CNC obrábění kovových dílů: Co by měl každý inženýr vědět, než napíše tisk

CNC obrábění kovových dílů: Co by měl každý inženýr vědět, než napíše tisk

Většina rozměrových problémů na CNC obráběných součástech nezačíná na dílně -, ale začíná ve výkresu. Tolerance těsnější, než dokáže proces udržet, tloušťka stěny, která vyvolává chvění, popis závitu postrádající svou třídu tolerance. V době, kdy díly dorazí a neprojdou kontrolou, je hlavní příčina již tři týdny v minulosti a leží v PDF.

Tento článek vám poskytne praktické pracovní znalosti, jak na toCNC obrábění kovových dílůve skutečnosti funguje - co proces může a nemůže dělat, jak výběr materiálu ovlivňuje vše navazující a jak napsat tisk, který vám dá dobré díly na první spuštění. Žádná teorie sama o sobě. Vše zde souvisí s rozhodnutími, která učiníte ve skutečné práci.

Co je to vlastně CNC obrábění?

CNC je zkratka pro Computer Numerical Control. Stroj načte program - obvykle generovaný z vašeho modelu CAD - a pohybuje řezným nástrojem po přesných drahách, aby odstranil materiál z kovového polotovaru. Operátor nastaví stroj, načte program a sleduje chod. Stroj provádí geometrii.

To je ta jednoduchá verze. Pro vaši práci je důležitá tato část:CNC obrábění je subtraktivní proces. Začnete s více materiálem, než potřebujete, a odříznete vše, co není součástí. To se zásadně liší od odlévání, kování nebo aditivní výroby (3D tisk) a má důsledky pro to, jaké geometrie jsou proveditelné, jaké tolerance jsou dosažitelné a jak vypadá struktura nákladů.

Představte si to jako vyřezávání postavy z bloku dřeva. Sochařovy nástroje určují, jak jemný může být detail. Samotné dřevo - jeho kresba, tvrdost, to, jak reaguje na řezání -, určuje, zda tyto detaily drží svůj tvar. VCNC procesy výroby kovových dílů, strojem je sochař a materiálem je dřevo. Na obojím záleží.

Tři nejběžnější CNC operace, se kterými se setkáte:

CNC frézování- řezný nástroj se otáčí a pohybuje po stacionárním obrobku. Používá se pro rovné povrchy, kapsy, štěrbiny, složité 3D obrysy. Pokud má váš díl prvky, které vypadají, jako by byly vyřezány z bloku, byl pravděpodobně vyfrézován.

CNC soustružení- obrobek se otáčí, zatímco řezný nástroj zůstává relativně nehybný. Používá se pro válcové díly: hřídele, pouzdra, trysky, závitové součásti. Pokud je váš díl kulatý a symetrický kolem osy, byl pravděpodobně otočen.

Švýcarské CNC soustružení- specializovaná forma soustružení, kde je obrobek podepřen velmi blízko řezné zóně, což umožňuje obrábění dlouhých, štíhlých dílů v úzkých tolerancích bez vychýlení. Standard pro lékařské kolíky, miniaturní konektory, součásti hodinek a jakékoli přesné součásti s vysokým poměrem délky-k-průměru.

Mnoho skutečných dílů vyžaduje více než jednu operaci - například soustružený hřídel s vyfrézovanou drážkou pro pero nebo vyfrézované pouzdro se soustruženými a závitovými otvory.

Jak ovlivňuje výběr materiálu CNC obráběné kovové díly?

To je otázka, kterou noví inženýři nejvíce podceňují. Materiál, který zadáte, neurčuje pouze konečné-vlastnosti použití - součásti, ale určuje, jak snadno nebo obtížně se součást obrábí, což přímo ovlivňuje cenu, dosažitelné tolerance a povrchovou úpravu.

