Reducerea costurilor de prelucrare CNC prin proiectarea inteligentă a pieselor

REZUMAT

Optimizarea proiectării pieselor pentru reducerea costurilor de prelucrare se bazează pe aplicarea principiilor Proiectării pentru Prelucrabilitate (DFM). Aceasta implică simplificarea geometriei pieselor, adăugarea unor raze generoase în colțurile interne, utilizarea dimensiunilor standard pentru găuri și filete, precum și specificarea unor toleranțe largi ori de câte ori este posibil. Alegerea unor materiale eficiente din punct de vedere al costului și ușor de prelucrat este, de asemenea, o strategie esențială pentru minimizarea timpului de mașină, a complexității și a costurilor totale.

Principiile de bază ale Proiectării pentru Prelucrabilitate (DFM)

Înainte de a analiza modificările specifice ale designului, este esențial să înțelegem strategia de bază din spatele reducerii costurilor: Design pentru Prelucrabilitate (DFM). DFM este procesul de proiectare intenționată a componentelor astfel încât acestea să poată fi fabricate în cel mai eficient și simplu mod posibil. Scopul este de a minimiza nu doar timpul petrecut de o piesă pe o mașină CNC, ci și complexitatea întregului proces de producție, de la configurarea inițială până la finisarea finală. Fiecare decizie luată în faza de proiectare are un impact direct și adesea semnificativ asupra costului final.

Principiile de bază ale DFM se concentrează asupra a două obiective cheie: reducerea timpului de prelucrare și minimizarea numărului de operații. Timpul de prelucrare este adesea principalul factor care determină costul, astfel că proiectele care permit viteze mai mari de tăiere și un număr mai mic de treceri vor fi întotdeauna mai ieftine. Acest lucru poate fi realizat prin alegerea unor materiale cu o prelucrabilitate ridicată sau prin proiectarea unor elemente care pot fi create cu scule mai mari și mai robuste. După cum este detaliat într-un ghid din Protolabs Network , chiar și mici ajustări, cum ar fi mărirea unui raz de racordare, pot permite unui utilaj să funcționeze mai rapid și mai eficient.

La fel de importantă este minimizarea numărului de montaje ale mașinii. Un montaj se referă la fiecare dată când o piesă trebuie reașezată manual sau re-fixată pentru a accesa fețe diferite. Fiecare montaj adaugă costuri de forță de muncă și introduce posibilitatea apariției unor erori. O piesă complexă cu elemente pe toate cele șase fețe ar putea necesita șase montaje separate, crescând astfel dramatic costul comparativ cu o piesă mai simplă la care toate elementele pot fi prelucrate dintr-o singură direcție. O strategie esențială DFM este, prin urmare, proiectarea pieselor astfel încât acestea să poată fi realizate într-un număr cât mai mic de montaje, ideal doar unul.

Optimizări geometrice cheie pentru reducerea costurilor

Geometria unei piese este unul dintre cei mai importanți factori care influențează costul prelucrării acesteia. Formele complexe, buzunarele adânci și detaliile delicate necesită toate mai mult timp, scule specializate și manipulare atentă, ceea ce duce la creșterea prețului. Prin optimizări strategice ale geometriei piesei, inginerii pot obține economii substanțiale fără a compromite funcționalitatea.

