Smanjite troškove CNC obrade pametnim dizajnom delova

KRATKO

Optimizacija dizajna delova radi smanjenja troškova obrade zasniva se na primeni principa Dizajna za obradivost (DFM). To podrazumeva pojednostavljenje geometrije delova, dodavanje dovoljnih radijusa unutrašnjim uglovima, korišćenje standardnih veličina za rupe i navoje i propisivanje širokih tolerancija gde god je to moguće. Izbor rentabilnih i lako obradivih materijala takođe je ključna strategija za smanjenje vremena rada mašine, složenosti i ukupnih troškova.

Osnovni principi dizajna za obradivost (DFM)

Пре него што се погледају специфичне промене у дизајну, неопходно је да се разуме основна стратегија која стоји иза смањења трошкова: дизајнирање за олакшану обраду (DFM). DFM је процес намерног дизајнирања компоненти тако да могу бити произведени на најефикаснији и најједноставнији начин. Циљ је да се минимизује не само време проведено у обради делова на CNC машини, већ и сложеност целокупног производног процеса, од почетне припреме до завршне обраде. Свака одлука донета у фази дизајнирања има директан и често значајан утицај на коначну цену.

Основни принципи DFM-а засновани су на два кључна циља: смањење времена машинске обраде и минимизација броја операција. Време машинске обраде често је главни покretač трошкова, па су дешевљи увек они дизајни који омогућавају веће брзине резања и мањи број пролаза. Ово се може постићи бирањем материјала са високом машинском обрадивошћу или таквим обликовањем карактеристика које се могу израдити коришћењем већих и отпорнијих алата. Како је детаљно описано у водичу од Protolabs Network , чак и мали подаци, као што је повећање полупречника угао, могу омогућити бржи и ефикаснији рад машине.

Подједнако важно је минимизирати број поставки на машини. Поставка се односи на сваки тренутак када се део мора ручно поново позиционирати или поново фиксирати како би се приступило различитим странама. Свака поставка додаје трошкове рада и уноси могућност грешке. Комплексан део са карактеристикама на свих шест страна можда захтева шест одвојених поставки, знатно повећавајући његову цену у поређењу са једноставнијим делом код кога се све карактеристике могу обрадити из једног правца. Кључна DFM стратегија је стога пројектовање делова који се могу завршити у што мање поставки, идеално само једне.

Кључне геометријске оптимизације за смањење трошкова

Геометрија делова један је од најзначајнијих фактора који утиче на трошак обраде. Комплексни облици, дубоке удубљене површине и деликатне карактеристике захтевају више времена, специјализовану алата и пажљиво руковање, што повећава цену. Стратегијским оптимизацијама геометрије делова, инжењери могу постићи значајна уштеда без компромиса функционалности.

• Додајте довољне полупречнике унутрашњим угловима. Сви алати за фрезовање су округли, што значи да природно остављају закривљени угао у сваком унутрашњем углу. Покушај стварања оштrog или врло малог полупречника захтева алат малог пречника, који мора да се креће споро и изврши више пролаза, чиме се повећава време рада машине. Једноставно правило је да пројектујете унутрашње углове са полупречником који је бар једна трећина дубине удубљене површине. Како Protocase објашњава , коришћење што је могуће већих полупречника побољшава квалитет површине и смањује трошкове, јер омогућава употребу већих и стабилнијих режућих алата.
• Ограничити дубину удубљених површина и џепова. Frezovanje dubokih žlebova je neproporcionalno skupo. Standardni režni alati imaju ograničenu dužinu rezanja, obično su efikasni do dubine od oko 2-3 puta veće od njihovog prečnika. Iako su dublji rezovi mogući, potrebni su specijalizovani, duži alati koji su manje kruti i moraju raditi na nižim brzinama kako bi se izbeglo vibracija i lomljenje. Fictiv preporučuje da dubina rezanja bude unutar pet puta veće od prečnika alata kod krajevskih freza, kako bi se osigurala dobra obrada površine i niža cena.
• Izbegavajte tanke zidove. Zidovi tanji od 0,8 mm za metal ili 1,5 mm za plastiku skloni su vibracijama, uvijanju i lomljenju tokom obrade. Da bi tačno izradili ove elemente, stručnjak za obradu mora koristiti više sporih prolaza sa malom dubinom rezanja. Ako to nije apsolutno neophodno za funkciju dela, projektovanje debljih, krutijih zidova učiniće deo stabilnijim i znatno jeftinijim za proizvodnju.
• Poјednostavite i konsolidujte karakteristike. Сложеност дизајна директно утиче на цену. Симетрични делови је лакше обрадити, а смањење укупног броја јединствених карактеристика минимизира потребу за променом алата. Ако део има сложене карактеристике попут улегнућа или рупа на више страна, размотрите да ли се дизајн може поделити на више једноставнијих компоненти који се могу лако обрадити, а затим спојити. Овај приступ често се показује као економичнији него обрада једног веома сложеног дела који захтева 5-осну машину и специјалне приликове.

