Výrazne znížte náklady na CNC obrábanie chytrým dizajnom súčiastok

ZKRATKA

Optimalizácia dizajnu súčiastok za účelom zníženia nákladov na obrábanie sa zakladá na aplikácii princípov Dizajnu pre obrábateľnosť (DFM). Tento prístup zahŕňa zjednodušenie geometrie súčiastok, pridanie dostatočných polomerov do vnútorných rohov, použitie štandardných veľkostí otvorov a závitov a stanovenie voľných tolerancií, kde je to len možné. Výber cenovo výhodných a dobre obrábateľných materiálov je tiež kľúčovou stratégiou na minimalizáciu času strojnej práce, zložitosti a celkových nákladov.

Základné princípy dizajnu pre obrábateľnosť (DFM)

Než sa pustíme do konkrétnych zmien dizajnu, je nevyhnutné pochopiť základnú stratégiu za znížením nákladov: Dizajn pre spracovateľnosť (DFM). DFM je proces zámerného navrhovania komponentov tak, aby mohli byť vyrábané čo najefektívnejším a najjednoduchším spôsobom. Cieľom je minimalizovať nielen čas strávený súčiastkou na CNC stroji, ale aj zložitosť celého výrobného procesu, od počiatočného nastavenia až po konečné dokončenie. Každé rozhodnutie prijaté počas fázy návrhu má priamy a často významný vplyv na konečnú cenu.

Základné princípy DFM sa otáčajú okolo dvoch kľúčových cieľov: zníženie času obrábania a minimalizácia počtu operácií. Čas obrábania je často hlavným faktorom tvoriacim náklady, preto budú návrhy umožňujúce vyššie rezné rýchlosti a menší počet prechodov vždy lacnejšie. Toto možno dosiahnuť výberom materiálov s vysokou spracovateľnosťou alebo navrhovaním prvkov, ktoré je možné vytvoriť pomocou väčších a robustnejších nástrojov. Ako je podrobne opísané v sprievodcovi z Protolabs Network , aj malé úpravy, ako zvýšenie polomeru rohu, môžu umožniť stroju pracovať rýchlejšie a efektívnejšie.

Rovnako dôležité je minimalizovať počet nastavení stroja. Nastavenie označuje každý prípad, keď musí byť súčiastočka manuálne prepolohovaná alebo opätovne upnutá, aby bolo možné spracovať rôzne plochy. Každé nastavenie navyše zvyšuje náklady na prácu a zavádza potenciálne chyby. Komplexná súčiastočka so zložkami na všetkých šiestich stranách by mohla vyžadovať až šesť samostatných nastavení, čo výrazne zvyšuje jej náklady v porovnaní s jednoduchšou súčiastočkou, kde je možné všetky prvky obrábiť z jedného smeru. Kľúčovou stratégiou DFM je teda navrhovať súčiastočky tak, aby ich bolo možné vyrobiť s čo najmenším počtom nastavení, ideálne len s jedným.

Kľúčové geometrické optimalizácie na zníženie nákladov

Geometria súčiastky je jedným z najvýznamnejších faktorov ovplyvňujúcich jej výrobné náklady. Komplexné tvary, hlboké dutiny a jemné prvky vyžadujú viac času, špecializované nástroje a opatrné zaobchádzanie, čo zvyšuje cenu. Strategickými optimalizáciami geometrie súčiastky môžu inžinieri dosiahnuť výrazné úspory bez toho, aby obetovali funkčnosť.