Zde je praktický odkaz na kovy, se kterými se nejčastěji setkáteCNC obrábění kovových dílů srovnání materiálů:

Pár věcí vám tato tabulka přímo neřekne. Obrábění hliníku je rychlé a snadno dodržuje úzké tolerance - je to výchozí volba, když na hmotnosti a ceně záleží více než na maximální pevnosti. Nerezová ocel-při řezání ztvrdne, což znamená, že tupý nástroj nebo nesprávná rychlost posuvu může ve skutečnosti změnit vlastnosti materiálu na povrchu uprostřed řezu. Titan je nejtvrdší kov pro obrábění v leteckém průmyslu: generuje extrémní teplo, má nízkou tepelnou vodivost a ničí nástroje rychleji než jakýkoli jiný materiál na tomto seznamu. Pokud je na vašem tisku uvedeno titan, počítejte s tím, že se to projeví v nákladech a dodacích lhůtách.

Jaké tolerance může CNC obrábění skutečně udržet?

To je místo, kde většina začátečníků píše tisky, které způsobují problémy. PorozuměníCNC obráběné díly s vysokou tolerancízačíná pochopením toho, co znamená „standardní“.

Standardní tolerance CNC obrábění je obvykle ±0,05 mm (±0,002") pro většinu kovových prvků - otvorů, čel, celkových rozměrů. Toho lze dosáhnout na každém moderním CNC stroji bez speciálního nastavení a je vhodné pro většinu funkčních prvků na typické mechanické součásti.

Tam, kde se inženýři dostanou do problémů, je zadání ±0,005 mm přes každý rozměr na výkresu, bez ohledu na to, zda to tyto rozměry funkčně vyžadují. Přísnější tolerance znamenají delší doby cyklů, častější výměny nástrojů, prostředí s řízenou teplotou- a 100% kontrolu souřadnicových měřicích strojů u kritických rozměrů. Každý krok těsnější stojí výrazně více. Pokud to nepotřebuješ, tak to nevolej.

Zde je praktický odkaz na to, co vlastně znamenají různá toleranční pásma ve výrobě:

Mezera ve znalostech, která podkopává nové inženýry:tolerance a povrchová úprava nejsou totéž a volání jednoho neovládá druhé.Vývrt může být rozměrově v rozmezí ±0,005 mm, ale má drsnost povrchu Ra 1,6 µm -, což může být naprosto v pořádku pro lisované uložení, ale zcela špatné pro kluzné těsnění. Vždy určete Ra (drsnost povrchu) a rozměrovou toleranci u prvků, kde na obojím záleží. Pokud váš tisk má pouze jeden, dobrý obchod se zeptá. Méně pečlivý obchod to prostě opracuje do výchozího stavu.

Kdy je CNC obrábění správný proces - a kdy ne?

CNC obrábění není vždy tou nejlepší odpovědí. Pro nové inženýry, kteří vyhodnocují cestu procesu, je zde návod, jak ji promyslet:

Proces výroby kovových dílů CNC svítí ve středním-objemu, vysoké-složitosti a těsném-tolerančním prostoru. Je to jediná praktická metoda pro výrobu titanového držáku pro letectví a kosmonautiku se složenými úhly a otvorem ±0,01 mm na první článek během dvou týdnů. Není to správná odpověď na výrobu milionu stejných ocelových konzol, které by mohly být vyraženy za zlomek času.

Začátečnická chyba, která stojí nejvíc: Tloušťka stěny

Zeptejte se kteréhokoli zkušeného strojníka, co vidí nejčastěji na prvních-technických výtiscích, a odpověď je obvykle stejná: tloušťka stěny je příliš tenká pro daný materiál a proces.

Zde je důvod, proč na tom záleží. Když řezný nástroj odebírá materiál z tenké stěny, řezné síly mohou stěnu vychýlit, místo aby ji čistě řezaly. Součást se pod nástrojem ohne, odpruží a výsledný rozměr je větší, než program zamýšlel. Získáte stěny, které jsou o 0,1–0,3 mm mimo specifikaci, a žádná procesní úprava to nevyřeší - problémem je geometrie.

