Մեխանիկական արտադրության մեջ CAD-ում դիզայների կողմից պատկերացվածի և մեքենավարի կողմից ֆիզիկապես արտադրվածի միջև սահմանը անընդհատ փոխվում է։ Այնուամենայնիվ, արտադրության մեջ կա մի հիմնարար օրենք. բարդությունը հավասար է արժեքի։
Երբ դիզայնը անտեսում է արտադրամասի ֆիզիկական իրողությունները, դա հանգեցնում է «անմշակելի» մասերի, գործիքների չափազանց կոտրման և մատակարարման ժամանակի կտրուկ աճի։
Այս ուղեցույցը ուսումնասիրում է, թե ինչու են որոշակի կառուցվածքներ աճում CNC հաստոցներ դժվարությունը և թե ինչպես կարող եք օպտիմալացնել ձեր դիզայնը՝ որակն ապահովելու համար՝ առանց մեծ գումարներ ծախսելու։
Ինչու՞ CAD-ը միշտ չէ, որ թարգմանվում է CAM-ի
Դիզայներները հաճախ աշխատում են «կատարյալ» թվային միջավայրում: CAD-ում 90 աստիճանի ներքին անկյունը ընդամենը մեկ սեղմումով է հեռու: Իրական աշխարհում CNC մշակումը հիմնված է պտտվող գլանաձև գործիքների վրա: Կլոր գործիքը, ըստ սահմանման, չի կարող կտրել կատարյալ քառակուսի ներքին անկյուն:
Սա բարդության և արժեքի պարադոքսն է։ Քանի որ մասի երկրաչափությունը դառնում է ավելի բարդ, արտադրական գործընթացը պահանջում է մասնագիտացված գործիքակազմ, ավելի բարդ ծրագրավորում (CAM), լրացուցիչ կարգավորումներ և ավելի դանդաղ մատակարարման արագություն։ Եթե այս գործոնները չեն կառավարվում DFM-ի միջոցով, ապա ջարդոնի մակարդակը բարձրանում է, և «սիրուն» դիզայնը դառնում է ֆինանսական պարտավորություն։
Ինժեներական 3 հիմնական խոչընդոտները. CNC-ի «ֆիզիկական սահմանափակումները»
Դիզայնը օպտիմալացնելու համար մենք նախ պետք է հասկանանք CNC օպերատորներին հիասթափեցնող և գնանշումներ բարձրացնող երեք ամենատարածված երկրաչափական «ցավոտ կետերը»։
1. Խորը, նեղ ակոսներ և բարձր կողմերի հարաբերակցություն
CNC մեքենայացման ամենատարածված մարտահրավերներից մեկը խորը գրպաններն ու նեղ ակոսներն են, որոնք հաճախ հանդիպում են ջերմափոխանակիչների կամ փականների մարմիններում:
- Տեխնիկական արմատը. գործիքի շեղման ֆիզիկան: CNC կտրող գործիքը գործում է որպես կոնսոլային գերան: Որքան երկար է այն իր տրամագծի համեմատ (L:D հարաբերակցություն), այնքան ավելի կծկվի կտրման ճնշման տակ:
- Խնդիրը. Երբ գործիքը «քայլում» կամ շեղվում է, դա առաջացնում է չափերի անճշտություններ, վատ մակերեսային մշակում (ճռռոցի հետքեր) և, ի վերջո, գործիքի կոտրում: Ավելին, խորը ակոսներում չիպսերը (շերտերը) գնալու տեղ չունեն: Եթե գործիքը վերամշակում է իր սեփական չիպսերը, այն ջերմություն է առաջացնում և կոտրվում:
- Լուծումը `
4:1 կանոն. Փորձեք գրպանի խորության և գործիքի տրամագծի հարաբերակցությունը պահել 4:1-ից ցածր։
Կոնաձև պատեր. Նույնիսկ 1° կամ 2° նախաշեմի անկյան ավելացումը հնարավորություն է տալիս ստանալ կոնաձև գործիք, որը զգալիորեն ավելի կոշտ է, քան ուղիղը։
