Посібник з проектування алюмінієвих ЧПК: Правила DFM і зниження витрат

Розробка алюмінієвих деталей для обробки з ЧПК вимагає збалансування механічних функцій із-динамікою різання цеху. Основні стандартні правила DFM включають: збереження мінімальної товщини стінки вище0,8 мм(рекомендовано 1,5 мм), установивши радіуси внутрішніх кутів на>1,15x радіус інструменту, обмеження глибини кишені при4x діаметр фрези, і вказуючиISO 2768-mзагальні допуски при резервуванні±0,010 ммлише для критично важливих інтерфейсів сполучення. Щоб запобігти викривленню деталей і заїданню різьби, інженери повинні врахувати зняття напруги зі сплаву (наприклад, вказавши Al6061-T651 замість T6) і накопичення покриття під час початкового етапу моделювання 3D CAD.

CAD-моделі проти цехової реальності: подолання інженерного розриву

3D-модель САПР, згенерована в SolidWorks або Autodesk Inventor, представляє ідеалізовану геометрію в цифровому середовищі без-гравітації та -тертя. При передачі на 5-осьовий вертикальний обробний центр (VMC) ця геометрія взаємодіє з крутним моментом шпинделя на високій швидкості, фізичними силами затиску, відхиленням різального інструменту та виділенням тепла.

наXiamen Dazao Machinery, створений у 2000 році з сертифікатами ISO9001:2015 та IATF16949:2016, виробничі дані показують, щомайже 90% поданих файлів 3D CAD вимагають модифікацій DFM (Design for Manufacturing)перш ніж можна буде створити траєкторії інструментів. Неоптимізовані конструкції призводять до надмірної тривалості циклу, стукоту інструменту, швидкого зносу фрези та непотрібної кількості браку.

Наступне структурованекерівні принципи обробки алюмінію з ЧПУдозволяє інженерам створювати компоненти, які є дешевшими у виробництві, швидшими для обробки та мають стабільні розміри протягом-обробки. Щоб зрозуміти, як ці варіанти дизайну переходять у-виробничі операції на рівні підлоги, зверніться до нашої основинаправляюча для обробки алюмінію з ЧПУ.

Основні рекомендації DFM для обробки алюмінію з ЧПУ

Виконання ефективногоконструкція алюмінієвої частинивимагає дотримання певних геометричних обмежень, продиктованих кінематикою ріжучого інструменту та властивостями матеріалу.

1. Контроль мінімальної товщини стінки та жорсткості

Тонкі стінки під дією високих сил різання зазнають бічного відхилення, що призводить до появи слідів від тріскотіння, відхилення розмірів і потенційного руйнування стінки.

· Рекомендована мінімальна товщина стінки: 1,5 ммдля загальних структурних особливостей.

· Абсолютна мінімальна товщина стінки: 0,8 ммдля локалізованих підтримуваних ребер (мінімальна товщина стінки для обробки з ЧПУ).

· Мікро-функції: 0,5 ммможна досягти лише за допомогою багато-легкого чистового різання кінцевими фрезами малого-діаметра, що значно збільшує час циклу.

Прогин тонкої стінки під тиском різання відповідає рівнянню вигину консольної балки:

δ=(F⋅L³)/(3⋅E⋅I)

Деδ– прогин, F – сила різання, L – висота стінки, E – модуль Юнга алюмінієвого сплаву, а I – площа моменту інерції. Оскільки товщина стінки (t) безпосередньо впливає на інерцію (I=(b⋅t³)/12), зменшення товщини стінки на 50% збільшує прогин у 8 разів.

2. Вибір радіуса внутрішнього кута та зачеплення кінцевої фрези

Роторні торцеві фрези з ЧПК не можуть різати гострі внутрішні вертикальні кути під кутом 90 градусів. Кожен внутрішній вертикальний край природно зберігає радіус фрези (CNC внутрішній радіус кута).

· Стандартне правило:Вкажітьрадіус внутрішнього кута(Rcorner), тобтоНа 10-15% більшеніж стандартний радіус торцевої фрези (Rtool).

· Математичне правило:Rcorner Більше або дорівнює 1,15×Rtool

Якщо радіус внутрішнього кута точно збігається з радіусом кінцевої фрези, напрямок інструмента змінюється на 90 градусів, зберігаючи 100% радіальне зачеплення. Цей раптовий сплеск навантаження на стружку спричиняє стукіт інструменту, погану обробку поверхні та поломку інструменту. Забезпечення більшого радіусу дозволяє фрезі плавно проходити дугу через кут без зупинки або зупинки, відповідно до стандартуправила проектування фрезерних машин з ЧПУ.

