Снижение затрат на ЧПУ обработку: экспертные советы для точных деталей

ЧПУ обработка — это устоявшийся цифровой производственный процесс, который может производить высокоточные детали с отличными физическими свойствами напрямую из CAD файлов.

Стоимость обработки на станках с ЧПУ может сильно варьироваться в зависимости от назначения. Независимо от того, создаете ли вы отдельный прототип или готовитесь к массовому производству, необходимо проверить общий бюджет проекта перед заказом.

Расчет стоимости ЧПУ обработки кажется очень сложным. Нужно учитывать многие факторы, по сравнению с другими методами производства, итоговая оценка стоимости более трудная.

Поэтому мы сначала проанализируем, какие факторы влияют на ЧПУ обработку. Затем предоставим некоторые выполнимые рекомендации по этим факторам, которые доказали свою эффективность в снижении стоимости деталей ЧПУ обработки. Осведомленность об этих факторах на ранней стадии цикла разработки позволяет минимизировать затраты без необходимости платить высокую цену.

Стоимость проектирования

ЧПУ обработка улучшается и развивается каждый год, поэтому становится сложнее каждый год. В результате, следование вызовам проектирования деталей может быть проблемой. Однако, внося некоторые относительно простые изменения в дизайн детали или выбор материала, можно улучшить функциональность, снижая стоимость обработки деталей. Консультация с опытным механиком или инженером на этапе проектирования может увеличить начальную стоимость проекта, но сэкономит еще больше в долгосрочной перспективе.

Вот список соображений, которые стоит иметь в виду:

Допуски: Чем меньше допуск, тем выше стоимость

Размер и глубина отверстий: Глубокие, маленькие отверстия обрабатываются медленно и точно, и склонны к поломке инструмента.

Внутренний диаметр: Чем меньше диаметр, тем меньше фреза требуется для его создания. Чем меньше фреза, тем ниже скорость обработки. В допустимом диапазоне увеличьте диаметр отверстия максимально возможным.

Глубина резки: Как и отверстия, чрезвычайно глубокие карманы требуют больше времени на обработку и могут требовать специально заказанных инструментов, увеличивая затраты.

Толщина стенок: Тонкие стенки требуют дополнительной осторожности. Рекомендуемый абсолютный минимум — 1,0 мм для пластиков и 0,5 мм для металлов.

Подрезки — определенные элементы, такие как канавки для O-кольца или шплинтовые пазы, могут (и часто должны) обрабатываться инструментом, специально сделанным для подрезок.

Как оптимизировать дизайн и минимизировать затраты?

1. Добавьте радиус к внутреннему вертикальному краю

Все фрезы ЧПУ имеют цилиндрическую форму, что создает радиус при резке края полости.

Использование инструмента меньшего диаметра для уменьшения радиуса угла. Это означает, что потребуется несколько проходов на более низкой скорости — более мелкие инструменты не могут удалять материал так быстро, как более крупный инструмент за один проход, что увеличивает время фрезеровки и, следовательно, увеличивает стоимость проекта.

Для снижения затрат эксперты рекомендуют, чтобы радиус угла был немного больше радиуса инструмента, который будет использоваться для обработки кармана. Это может снизить нагрузку на инструмент и еще больше снизить производственные затраты.

2. Ограничьте глубину полостей

Обработка глубоких полостей сильно влияет на стоимость деталей ЧПУ, потому что нужно удалить много материала, что очень затратно по времени.

Длина резания ЧПУ инструментов ограничена: обычно, когда глубина резки составляет до 2-3 диаметров полости, они работают лучше всего. Проектирование более глубокой полости из-за необходимости специальных инструментов или многоосевых систем ЧПУ приводит к увеличению затрат.

3. Увеличьте толщину тонких стенок

Увеличьте толщину тонкой стенки, чтобы сократить время обработки. Если вес не является главным фактором, толстые цельные детали будут более стабильными.

Тонкие детали склонны к вибрации. Чтобы избежать деформации или трещин при обработке тонких стенок, необходимо выполнять многократную обработку на низкой глубине резки, поэтому их трудно точно обработать.