• Pridajte široké polomery do vnútorných rohov. Všetky frézovacie nástroje pre CNC sú kruhové, čo znamená, že prirodzene v každom vnútornom rohu zanechávajú polomer. Pokus o vytvorenie ostrého alebo veľmi malého polomeru vyžaduje nástroj s malým priemerom, ktorý sa musí pohybovať pomaly a vykonávať viac prechodov, čím sa predlžuje strojový čas. Jednoduché pravidlo je navrhnúť vnútorné rohové polomery aspoň jednu tretinu hĺbky dutiny. Ako Vysvetľuje Protocase , použitie čo najväčších polomerov zlepšuje povrchovú úpravu a zníži náklady, pretože umožňuje použitie väčších a stabilnejších rezných nástrojov.
• Obmedzte hĺbku dutín a prieskov. Obrábanie hlbokých dutín je nepomerne nákladné. Štandardné rezné nástroje majú obmedzenú dĺžku rezania, zvyčajne sú efektívne do hĺbky približne 2 až 3-krát väčšej ako ich priemer. Hlbšie rezy sú možné, ale vyžadujú špecializované dlhšie nástroje, ktoré sú menej tuhé a musia pracovať pomalšie, aby sa predišlo vibráciám a zlomeniu. Firma Fictiv odporúča udržiavať hĺbku rezu do päťnásobku priemeru nástroja u koncových fréz, aby sa zabezpečil dobrý povrchový úpravok a nižšie náklady.
• Vyhnite sa tenkým stenám. Steny hrubšie ako 0,8 mm u kovov alebo 1,5 mm u plastov sú náchylné na vibrácie, skrútenie a zlomenie počas obrábania. Na presné vytvorenie týchto prvkov musí obrábací technik použiť viacero pomalých prechodov s malou hĺbkou rezania. Pokiaľ nie je absolútne nevyhnutné pre funkciu dielu, navrhnutie hrubších a tuhších stien urobí diel stabilnejší a výrazne lacnejší na výrobu.
• Zjednodušte a zoskupte prvky. Zložitosť dizajnu priamo ovplyvňuje náklady. Symetrické diely je jednoduchšie obrábať a zníženie celkového počtu jedinečných prvkov minimalizuje potrebu výmeny nástrojov. Ak má súčiastka komplexné prvky, ako sú podrezávania alebo otvory na viacerých stenách, zvážte, či je možné dizajn rozdeliť na niekoľko jednoduchších komponentov, ktoré sa dajú ľahko obrábať a následne zmontovať. Tento prístup sa často ukáže ako cenovo výhodnejší než obrábanie jedného vysokej zložitosti dielu vyžadujúceho 5-osé stroje a špeciálne upínacie prípravky.

Chytré stratégie pre tolerancie, závit a otvory

Zatiaľ čo veľké geometrické prvky sú zrejmými faktormi nákladov, malé detaily, ako sú tolerancie, závity a otvory, môžu mať neočakávane veľký vplyv na konečnú cenu. Tieto prvky často vyžadujú presnosť, špecializované nástroje alebo dodatočné strojnícke operácie. Použitie chytrých konštrukčných stratégií pre tieto prvky je kľúčovým krokom pri optimalizácii súčiastky na hospodárnu výrobu.

Tolerance určujú povolenú odchýlku pre konkrétny rozmer. Hoci sú v niektorých prípadoch potrebné úzke tolerance pre kritické rozhrania, mali by sa uvádzať zriedka. Čím užšia je tolerancia, tým viac času, starostlivosti a kontroly je potrebné, čo exponenciálne zvyšuje náklady. Ako vysvetľuje MakerVerse , nadmerné úzke tolerance môžu viesť k väčšiemu opotrebeniu nástrojov, dlhším cyklovým časom a vyššej miere odpadu. Pre nekritické prvky je postačujúce a omnoho ekonomickejšie spoľahnúť sa na štandardnú strojnú toleranciu (zvyčajne ±0,125 mm).

Podobne by mali byť otvory a závitové spoje navrhnuté s ohľadom na štandardizáciu. Použitie štandardných priemerov vŕtacích vrtákov na otvory je omnoho lacnejšie než špecifikovanie netechnického priemeru, ktorý by vyžadoval pomalé vytváranie otvoru koncovou frézou. Pokiaľ ide o závity, ich dĺžka by mala byť obmedzená. Zasunutie závitu väčšie ako 1,5-násobok priemeru otvoru prinesie len malé zvýšenie pevnosti, ale výrazne zvýši náklady. Pri slepých otvoroch je tiež dôležité navrhnúť nezávitovanú časť na dne, ktorá poskytne dostatočný priestor pre závitník a zníži riziko jeho zlomenia.

Výber materiálov a povrchových úprav z hľadiska hospodarnosti

Voľba materiálu a požadovaného povrchového dokončenia sú konečné, rozhodujúce faktory pri riadení nákladov na obrábanie. Tieto rozhodnutia ovplyvňujú nielen náklady na surový materiál, ale aj čas potrebný na obrábanie súčiastky. Materiál, ktorý je lacný na nákup, ale ťažko sa obrába, môže byť nakoniec drahší než drahší, ale ľahšie obrábateľný alternatívny materiál.