• Adăugați raze generoase în colțurile interne. Toate sculele de frezare CNC sunt rotunde, ceea ce înseamnă că lasă în mod natural o rază în orice colț interior. Încercarea de a crea un colț ascuțit sau cu rază foarte mică necesită o sculă cu diametru mic, care trebuie să se miște lent și să efectueze mai multe treceri, crescând astfel timpul de mașină. O regulă simplă este să proiectați razele colțurilor interne să fie cel puțin o treime din adâncimea cavității. După cum Explică Protocase , utilizarea celor mai mari raze posibile îmbunătățește finisajul suprafeței și reduce costurile, permițând folosirea unor scule de tăiere mai mari și mai stabile.
• Limitați adâncimea cavitaților și buzunarelor. Prelucrarea buzunarelor adânci este disproporționat de costisitoare. Sculele standard de tăiere au o lungime limitată de așchiere, fiind eficiente în mod tipic până la o adâncime de aproximativ 2-3 ori diametrul lor. Deși sunt posibile tăieturi mai adânci, acestea necesită scule specializate, mai lungi, care sunt mai puțin rigide și trebuie să funcționeze la viteze mai mici pentru a evita vibrațiile și ruperea. Fictiv recomandă menținerea adâncimii de tăiere în limitele a cinci ori diametrul sculei pentru frezele de cap, pentru a asigura o finisare bună și un cost redus.
• Evitați pereții subțiri. Pereții mai subțiri de 0,8 mm pentru metal sau 1,5 mm pentru plastic sunt predispuși la vibrații, deformări și ruperi în timpul prelucrării. Pentru a realiza corect aceste elemente, un operator de mașini-unelte trebuie să efectueze mai multe treceri lente, cu o adâncime mică de tăiere. Dacă nu este absolut necesar pentru funcționarea piesei, proiectarea unor pereți mai groși și mai rigizi va face piesa mai stabilă și semnificativ mai ieftină de produs.
• Simplificați și consolidați elementele. Complexitatea unui design influențează direct costul. Părțile simetrice sunt mai ușor de prelucrat, iar reducerea numărului total de caracteristici unice minimizează necesitatea schimbării sculelor. Dacă o piesă are caracteristici complexe, cum ar fi degajări sau găuri pe mai multe fețe, luați în considerare posibilitatea ca designul să fie împărțit în mai multe componente simple care pot fi prelucrate ușor și apoi asamblate. Această abordare se dovedește adesea mai rentabilă decât prelucrarea unei singure piese foarte complexe care necesită o mașină cu 5 axe și dispozitive speciale.

Strategii inteligente pentru toleranțe, filete și găuri

Deși dimensiunile geometrice mari sunt factori evidenți ai costului, detalii mici precum toleranțele, filetele și găurile pot avea un impact neașteptat de mare asupra prețului final. Aceste caracteristici necesită adesea precizie, scule specializate sau operațiuni suplimentare la mașini. Aplicarea unor strategii inteligente de proiectare pentru aceste elemente este un pas esențial în optimizarea unei piese pentru o producție rentabilă.

Toleranțele definesc abaterea acceptabilă pentru o anumită dimensiune. Deși toleranțele strânse sunt uneori necesare pentru interfețe critice, acestea ar trebui specificate rar. Cu cât toleranța este mai strânsă, cu atât este nevoie de mai mult timp, atenție și inspecție, ceea ce crește exponențial costul. Așa cum este explicat de MakerVerse , toleranțele excesiv de strânse pot duce la o uzură mai mare a sculelor, timpi de ciclu mai lungi și o rată mai mare de rebut. Pentru caracteristicile necritice, este suficient și mult mai economic să se folosească toleranța standard a mașinii (în mod tipic ±0,125 mm).

În mod similar, găurile și filetele trebuie proiectate având în vedere standardizarea. Utilizarea dimensiunilor standard ale burghielor pentru găuri este mult mai ieftină decât specificarea unui diametru ne-standard, care ar necesita o freză deget pentru a crea încet gaura. În ceea ce privește filetele, lungimea acestora ar trebui limitată. O angrenare a filetului care depășește de 1,5 ori diametrul găurii oferă puțină rezistență suplimentară, dar adaugă costuri semnificative. Pentru găurile înfundate, este important să se proiecteze o secțiune netăiată la fund, oferind sculei de filetare un spațiu de manevră și reducând riscul de rupere.

Alegerea materialelor și finisajelor pentru eficiență din punct de vedere al costurilor

Alegerea materialului și a finisajului superficial necesar sunt ultimele considerente esențiale în gestionarea costurilor de prelucrare. Aceste decizii afectează atât costul materialului brut, cât și timpul necesar pentru prelucrarea piesei. Un material ieftin de achiziționat, dar dificil de prelucrat, poate fi în final mai scump decât unul mai costisitor, dar ușor de prelucrat.