Для металлических деталей проектная толщина стенки должна быть более 0,8 мм (чем толще, тем лучше). Для пластиковых деталей минимальная толщина стенки должна быть выше 1,5 мм. При размещении отверстий или резьб очень близко к краю детали часто сталкиваются с тонкими стенками. При размещении отверстий в вашем дизайне убедитесь, что также следуете вышеуказанным рекомендациям.

4. Ограничьте длину резьбы

Ограничьте максимальную длину резьбы 3-кратным диаметром отверстия. Для резьбы в глухих отверстиях лучше увеличить диаметр минимум на 1/2 на дне отверстия.

Указание резьбы длиннее необходимого может увеличить стоимость деталей ЧПУ, так как может потребоваться специальная оснастка.

5. Проектируйте отверстия стандартного размера

Стандартный размер сверла используется при проектировании отверстия, и ЧПУ отверстие может быть быстро и точно обработано стандартным сверлом. Для нестандартных размеров должна использоваться фреза для обработки отверстия, что увеличивает затраты.

Рекомендуется ограничить глубину всех отверстий 4-кратным диаметром. Если сделать более глубокие отверстия (диаметр до 10-кратного), это увеличит стоимость из-за сложной обработки.

6. Указывайте допуски только при необходимости

Определение строгих допусков увеличит стоимость ЧПУ, потому что это не только увеличивает время обработки, но и требует ручной инспекции. Если конкретный допуск не определен на техническом чертеже, для обработки детали будет использоваться стандартный допуск (±0,125 мм или выше), что достаточно для большинства некритических элементов.

Десятичная точка в размере важна. Они указывают уровень точности и используемый прибор для измерения. Например, две десятичные точки указывают, что механик может использовать штангенциркуль для измерения, в то время как три десятичные точки указывают, что должен использоваться микрометр или эквивалентный КИМ прибор. Для минимизации затрат избегайте добавления лишних десятичных точек к размеру.

7. Держите количество установок станка минимальным

Рекомендуется проектировать детали, которые можно обработать за как можно меньшее количество установок станка, предпочтительно за одну установку.

Поворот или перемещение деталей увеличивает производственные затраты, потому что это обычно делается вручную. Более того, для сложных геометрий могут потребоваться специальные приспособления, что еще больше увеличивает затраты. Особенно сложные геометрии могут требовать многоосевую систему ЧПУ, что еще больше повышает цену.

Можно рассмотреть разделение детали на несколько геометрических форм, которые могут быть обработаны на ЧПУ в одной установке, а затем закреплены болтами или сварены вместе. Это также применимо к деталям с глубокими карманами.

8. Удалите весь текст и надписи

Добавление текста на поверхность деталей ЧПУ обработки может значительно увеличить затраты из-за необходимости дополнительных и трудоемких операций обработки. Если текст необходим, предпочитайте гравировку над выдавливанием, так как последнее требует удаления гораздо большего количества материала.

9. Избегайте (множественных) поверхностных обработок

Поверхностная обработка улучшает внешний вид деталей ЧПУ и повышает их устойчивость к суровым средам, но также увеличивает затраты.

Запрос нескольких разных поверхностных обработок на одной детали еще больше повысит цену, поэтому старайтесь выбирать поверхностную обработку после обработки и требовать множественные поверхностные обработки только при абсолютной необходимости.

Стоимость материалов

Выбор материалов для обрабатываемых деталей влияет на затраты двумя способами: стоимость сырья и стоимость технологичности материала. Некоторые материалы дороже как сырье, чем другие, в то время как другие труднее обрабатывать. Чем ниже технологичность материала, тем дороже он обходится.

Если используемый материал потенциально опасен, необходимы дополнительные меры предосторожности, что увеличивает производственные затраты. Ниже в основном рассматривается стоимость технологичности материалов.

Технологичность относится к легкости резки материала. Чем выше технологичность, тем быстрее материал можно обработать на ЧПУ и тем ниже стоимость.

Медь — хороший электрический проводник, особенно латунь C360 — самый технологичный металл, легко фрезеруется, может обрабатываться на высокой скорости и может иметь именно те механические, химические или проводимые свойства, которые нужны для вашего применения. Но медь намного дороже алюминия. Хотя алюминий составляет около 60% электропроводности меди, экономия веса и стоимости может заставить вас пересмотреть алюминий.