3. Межі глибини гнізда та коефіцієнти відхилення інструменту

Глибокі, вузькі кишені вимагають кінцевих фрез з великим вильотом. Зі збільшенням вильоту інструменту жорсткість експоненціально падає відповідно до формули прогину балки (пропорційно L³).

· Стандартна глибина кишені:Тримайте глибину менше або дорівнює4×ширина кишені.

· Максимальна глибина кишені:Менше або дорівнює6×ширина кишені. Глибини, що перевищують 6×, вимагають спеціального інструменту з горловиною, зниженої швидкості подачі або EDM (електророзрядна обробка), що збільшує вартість.

4. Стандарти конструкції отвору та центрування свердла

Розробка отворів відповідно до стандартних розмірів свердла усуває потребу в нестандартних розгортках або кругових інтерполяційних траєкторіях (як проектувати деталі для обробки з ЧПУ).

· Межа глибини отвору:Зберігайте глибину глухого отвору менше або дорівнює8× діаметр отвору.

· Нижній профіль:Дизайн глухих отворів за стандартомКут свердління 118 або 135 градусіва не плоске дно. Плоскі-нижні отвори потребують вторинної операції торцевої фрези.

· Поверхні входу та виходу:Переконайтеся, що вхідні та вихідні поверхні свердла перпендикулярні до осі інструменту. Свердління поверхні під кутом спричиняє блукання свердла, згинаючи інструмент і руйнуючи допуски положення отвору.

Ключові параметри DFM для обробки алюмінію з ЧПУ

Запобігання перевитрати: допуски для стека-згортання та обробки поверхні

Над-зазначення допусків є найбільшим фактором непотрібних виробничих витрат уобробка з ЧПУ dfm.

1. Усунення стандартних допусків САПР

Стандартні шаблони креслення САПР часто включають допуски за замовчуванням для блоку заголовків, наприклад:

· XX=±0,5 мм

· X.XX=±0,1 мм

· X.XXX=±0,01 мм

Коли інженер залишає некритичну функцію з трьома десятковими знаками, програміст CAM повинен виконати високо-точні та низькі-фінішні проходи через -несполучені поверхні (допуски обробки з ЧПУ).

· Загальні допуски:ЗастосуватиISO 2768-m (середній)для всіх-некритичних розмірів (керівні принципи толерантності до обробки з ЧПУ).

· Допуски на точність:Резерв±0,010 мм до ±0,025 ммвиключно для посадочних місць підшипників, розташування штифтів дюбелів і динамічних сполучних ковзанок.

2. Облік розмірного зростання анодування

Фрезеровані алюмінієві деталі зазвичай залишають машину з шорсткістю поверхніRa від 1,6 мкм до Ra 3,2 мкм. Легка обробка проходить нижче цього доRa 0,8 мкм. Однак застосовуючипослуги точного анодування алюмініюабо вторинна обробка поверхні безпосередньо змінить кінцеві фізичні розміри:

① Анодування типу II (стандартне анодування):

· Загальна товщина плівки:від 8 мкм до 15 мкм.

· Проникнення проти накопичення: 50% вростає в алюмінієву поверхню, 50% накопичується на зовнішній поверхні.

· Розмірний ріст на поверхню:від 4 мкм до 7,5 мкм.

② Анодування твердого покриття типу III:

· Загальна товщина плівки:від 25 мкм до 50 мкм.

· Розмірний ріст на поверхню:від 12,5 мкм до 25 мкм.

Під час проектування отворів для штифтів із-запресовуванням або отворів для валів із-допуском із малим-допуском, розміри САПР перед-анодуванням мають враховувати це нарощування шару відповідно доКерівні принципи dfm для обробки з ЧПУ.

Метод виробництва проти впливу допустимої вартості

3 виробничі сліпі зони обробки алюмінію з ЧПУ

У той час як стандартні напрямні зосереджуються на основних радіусах і товщині стінки, виробничі збої часто виникають через фізичні явища, які виникають під час видалення стружки. Ось три критичні інженерні сліпі зони, виявлені на підлозі Dazao Machinery.

Сліпа зона 1: зняття внутрішньої напруги та деформація видалення асиметричного запасу

Екструдована або гарячекатана алюмінієва заготовка містить високі рівні внутрішньої залишкової напруги від виробництва. Оскільки кінцева фреза з ЧПК видаляє великі об’єми матеріалу з одного боку деталі, поле внутрішньої напруги стає незбалансованим. Коли деталь від’єднується від лещат, компонент вигинається або скручується.

Випадок інженерного збою в Dazao

Клієнт розробив оптичну базову пластину розміром 1200 мм × 400 мм × 25 мм із використанням стандартуAl6061-T6плита. Конструкція вимагала фрезерування масивної кишені з одного боку, видалення 70% матеріалу.

Після відпускання лещат центр опорної плити піднявся вгору0,35 мм, що не відповідає специфікації плоскої площини менше або дорівнює 0,05 мм. Вся виробнича партія з 50 штук була знищена.

Інженерне рішення

1. Специфікація матеріалу:Перейти з 6061-T6 на6061-T651або7075-T6511. The51позначення вказує на те, що пластина була-знята механічним розтягуванням (від 1,5% до 3% постійного розтягування) на стані перед відпуском.

2. Стратегія обробки:Здійснювати симетричне зняття матеріалу. Груба сторона A, переверніть і обробіть сторону B, застосуйте проміжну термічну обробку-зняття напруги на180 градусів 2 години, а потім виконайте заключні точні фінішні проходи.

Сліпа пляма 2: капілярне утримання анодуючих розчинів у малих нитках

Інженери регулярно регулюють основні діаметри різьблення для рівномірного анодування. Однак у глухих різьбових отворах малого-діаметра (наприклад, від M3 до M5) капілярна сила перешкоджає циркуляції рідини під час етапу анодування.

Капілярний тиск у малому каналі розраховується як:

Pc=(2⋅ ⋅cosθ)/r

Де — поверхневий натяг, θ — контактний кут, а r — радіус отвору. Коли r зменшується, капілярна ретенція зростає.

Розчин ванни для анодування залишається в пастці в корені невеликих сліпих ниток. Локальна концентрація кислоти викликає надмірне розчинення алюмінію з наступним локалізованим накопиченням оксиду, фактично подвоюючи товщину плівки на нижніх нитках.

Випадок інженерного збою в Dazao

Частина корпусу медичного призначення має глухі різьбові отвори M3 зі стандартомДопуск на різьблення класу 6H. Попередньо-анодовані різьбові датчики пройшли перевірку без проблем.

Після анодування типу III Hardcoat кріпильні гвинти з нержавіючої сталі замерзли наполовину в глухих отворах, відрізаючи головки гвинтів.

Інженерне рішення

1. Велике теппування:Використовуйте крани великого розміру (Обмеження кранів GH3 або GH4) для всіх малих внутрішніх різьб, призначених для анодування з твердим покриттям для створення додаткового зазору в діаметрі.

2. Явна специфікація CAD/креслення:Чітко розділіть позначки ниток на технічних принтах:

· Pre-Anodize Thread Class: Oversized Special

· Клас різьби після-анодування: ISO 6H

3. Модифікація через-отвір:Перетворіть глухі різьбові отвори на наскрізні, коли це можливо, щоб забезпечити вільний потік рідини під час миття покриття.

Сліпа зона 3: резонанс стіни та асиметричний анти-частотний структурний дизайн

Під час високо{0}}швидкісного фрезерування тон{1}}алюмінієвих кишень взаємодія ріжучих канавок із тонкими алюмінієвими конструкціями викликає сильний тріск, якщоЧастота проходу леза (fbp) відповідаєВласна резонансна частота (fn) стінки кишені.

Частота проходу леза визначається як:

fbp=(об/хв × кількість флейт)/60

Якщо торцева фреза з 4 канавками працює зі швидкістю 12 000 об/хв, fbp=(12 000×4)/60=800 Гц. Якщо власна частота стінки кишені також становить 800 Гц, утворюються стоячі акустичні хвилі, які створюють глибокі сліди від тріскотіння та руйнують обробку поверхні незалежно від налаштувань подачі.

Інженерне рішення

· Порушити симетрію:Замість проектування чотирьох однакових стінок кишені товщиною 2,0 мм трохи змінюйте товщину стінок (наприклад, стінка A=2.0 мм, стінка B=2.4 мм). Зміна маси поперечного-перерізу зміщує fn через суміжні стінки, пригнічуючи резонанс стоячої хвилі.