Obecné pokyny pro kovové CNC díly:

U hliníku dodržujte minimální tloušťku stěny 0,8 mm na obráběných prvcích. Pro ocel a nerez, 1,0 mm. U titanu 1,5 mm nebo více, pokud není součást speciálně navržena s vyztuženími nebo podpůrnými prvky, které zpevňují sekci během obrábění. Toto nejsou pevné limity - zkušení strojníci mohou se správnými upínacími prostředky a dráhami nástroje ztenčit -, ale pokud má váš díl stěny pod těmito čísly, při odesílání tisku to výslovně označte. Dobrý obchod vám řekne, jak to plánují řešit. Obchod, který jej cituje bez komentáře, si výkres buď pečlivě nepřečetl, nebo plánuje vyzkoušet, co se stane.

5-osa vs 3-osa: Co znamenají čísla pro vás

Uvidíte obchody inzerovat "5osé CNC obrábění" jako prémiovou funkci. Zde je uvedeno, co to pro vás ve skutečnosti znamená a kdy na tom záleží.

3-osý stroj se pohybuje v X, Y a Z. Může dosáhnout horní části a čtyř stran součásti, ale vyžaduje přemístění (znovu{4}}upevnění), aby bylo možné obrábět další plochy. Každé opětovné upevnění představuje potenciální chybu seřízení a prodlužuje dobu nastavení.

5-osý stroj přidává rotaci kolem dvou dalších os, což znamená, že řezný nástroj se může přibližovat k obrobku téměř z libovolného směru bez opětovného upnutí. Z vaší strany to má dva praktické důsledky:

Komplexní geometrie v jediném nastavení.Prvky na více plochách, složené úhly, podříznutí a zkosené stěny lze obrábět v jednom nastavení. Na 3-osém stroji mohou vyžadovat tři nebo čtyři nastavení – každé s připočtením nákladů a kumulativní chybou zarovnání.

Lepší tolerance na více-dílech.Když jsou všechny kritické prvky obráběny v jediném nastavení vzhledem k jednomu základu, geometrické vztahy mezi těmito prvky jsou přesnější, než když jsou obráběny přes více upínacích přípravků. ProCNC obráběné díly s vysokou tolerancítam, kde například otvor na jedné ploše musí být přesně soustředný s prvkem na sousední ploše, je 5osá často správná odpověď.

Ne každý díl potřebuje 5 os. Jednoduchá konzola s vlastnostmi pouze na jedné nebo dvou plochách dokonale obrábí 3osé. Upgrade má smysl pouze tehdy, když to geometrie součásti skutečně vyžaduje.

Pokud specifikujete přesné kovové díly - Zde je návod, jak vám může přesnost MID pomoci

Pokud specifikujete součást, která vyžaduje tolerance pod ±0,02 mm, materiály jako titan nebo lékařská -nerezová ocel nebo složitá více{2}}plošná geometrie, která vyžaduje práci v 5 osách, přesně to jsou úkoly, které náš tým denně provádí.

NášMožnost CNC obráběnípokrýt 3-osé, 4{8}}osé a 5osé frézování, CNC soustružení, švýcarské CNC soustružení pro přesné díly malého průměru a zpracování plechů. Dodržujeme toleranci ±0,002 mm pro kvalifikační prvky a drsnost povrchu Ra 0,02 µm. Náš sortiment materiálů zahrnuje hliníkové slitiny, nerezovou ocel, titan, měď, mosaz a technické plasty – vše s plnou sledovatelností materiálu od certifikace surovin až po závěrečnou kontrolní zprávu.

Pro inženýry, kteří začínají se sourcingempřesné CNC obráběné kovové díly z Číny, nabízíme bezplatnou recenzi DFM s každou nabídkou. To znamená, že předtím, než cokoliv vyřežeme, zkontrolujeme váš výkres, zda neobsahuje problémy s tloušťkou stěny, popisky tolerance, které neodpovídají kapacitě procesu, specifikace závitů, které je třeba objasnit, a jakékoli funkce, které by mohly mít prospěch z úpravy návrhu. Označíme jej písemně - a vy se rozhodnete, zda jej změníte.

