При обработке на станке с числовым программным управлением (ЧПУ), независимо от того, хотите ли вы создать единичную деталь или перейти к крупносерийному производству, основным приоритетом часто является снижение производственных затрат. Просто следуя правилам проектирования с учетом обрабатываемости, можно производить детали, которые будут соответствовать требованиям функциональности.
В этой статье представлены подробные советы, которые помогут оптимизировать вашу конструкцию детали и технологию ее изготовления. Мы начнем с изучения того, на что влияет стоимость обработки на ЧПУ . Затем мы представляем исчерпывающие рекомендации, предлагая проверенные советы по конструкции, чтобы снизить стоимость изготовления детали.
Сколько стоит обработка на ЧПУ?
Стоимость определяется следующими факторами:
Время обработки : чем дольше обрабатывается деталь, тем она дороже. Время обработки часто является основным источником затрат в ЧПУ, особенно для крупномасштабных производств, где простые конструкторские ошибки могут уменьшить экономию на масштабе.
Начальные затраты: связанные с подготовкой файлов автоматизированного проектирования (САПР) и планированием процессов, начальные затраты значительны для небольших объемов. К счастью, они тоже исправлены. Если конструкция и обработка поверхности подходят для масштабирования затрат, вы можете снизить цену за единицу, применив принципы экономии на масштабе .
Другие производственные затраты: для определения жестких допусков или проектирования деталей с особенностями, которые трудно поддаются обработке на станке на ЧПУ (например, очень тонкие стенки), вам может потребоваться специальный инструмент, более строгий контроль качества и большее количество этапов обработки при более низкой скорости обработки. Это также влияет на общее время производства и стоимость.
Стоимость материала: Цена на сыпучий материал и простота обработки этого материала сильно влияют на общую стоимость на ЧПУ. Оптимизация конструкции при тщательном рассмотрении материала может снизить затраты.
Понимая, что влияет на стоимость обработки на ЧПУ, мы можем оптимизировать конструкция, чтобы снизить расходы.
Как снизить стоимость обработки на ЧПУ
1. Добавьте радиус во внутренние вертикальные кромки.
Добавьте внутренние радиусы по углам, которые составляют не менее одной трети глубины полости.
Все фрезерные инструменты имеют цилиндрическую форму и образуют радиус при резке края кармана. Угловой радиус можно уменьшить, используя инструмент меньшего диаметра. Это требует нескольких проходов на более низкой скорости, потому что более мелкие инструменты не могут удалить материал так же быстро, как более крупные, всего за один проход. Это увеличивает время и стоимость обработки.
Чтобы минимизировать стоимость:
Добавьте радиус не менее одной трети глубины полости - чем больше, тем лучше.
Используйте одинаковый радиус для всех внутренних кромок, чтобы исключить необходимость смены инструмента.
На дне полости используйте меньший радиус (0,5 или 1 мм) или вообще не используйте радиус.
Полезно знать : в идеале радиус угла должен быть немного больше, чем радиус инструмента, используемого для обработки полости. Это снижает нагрузку на инструмент и, как следствие, стоимость изготовления. Например, если в вашей конструкции есть полость глубиной 12 мм, добавьте радиус 5 мм (или больше) по углам. Это позволяет инструменту диаметром 8 мм резать с большей скоростью.
Совет от профессионала: если вам нужны внутренние края с острыми углами (например, когда деталь прямоугольной формы должна поместиться в полости), вместо уменьшения радиуса внутренней кромки используйте форму с поднутрениями, как показано на изображении ниже.
2. Увеличиваем толщину тонких стенок.
Увеличьте толщину тонких стенок, чтобы сократить время обработки.
Если вес не является серьезной проблемой, производите толстые сплошные секции, потому что они более устойчивы и дешевле в обработке. Чтобы избежать деформации или трещин при обработке тонкой стенки, используйте несколько проходов на малой глубине резания. Тонкие детали также очень подвержены вибрациям, поэтому их точная обработка является сложной задачей и значительно увеличивает время обработки.
Чтобы минимизировать стоимость:
Для металлических деталей толщина стенок должна превышать 0,8 мм - чем толще, тем лучше.
Для пластиковых деталей минимальная толщина стенок должна быть не менее 1,5 мм.
Полезно знать: минимальная толщина стенки, которая может быть достигнута для металлов, составляет 0,5 мм. Для пластика это 1 мм. В каждом конкретном случае оценивайте обрабатываемость таких деталей.
Важно: тонкие стенки часто являются проблемой при размещении отверстий (и резьбы) очень близко к краю детали. Учитывайте это при проектировании для обработки на ЧПУ.
3. Ограничьте максимальную длину резьбы до трех диаметров отверстия.
Использование более длинной резьбы, чем это необходимо, может увеличить стоимость деталей на ЧПУ, поскольку может потребоваться специальный инструмент. Резьба, длина которой превышает диаметр отверстия более чем в 1,5 раза, не увеличивает прочность соединения.