Աստիճանավոր կառուցվածքներ. Եթե անհրաժեշտ է խորը ակոս, այն նախագծեք «աստիճաններով», որպեսզի ավելի հաստ, ավելի կոշտ գործիքը կարողանա մաքրել վերին մասը, նախքան բարակ գործիքը կավարտի ներքևի մասը։
2. Ներքին շառավիղներ և մեռյալ անկյուններ
Ինչպես նշվեց, CNC գործիքները կլոր են։ Սա նշանակում է, որ յուրաքանչյուր ներքին անկյուն կունենա շառավիղ։
Տեխնիկական արմատ. Ստանդարտ ծայրային ֆրեզները շրջանաձև են: Ամուր անկյուն ստանալու համար ձեզ անհրաժեշտ է փոքրիկ գործիք:
Խնդիրը. Փոքրիկ գործիքները պահանջում են չափազանց դանդաղ մատակարարման արագություն և հակված են կոտրվելու: Եթե նախագծումը պահանջում է «սուր» ներքին անկյուն, արհեստանոցը պետք է տեղափոխի մասը EDM (էլեկտրական պարպումային մեքենայացում) մեքենայի վրա: EDM-ը ճշգրիտ է, բայց աներևակայելիորեն դանդաղ և թանկ:
Լուծումը `
Չափերի մեծացում. Ձեր դիզայնի ներքին շառավիղը միշտ պետք է լինի առնվազն 10%-ով մեծ, քան ձեր կողմից օգտագործվող գործիքի շառավիղը: Սա թույլ է տալիս գործիքին շարժվել անկյունով առանց «թաղվելու», ինչը նվազեցնում է թրթռումը:
Շան ոսկորի ֆիլեներ. Հավաքման մասերում, որտեղ քառակուսի բաղադրիչը պետք է տեղավորվի գրպանում, օգտագործեք «շան ոսկորի» կամ «T-ոսկորի» տեսքով ռելիեֆներ: Սրանք տեղափոխում են շառավիղը քառակուսի հետքի սահմանից դուրս, թույլ տալով, որ զուգակցվող մասը կատարյալ տեղավորվի:
3. Բարակ պատերով երկրաչափություններ
Քաշի նվազեցումը կարևորագույն նշանակություն ունի ավիատիեզերական և էլեկտրական մեքենաների ոլորտներում, ինչը նախագծողներին դրդում է ընդլայնել պատերի հաստության սահմանները։
Տեխնիկական արմատը՝ կառուցվածքային զանգվածի բացակայություն։
Խնդիրը. Երբ պատը չափազանց բարակ է դառնում (սովորաբար 0.8 մմ-ից պակաս ալյումինի դեպքում), կտրող գործիքի ուժը նյութը թրթռում կամ «զնգոց» է առաջացնում։
Սա ստեղծում է ալիքավոր մակերես և գրեթե անհնար է դարձնում խիստ թույլատրելի շեղումների պահպանումը: Ծայրահեղ դեպքերում պատը կարող է նույնիսկ ծռվել կամ պատռվել:
Լուծումը `
Զոհաբերական կողիկներ. նախագծեք ժամանակավոր հենարանային կողիկներ, որոնք կպահեն պատը կոշտ մեքենայացման ընթացքում և որոնք կարող են հանվել վերջնական անցման ժամանակ։
Բարձր արագությամբ մեքենայացում (ԲՄՄ). Ցածր շառավղային ներգրավվածության և բարձր իլիկի արագությունների օգտագործումը կարող է նվազեցնել պատի վրա ազդող կտրող ուժը։
Նյութեր և հանդուրժողականություններ
Նյութական գործոնը
Դժվար նյութի «պարզ» ձևը հաճախ ավելի դժվար է մեքենայով մշակել, քան հեշտ նյութի «բարդ» ձևը։
- Ալյումին 6061. Բարձր մեխանիկական մշակման ունակությամբ։ Այստեղ կարող եք ընդլայնել բարդության սահմանները։
