Zmanjšajte stroške CNC obdelave s pametnim načrtovanjem delov

POVZETEK

Optimizacija konstrukcije delov za zmanjšanje stroškov obdelave temelji na načelih načrtovanja za obdelavo (DFM). Vključuje poenostavitev geometrije delov, dodajanje dovolj velikih zaokrožitev notranjim kotom, uporabo standardnih velikosti za luknje in navoje ter določitev širokih dopuščenih odstopanj, kadar je le mogoče. Izbira cenovno ugodnih in dobro obdelovalnih materialov je prav tako pomembna strategija za zmanjšanje časa obdelave, zapletenosti in skupnih stroškov.

Osnovna načela načrtovanja za obdelavo (DFM)

Preden se posvetimo določenim spremembam v načrtovanju, je ključno razumeti osnovno strategijo za zmanjševanje stroškov: načrtovanje za obdelavo (DFM). DFM je proces namernega oblikovanja sestavnih delov tako, da jih je mogoče izdelovati na najučinkovitejši in najpreprostejši način. Cilj ni le zmanjšati čas, ki ga del izdelek preživi na CNC stroju, temveč tudi poenostaviti celoten proizvodni proces, od prvotne priprave do končne dokončne obdelave. Vsaka odločitev, sprejeta med fazo načrtovanja, neposredno vpliva – pogosto značilno – na končne stroške.

Osnovna načela DFM-ja temeljita na dveh ključnih ciljih: zmanjševanju časa obdelave in zmanjševanju števila operacij. Čas obdelave je pogosto glavni gonilnik stroškov, zato bodo vedno cenejša tista zasnova, ki omogočajo višje hitrosti rezkanja in manj prehodov. Tega lahko dosežemo z izbiro materialov z visoko obdelovalnostjo ali z oblikovanjem geometrij, ki jih je mogoče izdelati z večjimi in bolj trdnimi orodji. Kot je podrobneje opisano v priročniku iz Protolabs Network , tudi majhne prilagoditve, kot je povečanje radija kota, omogočajo stroju hitrejše in učinkovitejše delovanje.

Enako pomembno je zmanjševanje števila nastavitev stroja. Nastavitev pomeni vsakokratno ročno prenastavitev ali ponovno pritrditev dela, da se dostopa do različnih ploskev. Vsaka nastavitev poveča stroške dela in uvede možnost napake. Kompleksen del z elementi na vseh šestih straneh bi lahko zahteval šest ločenih nastavitev, kar dramatično poveča njegove stroške v primerjavi s preprostejšim delom, pri katerem je mogoče vse elemente obdelati iz ene smeri. Ključna DFM strategija je torej oblikovanje delov, ki jih je mogoče dokončati v čim manj nastavitvah, po možnosti le v eni.

Ključne geometrijske optimizacije za zniževanje stroškov

Geometrija dela je eden najpomembnejših dejavnikov, ki vplivajo na stroške obdelave. Kompleksne oblike, globoki žlebovi in drobni elementi zahtevajo več časa, specializirana orodja ter previdno rokovanje, kar poveča ceno. Z ustreznimi optimizacijami geometrije lahko inženirji dosegli znatne prihranke brez izgube funkcionalnosti.