Hodnotenie obrábania materiálu popisuje, ako ľahko sa dá rezать. Mäkšie materiály, ako napríklad hliník 6061 a plasty ako POM (Delrin), majú vynikajúce obrábanie, čo umožňuje rýchle rezy a skrátené časy cyklov. Naopak, tvrdšie materiály, ako napríklad nehrdzavejúca oceľ alebo titán, je ťažšie rezať, vyžadujú pomalšie rýchlosti a spôsobujú väčšie opotrebenie nástrojov, čo zdvojnásobí alebo ztrojnásobí čas obrábania. Preto, pokiaľ nie sú potrebné špecifické vlastnosti zliatiny s vysokou pevnosťou, výber ľahšie obrábateľného materiálu je veľmi účinnou stratégiou na zníženie nákladov.

Ďalšia oblasť optimalizácie spočíva v zohľadnení výrobného procesu samotnej materiálovej polotovare. Použitie takmer hotového tvaru, vyrobeného napríklad kovaním, môže výrazne znížiť množstvo materiálu, ktorý je potrebné odstrániť obrábaním, čím ušetrí čas a zníži odpad. Pre odvetvie automobilového priemyslu môže byť výhodné preskúmať možnosti od odborníkov na tomto poli. Pre pevné a spoľahlivé autocomponenty môžete preskúmať vlastné kováčske služby od Shaoyi Metal Technology , ktorá sa špecializuje na kvalitné horúce kovanie pre priemysel.

Nakoniec je potrebné pozorne zvážiť špecifikácie povrchovej úpravy. Štandardná úprava „ako obrábaná“ je najekonomickejšou možnosťou. Požiadavka na hladšie povrchy si vyžaduje dodatočné prechody obrábania alebo sekundárne operácie, ako napríklad čistenie guľôčkami alebo leštenie, ktoré všetky zvyšujú náklady. Špecifikovanie rôznych povrchových úprav na rôznych plochách tej istej súčiastky je ešte drahšie, pretože vyžaduje maskovanie a viacero procesov. Aplikovanie konkrétnej povrchovej úpravy len tam, kde je funkčne nevyhnutná, je jednoduchým a efektívnym spôsobom, ako znížiť náklady.

Často kladené otázky

1. Ako znížiť náklady na CNC obrábanie?

Zníženie nákladov na CNC obrábanie zahŕňa kombináciu optimalizácie konštrukcie, výberu materiálu a zjednodušenia procesu. Kľúčové stratégie zahŕňajú:

• Zjednodušte geometriu: Vyhnite sa komplexným krivkám, hlbokým dutinám a tenkým stenám.
• Pridajte polomery v rohoch: Použite čo najväčšie polomery vo vnútorných rohoch, aby bolo možné dosiahnuť rýchlejšie obrábanie.
• Používajte štandardné prvky: Navrhujte diery a závitové spoje so štandardnými rozmermi, aby sa predišlo potrebe výroby špeciálnych nástrojov.
• Uvoľniť tolerancie: Špecifikujte úzke tolerancie iba na kritických prvkoch, kde závisí funkčnosť.
• Zvoľte obrábací materiál: Vyberte materiály, ako je hliník 6061, ktoré je možné rýchlo rezať.
• Minimalizujte nastavenia: Navrhnite diely tak, aby bolo možné pristupovať ku všetkým prvkom s čo najmenším počtom orientácií v stroji.

2. Aké sú konštrukčné aspekty pri návrhu obrobkov?

Hlavné návrhové aspekty pre súčiastky vyrobené obrábaním sa zameriavajú na zabezpečenie výrobnej spôsobilosti a hospodárnosti. To zahŕňa posúdenie geometrie súčiastky z hľadiska jednoduchosti a prístupnosti pre rezné nástroje. Navrhovatelia musia brať do úvahy obmedzenia procesu obrábania, ako napríklad nemožnosť vytvoriť dokonale ostré vnútorné rohy. Medzi ďalšie kľúčové aspekty patrí výber materiálu na základe funkčných požiadaviek aj spracovateľnosti, vhodné použitie tolerancií a navrhovanie prvkov, ako sú otvory a závity, podľa štandardných špecifikácií. Nakoniec by navrhovatelia mali usilovať o minimalizáciu počtu nastavení stroja potrebných na dokončenie súčiastky.