- Տիտանի 5-րդ կարգի. Չափազանց «կպչուն» է և վատ է ջերմահաղորդում: Տիտանի խորը ակոսը 5 անգամ ավելի դժվար է պատրաստել, քան ալյումինինը:
- Inconel / Stainless 316: Արագ կարծրանում է: Այս նյութերի բարդ առանձնահատկությունները պահանջում են մասնագիտացված կերամիկական գործիքավորում և մշտական մոնիտորինգ:
Հանդուրժողականության ծուղակը
Հանդուրժողականության և արժեքի միջև կա ոչ գծային կապ։
Ստանդարտ է ±0.1 մմ հանդուրժողականությամբ մասը։
±0.005 մմ շեղում ունեցող մասի համար անհրաժեշտ է ջերմաստիճանի կարգավորվող միջավայր, բարձրակարգ գործիքակազմ և շատ ավելի դանդաղ մշակման ցիկլ։ Օպտիմալացման խորհուրդ. խիստ շեղումներ կիրառեք միայն կարևոր միացման մակերեսների վրա։ Ոչ ֆունկցիոնալ «գեղագիտական» հատվածների համար թուլացրեք շեղումը՝ ստուգման և ջարդոնի ծախսերը խնայելու համար։
Առաջադեմ լուծումներ ծայրահեղ բարդության համար
Երբ դիզայնը պարզապես պետք է բարդ լինի, ժամանակակից տեխնոլոգիաները առաջարկում են դժվարությունը մեղմելու եղանակներ։
- 3-առանցքից մինչև 5-առանցքային մեքենայական մշակում
Ավանդական եռաառանցքային մեքենամշակման դեպքում գործիքը մտնում է վերևից։ Եթե ունեք «կտրվածքի եզր» (վերևից երևացող թաքնված հատկանիշ), պետք է կանգնեցնեք մեքենան, շրջեք մասը և վերաչափեք։ Սա առաջացնում է կարգավորման սխալ։
5-առանցքանի CNC-ն թույլ է տալիս մասի կամ գործիքի գլխիկի միաժամանակյա պտտվել։ Սա թույլ է տալիս գործիքին հասնել «անհնարին» անկյունների, նվազեցնելով կարգավորումների քանակը և թույլ տալով օգտագործել ավելի կարճ, ավելի կոշտ գործիքներ խորը խոռոչներում։
- Հիբրիդային արտադրություն. երկու աշխարհների լավագույնը
Ներքին երկրաչափությունների համար, որոնք ֆիզիկապես անհնար է մեքենայացնել (օրինակ՝ կոր ներքին սառեցման ալիքներ), լուծումը հիբրիդային արտադրությունն է: Մենք օգտագործում ենք DMLS (ուղղակի մետաղի լազերային սինթերինգ)՝ բարդ ներքին միջուկը եռաչափ տպելու համար, ապա օգտագործում ենք CNC մեքենայացում՝ կարևորագույն արտաքին մակերեսները բարձր ճշգրտությամբ մշակելու համար:
Ուսումնասիրություն. Էլեկտրական մեքենայի ջերմափոխանակիչի պատյանի օպտիմալացում
Այս կետերը պատկերացնելու համար դիտարկենք իրական աշխարհի մի նախագիծ՝ ADC12 ալյումինե ջերմափոխանակիչ էլեկտրական բեռնատարի շարժիչի համար։
Բնօրինակ դիզայնը (Մղձավանջը)
Լողակներ՝ 25 մմ բարձրությամբ, ընդամենը 1.2 մմ հաստությամբ։
Ակոսներ՝ 28 մմ խորությամբ և 3.2 մմ լայնությամբ (կողմերի հարաբերակցությունը գրեթե 9:1 է):
Անկյուններ՝ R0.5 մմ 28 մմ խորությամբ խոռոչի հատակին։
Արտադրական արդյունք՝ գործիքի բարձր կոտրվածք, անկյունների համար անհրաժեշտ է երկրորդային EDM, յուրաքանչյուր մասի համար ընդհանուր ցիկլի տևողությունը՝ 6.5 ժամ։
