wspierające unikalną geometrię detalu, mocując się do wytrzymałych i stabilnych obszarów, aby zapobiec odkształceniom lub uszkodzeniom.
• Efektywne usuwanie wiórów: Stosuj silne dmuchawy powietrzem lub minimalne ilości chłodziwa do usuwania wiórów, ponieważ tradycyjne chłodzenie zalewowe może czasem przeniknąć do porów materiału i powodować problemy w przyszłości.

Analiza kosztów: Kiedy bardziej opłacalne jest odlewanie matrycowe + CNC?

Decyzja między samym frezowaniem CNC a połączonym procesem odlewania matrycowego i obróbki skrawaniem zależy niemal zawsze od wielkości produkcji i kosztów. Chociaż obróbka CNC oferuje elastyczność i pozwala uniknąć wysokich początkowych kosztów form, odlewanie matrycowe zapewnia nieosiągalną wydajność przy dużych seriach. Zrozumienie punktu przełomowego kosztów jest kluczowe dla podjęcia uzasadnionej finansowo decyzji w projekcie produkcyjnym.

Dla małych serii, takich jak prototypy lub serie kilkuset sztuk, obróbka CNC jest niemal zawsze tańsza. W miarę jak SyBridge Technologies wskazuje, że nie ma potrzeby inwestowania dziesiątek tysięcy dolarów w stalową formę. Koszt jest przede wszystkim uzależniony od czasu pracy maszyny i materiału. Jednak koszt na sztukę pozostaje stosunkowo stały, niezależnie od liczby produkowanych jednostek. Odlewanie w matrycach natomiast wiąże się z bardzo wysokimi początkowymi kosztami związanymi z zaprojektowaniem i wykonaniem formy. Ale gdy już narzędzie zostanie wyprodukowane, poszczególne elementy mogą być wytwarzane za ułamek dolara pod względem materiału i czasu cyklu.

Przekonująca analiza przypadku z Dynacast podkreśla ten kompromis. W przypadku kamery Light L16 produkcja skomplikowanego chassis metodą frezowania CNC była pięciokrotnie droższa niż odlewanie w matrycach. Dla produktu kierowanego do szerokiego rynku konsumenckiego różnica cenowa uczyniła obróbkę CNC niewykonalną dla produkcji na dużą skalę. Początkowa inwestycja w formę została szybko zrekompensowana ogromnymi oszczędnościami w koszcie pojedynczej sztuki, co uczyniło podejście hybrydowe jedyną realną drogą naprzód.

Ogólnie rzecz biorąc, próg, powyżej którego odlewanie pod ciśnieniem staje się bardziej opłacalne, zazwyczaj zawiera się między 2000 a 5000 sztuk. Poniżej tego zakresu koszt form jest zbyt wysoki, aby się opłacał. Powyżej tej liczby niski koszt pojedynczej części przy odlewaniu pod ciśnieniem generuje znaczne oszczędności narastające wraz z każdą wyprodukowaną jednostką, co czyni tę metodę jasnym wyborem dla produkcji masowej.

Często zadawane pytania

1. Jaka jest różnica między obróbką CNC a odlewaniem pod ciśnieniem?

Obróbka CNC to proces ubytkowy, w którym zaczyna się od solidnego bloku materiału, który jest następnie frezowany w celu uzyskania gotowego elementu. Odlewanie pod ciśnieniem to proces formowania, w którym stopione metalowe wprowadza się pod ciśnieniem do stalowej formy (matrycy), by ukształtować detal. CNC najlepiej sprawdza się przy produkcji małych i średnich serii oraz tam, gdzie wymagana jest wysoka precyzja, natomiast odlewanie pod ciśnieniem jest idealne do produkcji dużych partii skomplikowanych detali przy niskim koszcie jednostkowym.

2. Jakie są 7 głównych części tokarki CNC?

Główne komponenty typowej maszyny CNC obejmują Jednostkę Sterującą Maszyną (MCU), która jest mózgiem systemu; Urządzenia Wejściowe do wczytywania programu; System Napędowy z silnikami do przesuwania osi; Samą Maszynę Technologiczną (np. wrzeciono i narzędzia tnące); System Sprzężenia Zwrotnego zapewniający dokładność; Łóżko i Stół, które tworzą strukturę maszyny; oraz System Chłodzenia do zarządzania ciepłem.

3. Czy odlewanie pod ciśnieniem jest tańsze niż frezowanie CNC?

To zależy od wielkości produkcji. Dla małych ilości (prototypy do kilku tysięcy sztuk) obróbka CNC jest tańsza, ponieważ unika się wysokich kosztów wstępnych związanych z wykonaniem formy. Jednak dla dużych serii produkcyjnych (zazwyczaj powyżej 5000 sztuk) odlewanie pod ciśnieniem staje się znacznie bardziej opłacalne ze względu na bardzo niski koszt pojedynczej sztuki, który szybko rekompensuje początkowe inwestycje w oprzyrządowanie.