Полное руководство по обработанным деталям

Механически обработанные детали повсюду, и легко понять, почему:обработка на станках с ЧПУ подходит для целого ряда металлов и пластмасс, а обработанные детали можно изготавливать быстро и недорого, не требуя инструментов.

С 3ERP вы можете получить обработанные детали и прототипы по разумным ценам в короткие сроки, и у нас есть опыт работы с клиентами из различных секторов. Но почему вы должны выбирать механически обработанные детали, а не формованные или напечатанные на 3D-принтере? Иногда выбор очевиден, но иногда определиться сложнее. И как вы на самом деле проектируете детали для механической обработки, самостоятельно или на стороне производителя?

В этом руководстве рассматриваются основы обрабатываемых деталей:что это такое, зачем они нужны компаниям, лучшие материалы для обработки, типичные допуски для обрабатываемых деталей, как проектировать обработанные детали и многое другое.

Что такое обработанные детали?

Механически обработанные детали повсюду. От крошечных металлических крепежей до компонентов авиационных двигателей — все виды деталей были созданы с использованием процесса механической обработки. Но что такое механическая обработка и что, следовательно, является обработанной деталью?

Когда мы говорим об обработанных деталях, мы имеем в виду нечто более конкретное, чем объекты, построенные с использованием машин. Имеются в виду именно детали, изготовленные методом резки машины, такие как мельницы , токарные станки и маршрутизаторы . Все эти машины работают по-разному, но основная цель у них одна:использование острого режущего инструмента. , они вырезают участки из блока материала, известного как заготовка.

Даже в рамках этого определения обработанные детали могут быть сформированы по-разному. Процесс механической обработки может быть ручным , при котором машинист (квалифицированный профессиональный оператор обрабатывающего оборудования) обращается с машиной, как с мельницей, чтобы вручную обрезать заготовку до желаемой формы. Или это может быть цифровой , и в этом случае моторизованный станок с ЧПУ автоматически вырезает обработанные детали в соответствии с инструкциями компьютера.

В настоящее время большинство сложных или изготовленных по индивидуальному заказу деталей изготавливаются на станках с ЧПУ, но машинисты по-прежнему выполняют ручную обработку для определенных работ, поскольку это может быть быстрее, чем создание цифрового проекта и программирование цифрового оборудования.

Механически обработанные детали могут быть металлическими или пластиковыми (иногда и из других материалов), но они должны быть изготовлены из материала, который можно резать без существенной деформации.

Иногда детали обрабатываются после изготовления с использованием другого производственного процесса. Например, литые или формованные изделия могут иметь определенные детали или элементы, обработанные на более позднем этапе. Их можно охарактеризовать как частично обработанные детали или детали после механической обработки.

Зачем использовать обработанные детали?

Существует множество причин, по которым компании, дизайнеры продуктов, отделы исследований и разработок и другие специалисты могут использовать механически обработанные детали, и многие из конкретных преимуществ механически обработанных деталей описаны в следующем разделе.

Короче говоря, обработанные детали обладают превосходной прочностью, поскольку они построены из цельных блоков материала, и им можно придать широкий диапазон форм и толщин. Они могут иметь очень подробные характеристики и могут быть изготовлены из очень широкого спектра материалов. Небольшие количества обработанных деталей могут быть изготовлены быстро, поскольку они не требуют инструментов, а допуски могут быть очень жесткими, если скорость обработки снижается.

Компании также могут использовать механически обработанные детали, потому что механическая обработка — это проверенная технология производства, которая десятилетиями была отраслевым стандартом. Таким образом, обработанные детали, скорее всего, будут соответствовать отраслевым стандартам и сертификатам.

Преимущества механически обработанных деталей

Механически обработанные детали предлагают определенные преимущества, которые могут быть недоступны, например, при литье под давлением или 3D-печатных деталях. Здесь перечислены некоторые ключевые преимущества механически обработанных деталей.