Օպտիմալացված դիզայն (Երազանք)
Աստիճանավոր լողակաձև դիզայն. ակոսները լայնացվել են վերևում մինչև 6.2 մմ և պահպանվել են միայն ներքևի մասում՝ 3.2 մմ: Սա թույլ է տվել մեծ, կոշտ գործիքով արագ հեռացնել նյութի 60%-ը:
Շառավղի կարգավորում. ստորին R0.5-ը մեծացավ մինչև R1.55: Սա թույլ տվեց անկյունը մշակել ստանդարտ 3 մմ ծայրային ֆրեզերով՝ ամբողջությամբ վերացնելով EDM գործընթացը:
Պատի հաստացում. Թևերի հաստությունը մեծացվել է մինչև 2.0 մմ, կայունացնելով կտրվածքը և բարելավելով մակերեսի մշակումը (Ra բարելավվել է 3.2-ից մինչև 0.8):
Տվյալների համեմատություն
կետ | Նախքան օպտիմալացումը | Օպտիմալացումից հետո | Բարելավումը |
Մեքենաների մշակման ժամանակը | 6.5 Ժամ | 3.2 Ժամ | 51% նվազեցում |
Գործիքի սպառում | 10 գործիք/մաս | 5 գործիք/մաս | 50% նվազեցում |
Երկրորդական գործընթացներ | Պահանջվում է EDM | Զրո EDM | Պահպանվել է 2.5 ժամ |
Գրության դրույքաչափը | 12% | Մեծ ROI |
Եզրափակում
Արդյունավետ արտադրության ուղին։ CNC բարդության տիրապետումը չի նշանակում դժվար նախագծերից խուսափել։ Այն նշանակում է դժվար նախագծերը խելացի դարձնել։
Հաշվի առնելով գործիքի շեղման, թրթռման և մատչելիության ֆիզիկական սահմանափակումները՝ դուք կարող եք ստեղծել ավելի թեթև, ամուր և զգալիորեն ավելի էժան մասեր։ Հաջող արտադրությունը երկխոսություն է։
Ձեր նախագծի ամենավաղ փուլերում համագործակցեք ձեր CNC գործընկերոջ հետ՝ DFM աուդիտի համար: Հաճախ անկյունային շառավղի ընդամենը 0.5 մմ փոփոխությունը կարող է խնայել հազարավոր դոլարներ արտադրական ծախսերի վրա: Պատրա՞ստ եք օպտիմալացնել ձեր հաջորդ նախագիծը: Վերբեռնեք ձեր CAD ֆայլերը՝ բարդության համապարփակ վերլուծության համար և տեսեք, թե ինչպես կարող է DFM-ը վերափոխել ձեր արտադրական ցիկլը:
Հաճախակի տրվող հարցեր (FAQ)
Հարց. Կարո՞ղ է CNC-ն մեքենայով մշակել կատարյալ 90 աստիճանի ներքին անկյուն:
Ա. Ոչ: Բոլոր պտտվող գործիքները թողնում են շառավղ: Եթե ձեզ անհրաժեշտ է քառակուսի անկյուն, ապա պետք է օգտագործեք EDM, փորագրող գործիք կամ նախագծեք «շան ոսկորի» տեսքով ռելիեֆ:
Հարց. Արդյո՞ք 5-առանցքային մեքենայացումը բարդությունը դարձնում է «ազատ»։
Ա. Ոչ: Չնայած 5-առանցքային մեքենան կրճատում է կարգավորումների քանակը, 5-առանցքային մեքենայի ժամային վարձատրությունը հաճախ 2-3 անգամ ավելի բարձր է, քան 3-առանցքային մեքենայինը: Նպատակն է հավասարակշռել տեղադրման խնայողությունները մեքենայի արժեքի հետ:
Հարց. Ինչպե՞ս է մակերեսի մշակումը (Ra) ազդում դժվարության վրա:
Ա. Բարդ մակերեսի վրա հայելու նման մակերեսի (Ra < 0.4) հասնելու համար անհրաժեշտ են գնդաձև ծայրով ֆրեզերային «փետուրե» անցքեր: Սա կարող է կրկնապատկել կամ եռապատկել մշակման ժամանակը:
