Akıllı Parça Tasarımıyla CNC İşleme Maliyetlerini Azaltın

Özet

İşleme maliyetlerini düşürmek için parça tasarımının optimize edilmesi, İşlenebilirlik için Tasarım (DFM) ilkelerinin uygulanmasına dayanır. Bu, parça geometrisini basitleştirmeyi, iç köşelere yeterli radyüs eklemeyi, delikler ve dişler için standart boyutları kullanmayı ve mümkün olan her yerde gevşek toleranslar belirtmeyi içerir. İşlenme süresini, karmaşıklığı ve genel maliyeti en aza indirmek için maliyet açısından uygun ve yüksek işlenebilirliğe sahip malzemelerin seçilmesi de kritik bir stratejidir.

İşlenebilirlik için Tasarımın (DFM) Temel İlkeleri

Belirli tasarım değişikliklerine girmeden önce, maliyeti düşürme stratejisinin temelini anlamak çok önemlidir: İşlenebilirlik İçin Tasarım (DFM). DFM, bileşenleri mümkün olan en verimli ve basit şekilde üretilebilecek şekilde kasıtlı olarak tasarlamak anlamına gelir. Amaç, bir parçanın CNC tezgâhında geçirdiği süreyi değil, aynı zamanda başlangıçtaki hazırlık aşamasından nihai son işlemlere kadar tüm üretim sürecinin karmaşıklığını da en aza indirmektir. Tasarım aşamasında alınan her karar, nihai maliyet üzerinde doğrudan ve genellikle önemli bir etkiye sahiptir.

DFM'nin temel ilkeleri iki ana hedefe dayanır: işlenme süresini azaltmak ve işlem sayısını en aza indirmek. İşlenme süresi genellikle maliyetin ana belirleyicisidir; bu yüzden daha yüksek kesme hızlarına izin veren ve daha az paso gerektiren tasarımlar her zaman daha ucuz olacaktır. Bu, yüksek işlenebilirliğe sahip malzemeler seçerek ya da daha büyük ve dayanıklı takımlarla üretilebilecek özellikler tasarlayarak gerçekleştirilebilir. Bir kılavuzda detaylı olarak anlatıldığı gibi Protolabs Network köşe yarıçapını artırma gibi küçük ayarlamalar bile bir makinenin daha hızlı ve verimli çalışmasını sağlayabilir.

Aynı derecede önemli olan, makine kurulumlarının sayısını en aza indirmektir. Bir kurulum, farklı yüzeylere erişmek için parçanın elle yeniden konumlandırılması veya yeniden sabitlenmesi gereken her durumu ifade eder. Her kurulum, işçilik maliyetlerini artırır ve hata yapılma olasılığını beraberinde getirir. Altı tarafta da özellikleri bulunan karmaşık bir parça, altı ayrı kuruluma ihtiyaç duyabilir ve bu da tüm özellikler tek yönden işlenebilen basit bir parça ile karşılaştırıldığında maliyetini büyük ölçüde artırır. Bu nedenle temel DFM stratejilerinden biri, mümkün olduğunca az sayıda, tercihen sadece bir adet kurulumla tamamlanabilen parçalar tasarlamaktır.

Maliyeti Düşürmek İçin Temel Geometrik Optimizasyonlar

Bir parçanın geometrisi, işlenme maliyetini etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Karmaşık şekiller, derin boşluklar ve ince detaylar daha fazla zaman, özel kesici takımlar ve dikkatli işlemeyi gerektirir; bu da maliyeti artırır. Parça geometrisinde stratejik optimizasyonlar yaparak mühendisler, fonksiyonelliği zayaa uğratmadan önemli ölçüde maliyet tasarrufu sağlayabilir.

• İç Köşelere Bol Yuvarlatmalar Ekleyin. Tüm CNC frezeleme takımları yuvarlaktır ve bu nedenle doğal olarak her iç köşede bir eğrilik bırakırlar. Keskin veya çok küçük bir eğrilik oluşturmak, küçük çaplı bir takım kullanılmasını gerektirir; bu takımlar yavaş hareket eder ve birden fazla geçiş yapar, böylece makine süresi artar. Basit bir kural olarak, iç köşe yarıçaplarının boşluğun derinliğinin en az üçte biri kadar olması sağlanmalıdır. Ayrıca Protocase açıklıyor , mümkün olan en büyük yarıçapların kullanılması, yüzey kalitesini artırır ve daha büyük, daha stabil kesme takımlarının kullanılmasına imkan tanıdığı için maliyetleri düşürür.
• Boşluk ve Cebin Derinliğini Sınırlayın. Derin cep işleme, maliyet açısından orantısız derecede pahalıdır. Standart kesme takımlarının kesme uzunluğu sınırlıdır ve genellikle çaplarının yaklaşık 2-3 katına kadar olan derinliklerde etkilidir. Daha derin kesimler mümkün olsa da, bunlar daha az rijit olan özel uzun takımları gerektirir ve titreşimden kaçınmak ve kırılmayı önlemek için daha düşük hızlarda çalıştırılmalıdır. Fictiv, uç frezeler için kesim derinliğini çapın beş katını geçmeyecek şekilde tutarak iyi bir yüzey kalitesi elde etmeyi ve maliyeti düşürmeyi önermektedir.
• İnce Duvarlardan Kaçının. Metal için 0,8 mm'den ince veya plastik için 1,5 mm'den ince duvarlar, işleme sırasında titreşime, çarpılmaya ve kırılmaya yatkındır. Bu özellikleri doğru şekilde oluşturmak için tornacı, düşük kesim derinliğinde çok sayıda yavaş paso uygulamak zorundadır. Parçanın işlevi açısından kesinlikle gerekli değilse, daha kalın ve daha rijit duvarlar tasarlamak parça üretimini daha kararlı ve önemli ölçüde daha ucuz hale getirecektir.
• Özellikleri Basitleştirin ve Birleştirin. Bir tasarımın karmaşıklığı doğrudan maliyeti etkiler. Simetrik parçalar işlenmesi daha kolaydır ve benzersiz özelliklerin toplam sayısını azaltmak, takım değişikliği ihtiyacını en aza indirir. Bir parçada birden fazla yüzeye yayılmış alttan oyuklar veya delikler gibi karmaşık özellikler varsa, tasarımı daha basit birkaç bileşene ayırarak bunların kolayca işlenebilmesi ve ardından birleştirilmesi mümkün mü diye düşünün. Bu yaklaşım, 5 eksenli makine ve özel sabitleme aparatları gerektiren tek bir yüksek derecede karmaşık parçayı işlemekten genellikle daha maliyet açısından etkin olur.

Toleranslar, Dişler ve Delikler için Akıllı Stratejiler

Büyük geometrik özelliklerin maliyet üzerindeki etkisi açık olsa da, toleranslar, vida dişleri ve delikler gibi küçük detaylar nihai fiyat üzerinde beklenmedik büyük bir etkiye sahip olabilir. Bu özellikler genellikle hassasiyet, özel takımlar veya ek makine işlemleri gerektirir. Bu unsurlara akıllı tasarım stratejileri uygulamak, parça üretim maliyetini optimize etmek için kritik bir adımdır.

Toleranslar, belirli bir boyut için kabul edilebilir sapmayı tanımlar. Kritik arayüzler için bazen dar toleranslara ihtiyaç duyulsa da, bunlar nadiren belirtilmelidir. Tolerans ne kadar dar olursa, o kadar fazla zaman, özen ve inceleme gerekir ve bu da maliyeti katlanarak artırır. MakerVerse tarafından açıklandığı gibi, aşırı dar toleranslar artan takım aşınmasına, daha uzun çevrim sürelerine ve daha yüksek hurda oranına neden olabilir. Kritik olmayan özellikler için standart makine toleransına (tipik olarak ±0,125 mm) güvenmek yeterli ve çok daha ekonomiktir.

Benzer şekilde, delikler ve dişler standardizasyona dikkat edilerek tasarlanmalıdır. Standart matkap boyutlarının kullanılması, özel bir uçla yavaşça oluşturulması gereken standart dışı bir çapa göre çok daha ucuzdur. Dişler söz konusu olduğunda ise uzunlukları sınırlandırılmalıdır. Deliğin çapının 1,5 katından fazla olan bir vida mili teması, ekstra mukavemet sağlarken önemli ölçüde maliyet artırır. Kör delikler için ayrıca diş olmayan bir alt bölüm bırakmak önemlidir; bu, kılavuz ucuna boşluk sağlar ve kırılma riskini azaltır.

Maliyet Etkinliği İçin Malzeme ve Yüzey İşlem Seçimi

Malzeme seçimi ve gerekli yüzey kaplaması, işleme maliyetlerini yönetmede son derece önemli olan nihai faktörlerdir. Bu kararlar hem ham malzeme maliyetini hem de parçanın işlenmesi için gereken süreyi etkiler. Satın alındığında ucuz olan ancak işlenmesi zor bir malzeme, satın alındığında daha pahalı fakat işlenmesi kolay bir alternatife kıyasla nihai olarak daha maliyetli olabilir.

Bir malzemenin işlenebilirlik derecesi, ne kadar kolay kesilebileceğini tanımlar. Alüminyum 6061 ve POM (Delrin) gibi daha yumuşak plastikler mükemmel işlenebilirliğe sahiptir ve bu da yüksek hızda kesme imkânı sunarak çevrim sürelerini kısaltır. Buna karşılık, paslanmaz çelik veya titanyum gibi sert malzemeler kesmek için daha zordur, daha düşük hızlar gerektirir ve takım aşınmasını artırır; bu da işleme süresini iki veya üç katına çıkarabilir. Bu nedenle, yüksek mukavemetli bir alaşımın özel özelliklerine gerek duyulmadıkça, daha iyi işlenebilen bir malzeme seçmek oldukça etkili bir maliyet azaltma stratejisidir.

Optimizasyon için bir başka alan, malzeme ham parçasının kendisinin üretim sürecini dikkate almaktır. Dövme gibi bir süreçle oluşturulan yaklaşık net şekil (near-net shape) ham parça kullanmak, işlenerek kaldırılması gereken malzeme miktarını önemli ölçüde azaltabilir ve bu da zaman kazandırır, atık miktarını düşürür. Örneğin otomotiv sektöründeki firmalar için bu alanda uzmanlaşmış şirketlerin sunduğu seçenekleri incelemek faydalı olabilir. Sağlam ve güvenilir otomotiv bileşenleri için shaoyi Metal Technology'den özel dövme hizmetleri , sektör için yüksek kaliteli sıcak dövme konusunda uzmanlaşmış olan şirketi inceleyebilirsiniz.

Son olarak, yüzey kaplaması özellikleri dikkatlice göz önünde bulundurulmalıdır. Standart "imal edildiği gibi" yüzey kaplaması en maliyet etkin seçenektir. Daha pürüzsüz yüzeyler istenmesi ek talaşlı imalat işlemleri veya boncuk patlatma ya da parlatma gibi ikincil işlemler gerektirir ve her biri maliyeti artırır. Aynı parçanın farklı yüzeylerine farklı yüzey kaplamaları belirtmek daha da maliyetlidir çünkü bu işlem maskelerin kullanılmasını ve birden fazla işlemi içerir. Fonksiyonel olarak gerekli olan yerlere özel bir yüzey kaplaması uygulamak, maliyetleri düşürmenin basit ancak etkili bir yoludur.

Sıkça Sorulan Sorular

1. CNC işleme maliyetini nasıl azaltabilirsiniz?

CNC işleme maliyetlerini azaltmak, tasarım optimizasyonu, malzeme seçimi ve süreç sadeleştirmenin birleşimini gerektirir. Temel stratejiler şunları içerir:

• Geometriyi Basitleştirin: Karmaşık eğrilerden, derin cep yuvalarından ve ince duvarlardan kaçının.
• Köşe Yarıçapları Ekleyin: Daha hızlı imalat sağlayabilmek için iç köşelere mümkün olduğunca büyük yarıçaplar kullanın.
• Standart Özellikleri Kullanın: Özel kesici takımlara ihtiyaç duyulmaması için delikleri ve dişleri standart ölçülerde tasarlayın.
• Toleransları Gevşet: İşlevselliği buna bağlı olan kritik özelliklerde sadece dar toleranslar belirtin.
• İşlenebilir Malzemeler Seçin: Alüminyum 6061 gibi hızlıca işlenebilen malzemeler seçin.
• Montaj Aşamalarını En Aza İndirin: Parçaları, tüm özelliklere mümkün olduğunca az makine yönelimiyle erişilecek şekilde tasarlayın.

2. Torna parçalarının tasarımında dikkate alınması gereken hususlar nelerdir?

Torna parçalarının temel tasarım hususları, üretilebilirliği ve maliyet etkinliğini sağlamaya odaklanır. Bu, kesme aletleri tarafından işlenebilirlik açısından parçanın geometrisinin basitliğinin ve erişilebilirliğinin değerlendirilmesini içerir. Tasarımcılar, tamamen keskin iç köşelerin oluşturulamaması gibi imalat sürecinin sınırlamalarını dikkate almalıdır. Diğer önemli hususlar arasında fonksiyonel gereksinimlere ve işlenebilirliğe göre malzeme seçimi, uygun tolerans uygulamaları ve delikler ile dişler gibi özelliklerin standart spesifikasyonlara göre tasarımı yer alır. Son olarak, tasarımcılar parçanın üretiminde gerekli olan tezgah kurulum sayısını en aza indirmeyi hedeflemelidir.