Gradul de prelucrabilitate al unui material descrie cât de ușor poate fi tăiat. Materialele mai moi, cum ar fi aluminiul 6061 și materialele plastice precum POM (Delrin), au o prelucrabilitate excelentă, permițând tăierea la viteză mare și timpi de ciclu mai scurți. În schimb, materialele mai dure, cum ar fi oțelul inoxidabil sau titanul, sunt mai dificil de tăiat, necesitând viteze mai lente și provocând o uzură mai mare a sculelor, ceea ce dublează sau triplează timpul de prelucrare. Prin urmare, dacă nu sunt necesare proprietățile specifice ale unui aliaj de înaltă rezistență, alegerea unui material mai ușor de prelucrat este o strategie foarte eficientă de reducere a costurilor.

O altă zonă de optimizare o reprezintă procesul de fabricație al semifabricatului în sine. Utilizarea unui semifabricat aproape la formă finală, creat printr-un proces precum forjarea, poate reduce semnificativ cantitatea de material care trebuie îndepărtată prin prelucrare mecanică, economisind timp și reducând deșeurile. Pentru cei din sectorul auto, de exemplu, explorarea opțiunilor oferite de specialiști din acest domeniu poate fi benefică. Pentru componente auto robuste și fiabile, puteți investiga servicii personalizate de forjare de la Shaoyi Metal Technology , care se specializează în forjarea la cald de înaltă calitate pentru industrie.

În final, trebuie luate în considerare cu atenție specificațiile privind finisajul suprafeței. Finisajul standard "așa cum este prelucrat" este varianta cea mai rentabilă. Cererea unor finisaje mai netede necesită treceri suplimentare la mașină sau operații secundare, cum ar fi sablarea cu bile sau lustruirea, fiecare adăugând costuri. Specificarea unor finisaje diferite pe diverse suprafețe ale aceleiași piese este și mai costisitoare, deoarece implică mascarea și procese multiple. Aplicarea unui anumit finisaj doar acolo unde este necesar din punct de vedere funcțional este o metodă simplă, dar eficientă, de a menține costurile scăzute.

Întrebări frecvente

1. Cum se reduc costurile de prelucrare CNC?

Reducerea costurilor de prelucrare CNC implică o combinație de optimizare a proiectării, selecția materialelor și simplificarea procesului. Principalele strategii includ:

• Simplificați geometria: Evitați curbele complexe, buzunarele adânci și pereții subțiri.
• Adăugați raze la colțuri: Utilizați cele mai mari raze posibile la colțurile interne pentru a permite o prelucrare mai rapidă.
• Utilizați elemente standard: Proiectați găuri și filete cu dimensiuni standard pentru a evita necesitatea unor scule speciale.
• Lărgirea Toleranțelor: Specificați toleranțe strânse doar la caracteristicile critice unde funcționalitatea depinde de acestea.
• Alegerea Materialelor Prelucrabile: Selectați materiale precum aluminiul 6061, care poate fi tăiat rapid.
• Minimizarea Operațiilor de Prindere: Proiectați piesele astfel încât toate elementele să poată fi accesate într-un număr cât mai mic de orientări ale mașinii.

2. Care sunt considerentele de proiectare pentru piesele prelucrate mecanic?

Principalele considerente de proiectare pentru piesele prelucrate se concentrează pe asigurarea posibilității de fabricație și eficienței costurilor. Aceasta include evaluarea geometriei piesei în vederea simplității și accesibilității pentru sculele de tăiere. Proiectanții trebuie să ia în considerare limitările procesului de prelucrare, cum ar fi imposibilitatea de a crea colțuri interne perfect ascuțite. Alte aspecte importante includ selecția materialului în funcție atât de cerințele funcionale, cât și de ușurința prelucrării, aplicarea corespunzătoare a toleranțelor și proiectarea unor elemente precum găurile și filetele conform specificațiilor standard. În final, proiectanții ar trebui să îmbrace minimizarea numărului de montaje la mașina necesare pentru finalizarea piesei.