Pokud se váš díl dostane do regulovaného koncového produktu - zdravotnického zařízení, letecké sestavy, polovodičového zařízení -, náš systém kvality vyhovující normě ISO 13485-vytváří dokumentaci, kterou váš tým pro dodržování předpisů potřebuje: zprávy o kontrole prvního článku, certifikáty materiálu, zprávy o rozměrech CMM a záznamy o nápravných opatřeních, pokud něco nevyhovuje.

Pošlete nám svůj výkresa my se vám do 24 hodin vrátíme s cenovou nabídkou a poznámkami DFM. Pokud jste stále ve fázi návrhu a chcete procesní vstup před dokončením tisku,získejte bezplatnou recenzi designu- obvykle dokážeme identifikovat rizikové body nákladů a kvality ve výkresu do hodiny.

FAQ

Otázka: Můj výkres říká "±0,01 mm na všechny rozměry." Je to reálné?

Technicky dosažitelné -, ale nepraktické ani nákladově{1}}efektivní jako všeobecný popis. ±0,01 mm přes každý rozměr dílu výrazně prodlouží dobu kontroly a obráběcího cyklu, než je nutné. Správný přístup je specifikovat ±0,01 mm pouze u rozměrů, které to funkčně vyžadují - typicky ložiskové otvory, těsnicí plochy, protilehlá rozhraní - a pro vše ostatní použít obecný toleranční blok (ISO 2768-m nebo podobný). To udržuje náklady na nízké úrovni a strojníkovi jsou kritické funkce jasné.

Otázka: Jak zjistím, zda můj díl potřebuje 3osé nebo 5osé obrábění?

Pokud jsou všechny funkce, které váš díl vyžaduje, přístupné z horní části a ze čtyř stran bloku bez otáčení, obvykle stačí 3-osa. Pokud máte složené úhly, prvky na více než dvou plochách, které musí být drženy v přesném geometrickém vztahu, nebo podříznutí, kterých nelze dosáhnout přímou dráhou nástroje, stojí za to probrat 5-osy. Pokud si nejste jisti, podělte se o svůj CAD soubor s obchodem a požádejte ho, aby vám poradil - je to otázka na pět minut, která ušetří spoustu nákladů na opětovné upevnění.

Otázka: Jaký je rozdíl mezi drsností povrchu Ra 0,8 a Ra 3.2 - a záleží na tom z mé strany?

Ra je průměrná drsnost povrchu -, nižší číslo znamená hladší. Ra 3,2 µm je standardní-obrobená povrchová úprava. Ra 0,8 µm vyžaduje lehký dokončovací průchod nebo leštění. Ra 0,4 µm a méně obvykle vyžaduje specializované dokončovací operace. Pro většinu strukturních prvků je Ra 3,2 µm v pořádku. Pro těsnicí povrchy, kluzné uložení a jakýkoli povrch v kontaktu s biologickou tkání nebo tekutinou je obvykle vyžadován Ra 0,8 µm nebo lepší. U těchto funkcí to specifikujte výslovně - nepředpokládejte, že obchod bude ve výchozím nastavení používat jemnější povrch, pokud to tisk nebude vyžadovat.

Otázka: Může CNC obrábění vytvořit stejnou geometrii součásti jako odlévání?

Často ano, ale ne vždy. CNC obrábění dokáže vytvořit většinu geometrií, které odlévání dokáže, plus funkce, které lití nedokáže -, jako jsou hluboké slepé otvory, ostré vnitřní rohy a přesné závitové otvory. Kompromisem je objem: odlévání má vysoké náklady na nástroje, ale nízké náklady na díl-při velkých objemech. CNC má nízké náklady na nastavení, ale vyšší-náklady na díl. Pro objemy pod několik tisíc kusů je CNC obvykle hospodárnější. Kromě toho bod zlomu-závisí na složitosti součásti a materiálu.