• Dodajte dovolj velike kote pri notranjih vogalih. Vsa orodja za CNC friziranje so okrogla, kar pomeni, da naravno pustijo zaokrožitev v vsakem notranjem kotu. Poskus ustvariti oster ali zelo majhen radij zahteva orodje z majhnim premerom, ki se mora premikati počasi in opraviti več prehodov, kar podaljša čas obdelave. Preprosto pravilo je, da naj bodo notranji kotevsni radiji vsaj ena tretjina globine votline. Kot Pojasnjuje Protocase , uporaba največjih možnih kotev izboljša površinsko gladkost in zmanjša stroške, saj omogoča uporabo večjih in bolj stabilnih rezilnih orodij.
• Omejite globino votlin in žlebov. Obdelava globokih žlebov je neprimerno draga. Standardni rezni orodja imajo omejeno dolžino reza, ki je običajno učinkovita do globine približno 2–3-kratnik njihovega premera. Čeprav so možni globlji rezi, zahtevajo specializirana, daljša orodja, ki so manj togostna in morajo delovati počasneje, da se izognemo vibracijam in lomljenju. Fictiv priporoča, da globino reza ohranite znotraj petkratnika premera orodja pri končnih vrtilkah, da zagotovite dober površinski finiš in nižje stroške.
• Izogibajte se tankim stenam. Stene, tanjše od 0,8 mm za kovine ali 1,5 mm za plastiko, so nagnjene k vibracijam, upenjanju in lomljenju med obdelavo. Za natančno izdelavo teh elementov mora obrtnik uporabiti več počasnih prehodov z majhno globino reza. Razen če je to nujno potrebno za funkcionalnost dela, bo načrtovanje debelejših, bolj togih sten naredilo del stabilnejši in znatno cenejši za proizvodnjo.
• Poenostavite in združite elemente. Zapletenost konstrukcije neposredno vpliva na stroške. Simetrični deli so lažji za obdelavo, zmanjšanje skupnega števila edinstvenih značilnosti pa zmanjša potrebo po menjavi orodij. Če ima del zapletene značilnosti, kot so podrezki ali luknje na več ploskvah, razmislite, ali bi se dalo konstrukcijo razdeliti na več preprostejših komponent, ki jih je mogoče enostavno obdelati in nato sestaviti. Ta pristop se pogosto izkaže za bolj ekonomsko učinkovit kot obdelava enega zelo zapletenega dela, ki zahteva petosno strojno opremo in posebne priprave.

Pametne strategije za tolerance, navoje in luknje

Čeprav so velike geometrijske značilnosti očitni gonilniki stroškov, lahko majavne podrobnosti, kot so tolerance, navoji in luknje, imajo presenetljivo velik vpliv na končno ceno. Te značilnosti pogosto zahtevajo visoko natančnost, specializirana orodja ali dodatne strojne operacije. Uporaba pametnih konstrukcijskih strategij pri teh elementih je ključni korak pri optimizaciji dela za ekonomsko učinkovito proizvodnjo.

Tolerance določajo dopustno odstopanje za določeno dimenzijo. Čeprav so tesne tolerance včasih potrebne za kritične vmesnike, jih je treba navajati zmerno. Bolj kot so tolerance tesne, več časa, skrbnosti in pregledov je potrebnih, kar eksponentno povečuje stroške. Kot pojasnjuje MakerVerse , prekomerno tesne tolerance lahko povzročijo povečano obrabo orodij, daljše cikle in višjo stopnjo odpadkov. Za necenilne lastnosti je dovolj in veliko ekonomičnejše uporabiti standardno strojno toleranco (običajno ±0,125 mm).

Podobno naj bodo luknje in zaviti robovi zasnovani s poudarkom na standardizaciji. Uporaba standardnih velikosti vrtin za luknje je veliko cenejša kot določitev nestandardnega premera, ki bi zahteval dodatno obdelavo s končnim vrtilnikom, da se počasi ustvari luknja. Kar zadeva navoje, mora biti njihova dolžina omejena. Vpetje navoja, ki presega 1,5-kratnik premera luknje, ne poveča bistveno trdnosti, a znatno poveča stroške. Pri slepih luknjah je pomembno, da na dnu ostane nezavit del, ki omogoča prosto pot orodju za navijanje in zmanjša tveganje loma.

Izbira materialov in površinskih obdelav za učinkovitost stroškov

Izbira materiala in zahtevane površinske obdelave sta končni, ključni dejavnik pri upravljanju stroškov obdelave. Ti odločitvi vplivata tako na stroške surovin kot na čas, potreben za obdelavo dela. Material, ki je poceni pri nakupu, a težko obdelujem, lahko končno stane več kot dražji, a lažje obdelujem alternativni material.