Паметне стратегије за толеранције, навоје и рупе

Док су велике геометријске карактеристике очигледни узрочници трошкова, мали детаљи попут толеранција, навоја и рупа могу имати неочекивано велики утицај на коначну цену. Ове карактеристике често захтевају прецизност, специјализоване алата или додатне радње на машини. Примена паметних дизајнерских стратегија на ове елементе критичан је корак ка оптимизацији дела ради економичне производње.

Толеранције дефинишу прихватљиво одступање за одређену димензију. Иако су уским толеранцијама понекад потребне за критичне повезаности, треба их наводити умерено. Што су толеранције уžе, потребно је више времена, пажње и контроле, што експоненцијално повећава цену. Како објашњава MakerVerse , превише уске толеранције могу довести до повећаног хабања алата, дужег времена циклуса и веће стопе отпада. За некритичне карактеристике, довољно је и далеко економичније ослањати се на стандардне машинске толеранције (најчешће ±0,125 mm).

На сличан начин, рупе и навоји треба пројектовати с обзиром на стандардизацију. Коришћење стандардних величина бушених рупа је много јефтиније него одређивање нестандардног пречника, за који би било потребно спорије прављење рупе помоћу фрезе. Када су у питању навоји, њихова дужина треба да буде ограничена. Увлачење навоја веће од 1,5 пута веће од пречника рупе не доноси значајно повећање чврстоће, али знатно повећава трошкове. За слепе рупе такође је важно предвидети непровучен део на дну, како би се омогућио простор за истакавање алата и смањио ризик од лома.

Избор материјала и завршних обрада ради економичности

Избор материјала и потребне завршне обраде су последњи, али кључни фактори у управљању трошковима обраде. Ова одлучивања утичу како на трошак сировог материјала, тако и на време потребно за обраду делова. Материјал који је јефтин за набавку, а тежак за обраду, може на крају бити скупљи од скупијег, али лакше обрадивог алтернативног материјала.

Оцена обрадивости материјала описује колико је лако исечи материјал. Међу меким материјалима као што су алуминијум 6061 и пластике попут POM (Delrin) постоје изузетно добре особине обрадивости, што омогућава високе брзине резања и краће циклусно време. Насупрот томе, тврђи материјали као што су нерђајући челик или титанијум теже се секу, захтевају спорије брзине и узрокују већи хабање алата, чиме се удвостручује или утрошкује време обраде. Стога, осим ако нису потребне специфичне особине легуре високе чврстоће, одабир материјала који се лакше обрађује представља веома ефикасну стратегију смањења трошкова.

Још једна област за оптимизацију је разматрање процеса производње самог материјала. Коришћење скоро готовог облика загревке, који се добија поступком као што је ковање, може значајно смањити количину материјала који треба уклонити механичком обрадом, чиме се уштеди време и смањује отпад. За оних из аутомобилске индустрије, на пример, истраживање могућности код стручњака у овој области може бити од користи. За чврсте и поуздане аутомобилске делове, можете испитати услуге произвођње по меру од стране Shaoyi Metal Technology , која се специјализује за висококвалитетно вруће ковање за индустрију.

Konačno, specifikacije završne obrade treba pažljivo razmotriti. Standardna „kao obrađena“ površina je najekonomičnija opcija. Zahtevanje glađih površina zahteva dodatne prolazke mašine ili sekundarne operacije kao što su nanošenje kuglica ili poliranje, svaka dodaje troškove. Određivanje različitih završnih obrada na različitim površinama iste komponente je još skuplje, jer uključuje maskiranje i više procesa. Primena određene završne obrade samo tamo gde je funkcionalno neophodna jednostavan je, ali efikasan način da se smanje troškovi.

Често постављана питања

1. Kako smanjiti troškove CNC obrade?

Smanjenje troškova CNC obrade podrazumeva kombinaciju optimizacije dizajna, izbora materijala i pojednostavljenja procesa. Ključne strategije uključuju:

• Poјednostavite geometriјu: Izbegavajte kompleksne krive, duboke udubljenja i tanke zidove.
• Dodajte radijuse uglova: Koristite najveće moguće radijuse na unutrašnjim uglovima kako biste omogućili bržu obradu.
• Koristite standardne elemente: Dizajnirajte rupe i navoje standardnih veličina kako biste izbegli potrebu za posebnim alatima.
• Олабављење толеранција: Наведите стриктне толеранције само на критичним карактеристикама где функционалност зависи од тога.
• Избор материјала који се могу обрадити резањем: Изаберите материјале попут алуминијума 6061 који се могу брзо резати.
• Смањивање поставки: Конструиши делове тако да се до свих карактеристика може приступити у што мање позиција машине.

2. Који су аспекти дизајна при конструкцији делова који се обрађују резањем?

Основне размотре у дизајну обраде делова фокусирају се на осигуравање могућности производње и економичности. Ово укључује процену геометрије дела с обзиром на једноставност и приступачност алатима за резање. Дизајнери морају имати у виду ограничења процеса обраде, као што је немогућност прављења савршено оштрих унутрашњих ивица. Друге важне размотре укључују избор материјала на основу функционалних захтева и лакоће обраде, одговарајућу примену толеранција и пројектовање карактеристика попут рупа и навоја према стандардним спецификацијама. На крају, дизајнери треба да теже смањењу броја поставки на машини потребних за завршетак дела.