REZUMAT

Prelucrarea CNC este adesea un proces secundar esențial aplicat componentelor turnate sub presiune pentru a obține precizia pe care turnarea singură nu o poate asigura. Deși turnarea sub presiune se remarcă prin capacitatea de a produce piese complexe, aproape definitive, în volume mari și la un cost unitar scăzut, prelucrarea CNC oferă caracteristici finale cu toleranțe strânse, cum ar fi găuri filetate și suprafețe de îmbinare netede. Decizia de a utiliza una dintre metode sau o combinație a ambelor depinde de un compromis: turnarea sub presiune este potrivită pentru producția de masă, în timp ce prelucrarea CNC adaugă precizie esențială, dar cu un cost suplimentar.

Prelucrarea CNC vs. Turnarea sub presiune: O comparație directă

Înțelegerea diferențelor fundamentale dintre prelucrarea CNC și turnarea sub presiune este esențială pentru orice echipă de inginerie sau de produs. Aceste două metode de fabricație reprezintă abordări distincte ale prelucrării metalelor: una îndepărtează materialul, iar cealaltă îl modelează dintr-o stare topită. Alegerea celei potrivite depinde în totalitate de cerințele proiectului privind volumul, costul, viteza și precizia.

Prelucrarea CNC (Computer Numerical Control) este un proces substractiv . Începe cu un bloc solid de material (bucată lingou) și utilizează scule de tăiere controlate de calculator—cum ar fi mașinile de frezat, găurit și strunguri—pentru a îndepărta material strat cu strat până când piesa finală este formată. Așa cum este descris de Zetwerk , procesul este automatizat de un program de calculator, asigurând o precizie și reproductibilitate ridicate. Această metodă este foarte versatilă și poate lucra cu o gamă largă de materiale, făcând-o ideală pentru prototipuri și producții de volum mic la mediu unde precizia este esențială.

În schimb, turnarea în forme (die casting) este un proces de modelare . Aceasta presupune topirea metalelor neferoase, cum ar fi aluminiul sau zincul, și injectarea materialului topit într-o formă specială din oțel, cunoscută sub numele de matriță, la presiune ridicată. Odată ce metalul se răcește și se solidifică, matrița este deschisă, iar piesa este ejectată. Această metodă este extrem de eficientă pentru producerea unor cantități mari de piese identice cu geometrii complexe. Deși investiția inițială pentru realizarea matriței poate fi semnificativă, costul pe piesă scade considerabil la volume mari, făcându-l o soluție preferată pentru producția de serie în industria consumer și cea auto.

Deși turnarea sub presiune și prelucrarea CNC sunt adesea comparate, alte metode precum forjarea joacă, de asemenea, un rol esențial în fabricație. De exemplu, companii precum Shaoyi (Ningbo) Metal Technology se specializează în forjarea auto, un alt proces care modelează metalul folosind forțe de compresiune, ideal pentru crearea componentelor excepțional de rezistente și durabile. Înțelegerea întregului spectru de opțiuni de fabricație asigură alegerea celui mai potrivit proces pentru cerințele specifice de performanță ale unei piese.

Sinergia: Utilizarea prelucrării CNC ca proces de finisare pentru turnarea în forme

Deși adesea prezentate ca metode concurente, prelucrarea CNC și turnarea în forme sunt deseori parteneri într-un proces secvențial de fabricație. Multe componente de înaltă performanță valorifică avantajele ambelor metode. Procesul începe cu turnarea în forme pentru a crea eficient forma principală, complexă a piesei (forma apropiată de cea finală), urmând apoi prelucrarea CNC pentru finisări care necesită un grad mai mare de precizie decât poate fi realizat prin turnare singură.

După cum a explicat G&M Die Casting , această abordare hibridă reprezintă o soluție unică pentru crearea de piese gata de asamblare. Turnarea sub presiune poate produce elemente cu toleranțe de aproximativ ±0,005 inchi, ceea ce este suficient pentru multe aplicații. Totuși, atunci când un design necesită toleranțe mai strânse, suprafețe de îmbinare perfect plane sau caracteristici complexe precum găuri filetate, prelucrarea secundară prin așchiere este necesară. Aici intervin centrele CNC, care rafinează piesa turnată pentru a satisface exact specificațiile.