Ocenjevanje obdelave materiala opisuje, kako enostavno se lahko reže. Mehkejši materiali, kot sta aluminij 6061 in plastični materiali, kot je POM (Delrin), imajo odlično obdelovalnost, kar omogoča rezanje s hitrimi hitrostmi in krajše cikle. Nasprotno so trši materiali, kot je nerjavno jeklo ali titan, težji za rezati, kar zahteva počasnejše hitrosti in povzroča več obrabe orodja, zaradi česar se čas obdelave podvoji ali potroji. Zato je izbira lažje obdelovalnega materiala zelo učinkovita strategija zmanjševanja stroškov, razen če so potrebne specifične lastnosti visoko trdnih zlitin.

Drugo področje za optimizacijo je upoštevanje proizvodnega procesa samega izdelka. Uporaba skoraj končne oblike izdelka, ki je nastala s postopkom, kot je kovanje, lahko znatno zmanjša količino materiala, ki ga je treba odstraniti s struženjem, kar prihrani čas in zmanjša odpadke. Tistim v avtomobilski industriji lahko koristi raziskovanje možnosti pri specialistih na tem področju. Za trdne in zanesljive avtomobilske komponente lahko preučite storitve izdelave kovine na naročilu podjetja Shaoyi Metal Technology , ki se specializira za visokokakovostno vroče kovanje za industrijo.

Nazadnje je treba pozorno razmisliti o specifikacijah površinskega izgleda. Standardna površina »kot obdelana« je najcenejša možnost. Zahteva po bolj gladkih površinah zahteva dodatne obdelave ali sekundarne postopke, kot so pištoljenje z kroglicami ali poliranje, ki vsak dodajo stroške. Določanje različnih površinskih izgledov na različnih površinah istega dela je še dražje, saj vključuje maskiranje in več procesov. Uporaba določenega površinskega izgleda le tam, kjer je funkcionalno potreben, je preprost, a učinkovit način zmanjševanja stroškov.

Pogosta vprašanja

1. Kako zmanjšati stroške CNC obdelave?

Zmanjševanje stroškov CNC obdelave vključuje kombinacijo optimizacije konstrukcije, izbire materiala in poenostavitve procesa. Ključne strategije vključujejo:

• Poenostavitev geometrije: Izogibajte se zapletenim krivuljam, globokim žepom in tankim stenam.
• Dodajanje radijev v vogalih: Uporabljajte čim večje možne radius pri notranjih vogalih, da omogočite hitrejšo obdelavo.
• Uporaba standardnih elementov: Zasnova lukenj in nitij v standardnih velikostih, da se izognete potrebi po specialni orodni opremi.
• Ohlapne tolerance: Določite tesne tolerance le za kritične lastnosti, kjer je funkcionalnost odvisna od njih.
• Izberite obdelovalne materiale: Izberite materiale, kot je aluminij 6061, ki jih je mogoče hitro rezati.
• Zmanjšajte priprave: Oblikujte dele tako, da so vse lastnosti dostopne v čim manjšem številu orientacij na stroju.

2. Kakšni so vidiki oblikovanja pri konstruiranju obdelanih delov?

Glavni vidiki oblike pri izdelkih iz struženja se osredotočajo na zagotavljanje proizvodljivosti in ekonomičnosti. Vključujejo oceno geometrije izdelka glede na preprostost in dostopnost rezilnim orodjem. Oblikovalci morajo upoštevati omejitve postopka struženja, kot je na primer nemogočnost ustvarjanja popolnoma ostrih notranjih kotov. Drugi pomembni vidiki vključujejo izbiro materiala na podlagi funkcionalnih zahtev in obdelovanja, primerno uporabo dopustnih odstopanj ter oblikovanje elementov, kot so luknje in zati, v skladu s standardnimi specifikacijami. Končno pa bi morali oblikovalci zmanjšati število postavitev strojev, potrebnih za dokončanje izdelka.