1. Нет минимального заказа

Одним из основных преимуществ обработанных деталей является возможность приобрести их без минимального количества заказа.

Для формованных деталей необходимо изготовить металлические инструменты — процесс, который занимает много времени и обычно стоит десятки тысяч долларов. Однако обработанные детали вырезаются непосредственно из заготовки, что делает экономически выгодным заказ очень небольших партий или даже единичных деталей.

Конечно, если требуется очень большое количество (пластиковых) деталей, литье может быть лучшим предложением. Но механическая обработка практически уникальна тем, что предлагает высококачественные детали без минимального заказа, что делает ее подходящей для небольших компаний, небольших производственных циклов и прототипирования.

2. Хорошие прототипы

Некоторые компании предпочитают заказывать прототипы, изготовленные методом литья под давлением, но, как правило, только крупные компании могут себе это позволить. Стоимость инструментов может сделать прототипирование непомерно дорогим.

Механически обработанные детали подходят и доступны в качестве прототипов, потому что они могут быть изготовлены в единственном экземпляре. Механическая обработка также выполняется намного быстрее, чем литье, а это означает, что отделы исследований и разработок могут быстро итерировать несколько версий детали, а затем подвергать ее всем необходимым испытаниям или оценке, прежде чем переходить к производству.

Универсальность обработки материалов также означает, что компании могут, например, заказывать обработанные детали из нескольких различных металлических сплавов или композитных пластиков, чтобы увидеть, какой из них лучше всего работает в условиях испытаний.

3. Свобода дизайна

Механически обработанные детали могут иметь самые разнообразные формы и размеры. Это связано с тем, что обработка с ЧПУ не связана с экстремальными ограничениями конструкции литья, такими как тонкие стенки и сужение; обработанные детали могут быть толстыми и прочными, но их элементы также могут быть тонкими и детализированными.

Хотя механически обработанные детали имеют некоторые ограничения, например, в отношении внутренних сечений и глубоких каналов, механическая обработка по-прежнему представляет собой один из самых геометрически гибких производственных процессов.

С другой стороны, формованные детали должны иметь тонкие стенки и в целом соответствовать более строгим критериям проектирования.

Даже 3D-печать, которую обычно считают одной из лучших производственных технологий с точки зрения свободы дизайна, имеет ограничения, такие как отсутствие выступов. (Кроме того, для более сложных и обширных проектов могут потребоваться обширные вспомогательные структуры, которые необходимо удалить с помощью дорогостоящих этапов постобработки.)

4. Качество

Механически обработанные детали могут быть изготовлены на очень высоком уровне. Возможно, что более важно, клиенты могут указать допуски, которые должны соблюдаться оператором. Это означает, что слесарь или оператор станка может уделять больше времени деталям с жесткими допусками и отдельным элементам.

Хотя пресс-формы для литья под давлением также могут быть изготовлены с жесткими допусками, каждое отдельное литье не может соответствовать таким высоким стандартам. Отливки, изготовленные ближе к концу срока службы пресс-формы, могут не иметь определения более ранних единиц.

5. Время выполнения

Механически обработанные детали можно изготавливать быстрее, чем детали, изготовленные с помощью других производственных процессов, таких как литье.

Отчасти это связано с отсутствием трудоемкой оснастки, но сам производственный процесс также очень эффективен:некоторые из более быстрых обрабатывающих центров, оснащенных линейными направляющими, имеют высокую скорость около 4000 сантиметров в минуту (хотя на самом деле детали не должны обрабатываться). обработаны на этих скоростях).

Одноэтапный характер обработки и скорость обрабатывающих центров с ЧПУ в сочетании делают обработанные детали одними из самых быстрых в изготовлении (в небольших объемах), сокращая время выполнения заказа для более быстрого выхода на рынок и практического быстрого прототипирования.

6. Изменения

Поскольку детали, обработанные на станке с ЧПУ, изготавливаются из цифрового файла САПР, в этот цифровой проект можно вносить изменения вплоть до момента изготовления.