Această relație sinergică permite producătorilor să obțină avantajele ambeleor metode: eficiența și viteza ridicată a turnării sub presiune în serie pentru corpul principal al piesei, combinate cu precizia chirurgicală a prelucrării CNC pentru cele mai critice caracteristici ale acesteia. Acest lucru asigură atât viabilitatea economică, cât și performanța funcțională.

Operațiunile comune de prelucrare secundară CNC efectuate pe piese turnate includ:

• Perforare și tarit: Crearea de găuri filetate precise pentru șuruburi și buloane.
• Frezare: Prelucrarea suprafețelor plane pentru garnituri sau îmbinarea cu alte componente.
• Alezare: Crearea unor găuri perfect rotunde și precis poziționate pentru rulmenți sau arbori.
• Tornarea: Prelucrarea caracteristicilor cilindrice la toleranțe strânse ale diametrului.
• Crearea canalelor pentru inele O-ring: Prelucrarea canalelor precise pentru garnituri, pentru a preveni scurgerile.

Considerații importante privind prelucrarea componentelor turnate sub presiune

Prelucrarea unei piese turnate nu este același lucru cu prelucrarea unui bloc masiv de material laminat. Procesul de turnare introduce caracteristici unice ale materialului și provocări pe care inginerii și operatorii le trebuie să le ia în considerare pentru a asigura un rezultat de succes. O planificare corectă și o tehnică adecvată sunt esențiale pentru a evita deteriorarea piesei sau compromiterea integrității acesteia.

Una dintre principalele provocări este porozitatea materialului . Pocnițe microscopice de gaz pot apărea uneori în interiorul unei turnări atunci când metalul topit se solidifică. Când un scul de tăiere întâlnește aceste goluri, poate duce la o finisare slabă a suprafeței sau chiar la ruperea sculei. Operatorii trebuie să folosească scule ascuțite și parametri optimizați de tăiere pentru a atenua efectele porozității. Un alt factor critic este fixarea piesei , sau fixare. Părțile turnate sub presiune sunt create într-o formă aproape finită, adesea cu suprafețe complexe, neuniforme și pereți subțiri. De obicei, este necesar un dispozitiv personalizat pentru a fixa piesa în mod sigur și reproductibil, fără a o deforma sau deteriora în timpul procesului de prelucrare mecanică.

În plus, aliajele utilizate în turnarea sub presiune, cum ar fi aluminiul A380, au proprietăți diferite față de aliajele comune din lingouri, precum aluminiul 6061. Aluminiul turnat are adesea un conținut mai ridicat de siliciu, ceea ce îl face mai abraziv și determină o uzură mai rapidă a sculelor. Sunt adesea necesare acoperiri și geometrii specializate ale sculelor pentru o prelucrare eficientă.

Practicile recomandate pentru prelucrarea mecanică a componentelor turnate includ:

• Utilizați scule ascuțite, cu acoperire: Sculele din carbură policristalină (PCD) sau din carbură cu acoperire sunt adesea recomandate pentru a rezista naturii abrasive a aliajelor de aluminiu cu conținut ridicat de siliciu.
• Optimizați vitezele și avansurile: Parametrii de tăiere trebuie controlați cu atenție pentru a preveni topirea aliajelor cu temperatură scăzută și pentru a obține o tăiere curată, fără etalarea materialului.
• Implementați un fixtaj corespunzător: Proiectați dispozitive care să susțină geometria unică a piesei, fixând pe zone puternice și stabile pentru a preveni deformațiile sau deteriorările.
• Gestionarea așchiilor eficientă: Utilizați jeturi de aer la presiune înaltă sau cantități minime de lichid de răcire pentru a elimina așchiile, deoarece lichidul de răcire tradițional poate uneori pătrunde în porozitatea materialului și poate cauza probleme ulterioare.

Analiza costurilor: Când este turnarea în forme + CNC mai rentabilă?

Decizia dintre prelucrarea CNC separată și procesul combinat de turnare în forme și prelucrare mecanică este determinată aproape întotdeauna de volumul producției și de costuri. Deși prelucrarea CNC oferă flexibilitate și evită costurile ridicate inițiale ale matrițelor, turnarea în forme asigură o eficiență incomparabilă la scară mare. Înțelegerea punctului de echivalență a costurilor este esențială pentru luarea unei decizii financiare corecte într-un proiect de fabricație.

Pentru volume mici, cum ar fi prototipuri sau serii de câteva sute de piese, prelucrarea CNC este aproape întotdeauna mai ieftină. Pe măsură ce SyBridge Technologies subliniază faptul că nu este nevoie să investești zeci de mii de dolari într-o matriță din oțel. Costul este determinat în principal de timpul mașinii și de material. Cu toate acestea, acest cost pe bucată rămâne relativ constant, indiferent de numărul de unități produse. Turnarea sub presiune, pe de altă parte, are un cost inițial foarte mare datorită proiectării și fabricării matriței. Dar odată ce această sculă este realizată, piesele pot fi produse cu câțiva bani pe dolar în ceea ce privește materialul și timpul de ciclu.

Un studiu de caz convingător de la Dynacast evidențiază acest compromis. Pentru camera Light L16, producerea carcasei complexe prin prelucrare CNC a fost de cinci ori mai scumpă decât turnarea sub presiune. Pentru un produs destinat pieței de masă, această diferență de cost a făcut ca prelucrarea CNC să fie imposibil de aplicat la o producție de mare serie. Investiția inițială în matriță a fost recuperată rapid datorită economiilor uriașe obținute la costul pe bucată, făcând ca abordarea hibridă să fie singura cale viabilă.

În general, punctul de rupere la care turnarea sub presiune devine mai economică se situează în mod tipic între 2.000 și 5.000 de unități. Sub acest interval, costul utilajelor este prea mare pentru a fi justificat. Peste această valoare, costul scăzut pe bucată al turnării sub presiune creează economii semnificative care cresc odată cu fiecare piesă produsă, făcând din aceasta soluția clar superioară pentru producția de masă.

Întrebări frecvente

1. Care este diferența dintre prelucrarea CNC și turnarea sub presiune?

Prelucrarea CNC este un proces aditiv care pornește de la un bloc solid de material și îl taie pentru a crea o piesă. Turnarea sub presiune este un proces de modelare care injectează metal topit într-o formă din oțel (matriță) pentru a forma piesa. CNC este cel mai potrivit pentru volume mici și medii și pentru precizie ridicată, în timp ce turnarea sub presiune este ideală pentru producția în serie mare de piese complexe, cu un cost redus pe unitate.

2. Care sunt cele 7 componente majore ale unui strung CNC?

Componentele principale ale unui aparat tipic CNC includ Unitatea de Control a Mașinii (MCU), care este creierul sistemului; Dispozitive de Intrare pentru încărcarea programului; un Sistem de Acționare cu motoare pentru mișcarea axelor; Mașina-Unelte în sine (de exemplu, arborele principal și sculele de tăiere); un Sistem de Retragere pentru a asigura precizia; Baza și Masa care formează structura mașinii; și un Sistem de Răcire pentru gestionarea căldurii.

3. Este turnarea sub presiune mai ieftină decât CNC?

Depinde de volumul producției. Pentru cantități mici (prototipuri până la câteva mii de piese), prelucrarea CNC este mai ieftină, deoarece evită costul ridicat inițial al realizării matriței. Totuși, pentru serii mari de producție (de obicei peste 5.000 de unități), turnarea sub presiune devine semnificativ mai rentabilă datorită costului extrem de scăzut pe bucată, care compensează rapid investiția inițială în echipamente.