Технологичность стали в 10 раз ниже алюминия, а время обработки минимум в 2 раза выше, чем у алюминия. Обратите внимание, что разные марки стали имеют разные обрабатывающие свойства. Например, индекс технологичности нержавеющей стали 304 (самый распространенный сплав нержавеющей стали) составляет 45%, в то время как индекс технологичности нержавеющей стали 303 (сплав с очень похожим химическим составом) составляет 78%, поэтому его легче обрабатывать. Нержавеющая сталь 17-4 PH трудно резать. Если высокая прочность и коррозионная стойкость не критичны, попробуйте 316L или 304 вместо этого.

Если твердость вызывает беспокойство, 4140 может быть вашим первым выбором, но 1018 очень низкой стоимости и прекрасно подходит для цементации.

Технологичность пластиков в основном зависит от их жесткости и тепловых свойств. Некоторые пластики имеют отличную износостойкость, коррозионную или химическую стойкость, другие хорошо работают под теплом или пламенем, в то время как третьи имеют отличные прочностные, ударные или электрические свойства.

POM (Delrin) — самый легкообрабатываемый пластик, за ним следует ABS. PEEK и Найлон — другие распространенные инженерные пластики, которые трудно обрабатывать. В общем, чем мягче материал, тем больше риск размерной нестабильности и вытягивания при фрезеровке.

Для обрабатываемых деталей существует множество отличных материалов, каждый со своим уникальным набором свойств, применений и затрат. Цена разных заготовочных материалов может сильно варьироваться, но обычно основана на общей доступности, поэтому необходимо выбирать наиболее подходящий материал в соответствии с реальной ситуацией.

Трудозатраты

Токарь, участвующий в изготовлении деталей, должен получать оплату за свою работу. Он тратит время на настройку станка для индивидуальных ЧПУ операций и обеспечение того, что все операции выполняются способом, дающим хорошие результаты. Если детали сложные, более сложные и требуют более высокого уровня и экспертизы обученного механика, то производственные затраты вырастут. Эти дополнительные навыки и опыт имеют свою цену, потому что они в основном приобретаются на производственном опыте, а не формальным образованием. Чем более трудоемкое производство детали, тем выше её цена.

Постобработка деталей, отделочная обработка или сборка также требуют дополнительной ручной работы, что также увеличивает трудозатраты. Поэтому хорошим выбором является аутсорсинг некоторых точных деталей в Китай, у которого высокие производственные возможности и не особенно высокие трудозатраты.

Стоимость оборудования

Современное обрабатывающее и производственное оборудование различается и очень дорого. Можно ли выполнить деталь на многоосевом станке или требуются несколько станков. И сколько разных станков и операций необходимо. Размер и функции необходимого оборудования увеличат факторы, влияющие на общую стоимость.

Для проекта можно арендовать несколько разных типов станков с ЧПУ. Выбор может повлиять на стоимость вашей работы. Для 3-осевых станков, включая ЧПУ фрезерные станки и ЧПУ токарные станки, эксплуатационные затраты многоосевых станков относительно выше.

Когда мы получаем проект, сначала наши инженеры проверят производственный процесс, затем выберут наиболее экономичный производственный метод, и наконец получим время производства. Поскольку разные производственные процессы будут иметь разное время производства, иногда цена детали будет очень высокой.

Однако не волнуйтесь, потому что наши инженеры очень профессиональны, и цены, которые мы котируем, точны. Наши цены не обязательно самые дешевые, но они должны быть самыми подходящими при том же качестве.

Наконец, количество деталей. Чем больше количество деталей, тем ниже стоимость каждой дополнительной единицы. Это означает, что крупные заказы увеличивают итоговую стоимость деталей, но снижают единичную стоимость. Если вы хотите сделать несколько одинаковых деталей, можно повторно использовать ту же CAM программу и приспособления, или можно резать несколько деталей из одной заготовки одновременно.

SANS специализируется на производстве индивидуальных точных деталей ЧПУ, без минимального заказа. Специализируется на изготовлении различных типов, малых серий и прототипов. Может быстро предоставить котировку и доставку.