Это полезно во время исследований и разработок и создания прототипов, когда инженерам может потребоваться внести частичные корректировки в обработанную деталь или создать несколько версий. Это также снижает вероятность брака, поскольку с меньшей вероятностью будут изготовлены дефектные детали.

Это значительное преимущество механически обработанных деталей по сравнению с формованными деталями:оснастку нельзя легко заменить, а создание новой пресс-формы было бы огромной тратой денег, если требуется изменение в последнюю минуту.

7. Сила

Механически обработанные детали вырезаются из цельных кусков материала, известных как заготовки, которые обычно отливаются или выдавливаются. Это делает их очень прочными по сравнению, например, с напечатанными на 3D-принтере деталями, которые могут быть намного слабее вдоль одной оси, где один слой накладывается на другой.

Многие обработанные детали также прочнее, чем их литые аналоги, поскольку формованные детали должны иметь тонкие стенки и, следовательно, их механические характеристики ограничены.

8. Отделка поверхности

Механически обработанные детали позволяют избежать проблем с качеством поверхности, связанных с литьем, таких как линии потока, струйная обработка и заусенцы на линии разъема. При умеренной постобработке обработанные детали могут быть доведены до очень высокого качества с точки зрения чистоты поверхности.

Механическая обработка также обеспечивает гораздо более высокое качество поверхности по сравнению с 3D-печатью даже до того, как будет выполнена какая-либо постобработка. 3D-печать, особенно FDM-печать, может оставлять видимые линии слоев на поверхности детали, которые необходимо сгладить с помощью шлифовки или химической обработки. Механически обработанные детали не имеют этих линий слоев.

Как проектировать обработанные детали

Всегда лучше использовать дизайн для производства (DfM ) принципы:проектирование деталей на основе производственного процесса, который будет использоваться. Детали для механической обработки должны проектироваться иначе, чем, например, детали для 3D-печати.

К счастью, механически обработанные детали не особенно сложны в проектировании — просто при соблюдении определенных правил. Эти правила описаны ниже.

Подрезы

Поднутрения — это надрезы в заготовке, которые невозможно выполнить с помощью стандартных режущих инструментов (поскольку часть детали мешает). Для них требуются специальные режущие инструменты — например, Т-образные — и особые конструктивные особенности.

Поскольку режущие инструменты изготавливаются стандартных размеров, размеры подрезов должны быть в целых миллиметрах, чтобы соответствовать инструменту. (Для стандартных резов это не имеет значения, так как инструмент может перемещаться вперед и назад с небольшим шагом.)

Ширина поднутрения может варьироваться от 3 до 40 мм, в зависимости от режущего инструмента, при этом глубина поднутрения может в два раза превышать ширину.

Если можно вообще избежать поднутрений, детали можно будет изготавливать гораздо быстрее и с меньшими усилиями.

Толщина стенки

В отличие от формованных деталей, которые деформируются при слишком толстых стенках, обработанные детали не могут обрабатывать особо тонкие стенки. Дизайнерам следует избегать тонких стенок или использовать такой процесс, как литье под давлением, если тонкие стенки являются неотъемлемой частью конструкции.

При механической обработке толщина стенок должна быть не менее 0,8 мм (металл) или 1,5 мм (пластик).

Выступы

Как и в случае с тонкими стенками, высокие выступающие секции трудно обрабатывать, так как вибрации режущего инструмента могут повредить секцию или привести к снижению точности.

Выступающий элемент должен иметь высоту, не превышающую его ширину в четыре раза.

Полости, отверстия и резьба

При проектировании обрабатываемых деталей важно помнить, что отверстия и полости зависят от режущих инструментов.

Полости и карманы могут быть обработаны в детали на глубину, в четыре раза превышающую ширину полости. Более глубокие полости обязательно будут иметь скругления — закругленные, а не острые края — из-за требуемого диаметра режущего инструмента.

Отверстия, которые делаются сверлами, также должны иметь глубину не более чем в четыре раза превышающую ширину сверла. А диаметры отверстий должны по возможности соответствовать стандартным размерам сверл.

Резьба, используемая для крепления крепежных деталей, таких как винты, не обязательно должна быть глубже, чем в три раза больше диаметра.

Масштаб

Детали, обработанные на станке с ЧПУ, ограничены в размерах, поскольку они изготавливаются в пределах рабочей зоны станка. Размеры фрезерованных деталей должны быть не более 400 х 250 х 150 мм; токарные детали должны иметь размеры не более Ø 500 мм x 1000 мм.

Для больших машин возможны большие размеры, но это следует обсудить с механиком перед изготовлением.

Материалы обрабатываемых деталей

Механически обработанные детали могут быть изготовлены из различных материалов, включая металлы и пластмассы.

Однако некоторые материалы легче обрабатывать, чем другие. Очень твердые материалы трудно прорезать режущим инструментом, что может привести к усилению вибрации инструмента (следовательно, к снижению качества). Очень мягкие материалы и материалы с очень низкой температурой плавления могут деформироваться при контакте с режущим инструментом.

Ниже перечислены наиболее распространенные материалы обрабатываемых деталей. Другие материалы также могут быть обработаны по запросу производителя.

Металл :алюминий, сталь, нержавеющая сталь (17-4, инконель 625 и 718), магний, титан, цинк, латунь, бронза, медь.

Пластик :АБС, ПК, АБС+ПК, ПП, ПС, ПОМ, ПММА (акрил), PAGF30, PCGF30, тефлон, DHPE, HDPE, PPS, PEEK. (Реже:PA GF50, PPS GF50.)

Поверхность обработанной детали

Обработанные детали можно обрабатывать после механической обработки, чтобы изменить текстуру их поверхности и внешний вид. Отделка может быть как функциональной, так и косметической.

По состоянию на механическую обработку :отделка поверхности не добавлена. Это подходит для многих внутренних, не косметических функциональных компонентов.

Дробеструйная обработка :Процесс дробеструйной обработки включает в себя воздействие абразивным материалом на обрабатываемую деталь, придающую ей матовый вид. Процесс можно регулировать, чтобы придать определенный уровень шероховатости. Он может не подходить для мелких деталей, поскольку дробеструйная обработка удаляет материал и, следовательно, влияет на геометрию обрабатываемых деталей.

Анодированный :процесс электролитической пассивации анодирования подходит для обработанных алюминиевых деталей, создавая устойчивое к царапинам цветное покрытие. Анодирование типа II создает коррозионно-стойкое покрытие; Тип III толще и обеспечивает износостойкость в дополнение к коррозионной стойкости.

Порошковое покрытие : Во время нанесения покрытия порошковая краска (цвет по выбору дизайнера) распыляется на обработанную деталь, которая затем запекается в печи. Это создает прочный, износостойкий и устойчивый к коррозии слой, который более долговечен, чем стандартные лакокрасочные покрытия.

Допуски на обрабатываемую деталь

Механически обработанные детали могут быть изготовлены с жесткими допусками, что может быть необходимо для критически важных механических деталей, взаимодействующих с другими компонентами. Для прототипов и немеханических деталей могут быть выбраны более низкие допуски.

			Стандарт допуска
Рычаг допуска			Общий диапазон размеров
Технические характеристики	<<3,>0,5	<<6,>3	<<30,>6	<<120,>30	<<400,>120	<<1000,>400	<<2000, >1000
F	±0,05	±0,05	±0,1	±0,15	±0,2	±0,3	±0,5
М	±0,1	±0,1	±0,2	±0,3	±0,5	±0,8	±1,2
C	±0,2	±0,3	±0,5	±0,8	±1,2	±2	±3
V	–	±0,5	±1	±1,5	±2,5	±4	±6

Применение механически обработанных деталей

Механически обработанные детали используются практически во всех отраслях промышленности, от аэрокосмической до медицины. Ниже перечислены некоторые популярные повседневные и не зависящие от отрасли детали, за которыми следуют области применения в конкретных отраслях.

Общие обработанные детали:

• Крепеж
• Корпуса клапанов
• Шаровые шарниры
• Шестерни
• Штанги
• Жилье
• Квадратные скобки
• Ролики

Аэрокосмическая промышленность

Обрабатываемые аэрокосмические детали включают компоненты прототипа двигателя, топливные панели, компоненты шасси и опоры двигателя.

Автомобилестроение

Автомобильные механически обработанные детали включают в себя компоненты функционального тестирования, такие как системы освещения, двигателя, трансмиссии и рулевого управления, а также одноразовые детали, изготовленные по индивидуальному заказу.

Медицина

Механически обработанные детали из титана и нержавеющей стали включают имплантаты, медицинские устройства и хирургические инструменты, такие как скальпели.

Потребительские товары

Механически обработанные детали встречаются в предметах домашнего обихода и бытовой технике. Спортивное оборудование также может быть обработано на станках с ЧПУ, в то время как многие механически обработанные металлические и пластиковые компоненты используются в бытовой электронике. Такие элементы, как корпуса ноутбуков, разъемы и розетки, могут быть подвергнуты механической обработке.

Как передать обработанные детали на аутсорсинг

Крупные и малые производители оборудования часто передают свои потребности в обработке с ЧПУ специалисту. Даже для прототипов часто имеет смысл использовать стороннюю компанию по обработке с ЧПУ, а не собственное решение, из-за производственных площадей и человеческих навыков, необходимых для работы с обрабатывающим оборудованием.

Выбор производителя для изготовления механически обработанных деталей может показаться сложной задачей, но если сосредоточиться на следующих факторах и методах, это может упростить задачу.

• Сертификаты :Сертификаты ISO, в частности, являются хорошим ориентиром для определения компетентных обрабатывающих компаний, хотя они не информируют вас о масштабах возможностей компании.
• Из уст в уста :поговорите с другими производителями оборудования, которые заключили контракты с производителями в регионе, и узнайте об их опыте аутсорсинга механических деталей.
• Информация о спросе :Как только вы установили контакт с компанией, продолжайте задавать вопросы, пока не убедитесь, что они знают, как выполнить ваш проект. Если они не могут дать вам четкого ответа, вероятно, они не подходят для аутсорсинга.
• Посетите фабрики :Если возможно, посетите своего потенциального партнера по аутсорсингу, чтобы узнать, как он обрабатывает детали. В некоторых случаях можно нанять агента-производителя для организации посещения нескольких объектов в заданном регионе.
• Запросы предложений :отправьте запрос запроса нескольким обрабатывающим компаниям, включенным в предварительный список, чтобы узнать, кто может предложить лучшую цену.

Когда дело доходит до организации производства механических деталей на стороне, может оказаться полезным следовать следующим советам.

• Следуйте рекомендациям DFM :убедитесь, что дизайн вашей цифровой детали соответствует рекомендациям по обработке:отсутствие тонких стенок, отверстий ограниченной глубины и т. д.
• Использовать универсальные стандарты :отправьте полный технический чертеж вместе с цифровыми файлами, чтобы устранить двусмысленность, и используйте универсальные стандарты, чтобы избежать недопонимания.
• Соглашение о неразглашении :подпишите соглашение о неразглашении при передаче обработанных деталей на аутсорсинг. Это юридически запрещает производителю раскрывать или повторно использовать ваши дизайны.
• Учитывайте время доставки :Запчасти на стороне поставляются дольше, чем внутри компании, поэтому учитывайте время доставки, если работаете в сжатые сроки.
• Подготовка к оплате :при первом заказе производители, вероятно, потребуют предоплату, хотя вы можете оформить заказ в кредит для последующих заказов.