Чтобы минимизировать стоимость:
Создавайте резьбу с максимальной длиной, в три раза превышающей диаметр отверстия.
Для резьбы в глухих отверстиях добавьте не менее половины диаметра длины без резьбы на дно отверстия.
4. Используйте стандартный размер отверстия.
Отверстия можно быстро и с большой точностью обработать на станке на ЧПУ с помощью стандартных сверл. Для нестандартных размеров требуется дополнительный этап обработки, который увеличивает стоимость. По возможности используйте сквозные отверстия вместо глухих, потому что их легче обрабатывать.
Ограничьте глубину отверстий четырехкратным их диаметром. Могут быть изготовлены более глубокие отверстия (до 10 диаметров), но они, вероятно, увеличат стоимость, поскольку требуют больше времени на обработку.
Чтобы минимизировать стоимость:
Спроектируйте отверстия диаметром с шагом 0,1 мм для диаметров до 10 мм. Для тех, кто превышает 10 мм, используйте шаг 0,5 мм.
При проектировании в дюймах используйте условные доли дюйма или обратитесь к таблице размеров сверл в долях мм.
5. Указывайте допуски только при необходимости.
Определение жестких допусков увеличивает стоимость обработки элемента, поэтому это следует делать только в случае крайней необходимости. Если конкретный допуск не указан на техническом чертеже, детали обрабатываются с использованием стандартного допуска (± 0,125 мм или лучше). Этого достаточно для большинства некритичных размеров.
Чтобы минимизировать стоимость:
Устанавливайте более жесткие допуски только тогда, когда это абсолютно необходимо.
Определите одну точку привязки (например, поперечное сечение двух кромок) как ссылку для всех размеров с допусками.
6. Сведите к минимуму количество настроек станка.
Создавайте детали, которые можно обрабатывать на минимально возможном количестве станков. В идеале используйте только одну настройку. Например, деталь с глухими отверстиями с обеих сторон должна быть обработана в двух установках, потому что ее нужно повернуть для доступа к обеим сторонам.
7. Не используйте мелкие детали с большим соотношением сторон ширины к высоте
Мелкие детали с большим соотношением сторон ширины к высоте подвержены вибрации, поэтому их сложно точно обрабатывать.
Чтобы минимизировать стоимость:
Конструктивные особенности с соотношением сторон ширины к высоте менее четырех.
Добавьте распорки вокруг небольших элементов или прикрепите их к стене, чтобы повысить их жесткость.
8. Добавление текста на поверхность деталей на ЧПУ увеличивает стоимость.
Добавление текста на поверхность детали, обработанной на станке на ЧПУ, может значительно увеличить стоимость, поскольку требует дополнительных этапов обработки, что занимает больше времени. Методы обработки поверхности, например окраска, являются более экономичным способом добавления текста на поверхность детали, обработанной на станке.
Чтобы минимизировать стоимость:
Удалите весь текст и надписи с деталей, обработанных на станке.
Если необходим текст, выберите выгравированный вместо тисненых букв.
Используйте шрифт без засечек размером не менее 20 (например, Arial или Verdana).
9. Учитывайте обрабатываемость материала.
Обрабатываемость - легкость, с которой материал можно разрезать. Чем выше обрабатываемость, тем быстрее можно обрабатывать материал на ЧПУ, что снижает стоимость. Обрабатываемость зависит от физических свойств каждого материала. Как правило, чем мягче и пластичнее материал, тем легче его обрабатывать.
Латунь - это сплав с высочайшей обрабатываемостью, с высокой скорость обработки. Алюминиевые сплавы можно очень легко обрабатывать, хотя с несколько меньшие скоростями.
Обработка нержавеющей стали в 10 раз ниже, чем у алюминия, и на ее обработку уходит как минимум в два раза больше времени. Разные марки стали имеют разную обрабатываемость. Например, нержавеющая сталь имеет индекс обрабатываемости 45 процентов, а нержавеющая сталь (сплав с очень похожим химическим составом) имеет индекс 78 процентов, что упрощает обработку.
Обрабатываемость пластмасс в основном зависит от их термических свойств и жесткости, поскольку они склонны к плавлению и изгибу во время обработки.
POM (Derlin) - пластик, который легче всего обрабатывать, в то время как ABS занимает второе место. PEEK и нейлон - обычные инженерные пластмассы, которые сложнее обрабатывать.
Чтобы минимизировать стоимость:
Если у вас есть возможности, выберите материал с лучшей обрабатываемостью, особенно для крупных заказов.
10. Учитывайте цену сыпучих материалов.
Цена на сыпучий материал - еще один фактор, который может сильно повлиять на стоимость деталей, обработанных на станках на ЧПУ. В таблице ниже приведены цены на металлические сплавы и пластмассы, обычно используемые в ЧПУ, для листа размером 150 x 150 x 25 мм .
|
Материал |
Цена |
|
Алюминий 6061 |
25 долларов США |
|
Алюминий 7075 |
80 долларов США |
|
Нержавеющая сталь 304 |
90 долларов США |
|
Нержавеющая сталь 303 |
150 долларов США |
|
C360 латунь |
148 долларов США |
|
АБС |
17 долларов США |
|
Нейлон 6 |
30 долларов США |
|
ПОМ (Дерлин) |
27 долларов США |
|
PEEK |
300 долларов США |
Алюминий на сегодняшний день является наиболее экономичным способом создания металлических деталей из-за его низкой стоимости и очень хорошей обрабатываемости.
Металлы, которые обеспечивают большую обрабатываемость, такие как нержавеющая сталь и латунь, стоят дороже и поэтому лучше подходят для крупносерийного производства. В этом случае играет роль эффект масштаба, поскольку более высокая стоимость материала перевешивается гораздо более коротким временем обработки.
Что касается пластмасс, АБС, нейлон и ПОМ (Дерлин) стоят примерно столько же, сколько алюминий. Однако их труднее обрабатывать, поэтому ожидайте более высоких затрат. PEEK - очень дорогой материал, и его следует использовать только в случае крайней необходимости.
Чтобы минимизировать стоимость:
Выбирайте материал с низкой оптовой ценой, особенно для небольших заказов.
11. Избегайте многократной обработки поверхности.
Обработка поверхности улучшает внешний вид деталей, обработанных на станках на ЧПУ, и их устойчивость к суровым условиям окружающей среды, но также увеличивает стоимость. Требование обработки нескольких поверхностей одной и той же детали еще больше увеличивает стоимость, поскольку требует дополнительных действий (например, маскирования поверхностей).
Чтобы минимизировать стоимость:
Выберите качество обработки поверхности «как обработано».
Заказывайте несколько вариантов обработки поверхности только в случае крайней необходимости.
12. Учитывайте припуск заготовки.
Размер заготовки должен быть примерно на 3 мм больше, чем размер детали.
Размер заготовки, то есть исходный материал, может повлиять на общую стоимость. Как показывает практика, заготовка должна быть как минимум на 3 мм больше торцевой части. Для обеспечения точности необходимо удалить часть материала со всех краев детали.
В качестве примера того, как размер заготовки влияет на ценообразование в ЧПУ, рассмотрите возможность разработки детали с габаритами 30 x 30 x 30 мм. Эти размеры потребуют использования более крупной заготовки, которая в данном случае обычно вырезается из листа толщиной 35 мм. Однако, если деталь имела габариты 27 x 27 x 27 мм, можно было бы использовать 30-миллиметровый лист, сэкономив много материала.
Чтобы минимизировать стоимость:
Конструируйте детали, размер которых на 3 мм меньше стандартного размера заготовки.
13. Воспользуйтесь эффектом масштаба.
При обработке на ЧПУ количество сильно влияет на цену единицы. Это связано с тем, что начальные затраты относительно высоки, а в небольших количествах они составляют значительную часть стоимости. Однако при больших количествах удельные затраты снижаются.
Падение цены за единицу почти экспоненциально, а это означает, что даже увеличение объема с одного до пяти может снизить цену за единицу вдвое. Кроме того, заказ очень больших объемов (> 1000 деталей) снижает цену за единицу в 5-10 раз.
Чтобы минимизировать стоимость:
Воспользуйтесь эффектом масштаба, заказывая большее количество деталей.
Лучшие рекомендации для снижения затрат обработки на ЧПУ
Сделайте вашу обработку на ЧПУ простой.
В ЧПУ сложность имеет высокую цену. Геометрия, требующая специального инструмента или приспособлений, нескольких настроек станка или специальных материалов, стоит дороже.
Поэтому, чтобы снизить затраты, прежде чем подавать заявку на расчет стоимости, задайте следующие вопросы:
Оптимизирована ли моя деталь с учетом рекомендаций по обрабатываемости?
Все ли функции в моей модели абсолютно необходимы? Или я могу удалить или упростить конструктивные элементы, сохранив при этом полную функциональность детали?
Можно ли разделить мою конструкцию на несколько деталей, которые проще обработать на станке на ЧПУ и собрать позже?
Есть ли способ изменить мою конструкцию, чтобы исключить необходимость использования нескольких станков или специального инструмента?
Есть ли менее дорогой или более простой в обработке материал, который может удовлетворить мои конструкционные требования?
Настоящее и будущее обработки на ЧПУ
Возможности обработки на ЧПУ постоянно расширяются. Например, последние достижения в области станков ЧПУ позволяют современным системам нарезать отверстия по всей их длине, а отверстия любого диаметра можно обрабатывать на ЧПУ без значительного влияния на цену с помощью погружного инструмента и интерполяции профиля (т. е. спиральная траектория инструмента).
В этой статье мы сосредоточились на общих советах по проектированию с учетом технологичности, которые имеют универсальное применение, независимо от того, какая система ЧПУ используется. Интерпретируйте эти советы, чтобы более эффективно разрабатывать детали.