· Мікро-кути осідання:Включити aКут тяги від 0,5 до 1,0 градусана внутрішніх стінках кишень. Конічна стінка має безперервно змінний поперечний-переріз по висоті, що запобігає посиленню будь-якої окремої резонансної частоти під час проходу фрезерування.

Фіксація, стратегія датуму та методи зменшення налаштування

Кожного разу, коли оператор верстата розтискає деталь, обертає її та знову затискає в новій орієнтації («налаштування»), похибка позиціонування збільшується, а час простою машини збільшує вартість одиниці.

1. Оцінка 3-осьової та . 5-економічної економіки VMC

· 3-осьова обробка:Ідеально підходить для деталей з елементами на одній грані або простою орієнтацією зверху/знизу. Потрібне ручне перевертання або кілька кріплень. Низька погодинна ставка машини (45 - $65/год).

· Розширений рівень використанняМожливості 5-осьової обробки з ЧПУідеально підходить для складних органічних контурів, поперечних-отворів під кутом або геометрії робочого колеса або геометрії робочого колеса. Усуває кілька налаштувань, але забезпечує вищу погодинну ставку машини ($90 - $140/год).

Щоб мінімізувати витрати, сконструюйте деталі так, щоб усі критичні елементи (кишені, отвори, прорізи) були доступні з єдиного вектора, дозволяючи виконати одну установку на 3-осьовому VMC (алюмінієвий дизайн з ЧПУ).

2. Консолідація елементів і розміщення опорних отворів

· Встановити первинну дату (дату A):Створіть велику плоску опорну поверхню за допомогоюRa 0,8мкм обробки і0,02 ммспецифікація площинності.

· Включити отвори для інструментів:Додайте два не-критичніРозсверлені отвори під дюбелі 4,0 мм або 6,0 ммна первинному обличчі. Ці отвори служать точками фізичного розташування для пристосувань з ЧПК, що прискорює вирівнювання налаштувань у виробничих циклах.

· Забезпечити затискні фланці:Для великих тонких пластин додайте жертвуючі затискні виступи або ступінчасті зовнішні плечі. Це дає лещатам паралельні поверхні для захоплення без викривлення геометрії готової деталі.

Матриця вибору алюмінієвого сплаву для обробки з ЧПК

Вибір правильного стану сплаву безпосередньо впливає на швидкість різання, якість кромки та вартість інструменту. Для ширшого технічного аналізу термічної обробки та стійкості до корозії зверніться до нашого розширеногопосібник з вибору алюмінієвого сплаву для обробки з ЧПК. якість краю та загальнапроцес обробки алюмінію з ЧПУ.

1. Al6061-T6 / Al6061-T651

· Властивості:Відмінна зварюваність, висока стійкість до корозії, хороша міцність конструкції (рекомендації щодо дизайну алюмінієвих деталей).

· Оброблюваність:Стружка формується чисто за допомогою відповідних стружколомів; мінімальний знос клею інструменту.

· Найкраще використання:Конструктивні каркаси, компоненти машин, монтажні кронштейни, оптичні пластини.

2. Al7075-T6 / Al7075-T6511

· Властивості:Високоміцний-матеріал зі сплавом цинку- з механічною межею текучості, що відповідає конструкційним сталям (~500 МПа).

· Оброблюваність:Винятковий. Утворює коротку, крихку стружку, яка легко очищає кишені, дозволяючи агресивну подачу та швидкість.

· Найкраще використання:Аерокосмічні конструкційні кронштейни, високо{0}}навантажені роботизовані руки, продуктивні автомобільні компоненти.

3. Al5052-H32 / Al5083-H111

· Властивості:Високий вміст магнію забезпечує чудову стійкість до корозії в солоній воді. Високопластична.

· Оброблюваність:Не підходить для точного фрезерування. М’який алюміній має тенденцію склеювати канавки кінцевої фрези, утворюючи Built-Up Edge (BUE) і залишаючи задирки вздовж обрізаних країв.

· Найкраще використання:Корпуси морських суден, зварні металеві/механічні гібридні конструкції.

Механічні властивості та індекс оброблюваності алюмінієвих сплавів з ЧПУ

Впровадження ранніх робочих процесів DFM за допомогою Dazao Machinery

Застосовуючи цікерівні принципи дизайну алюмінієвого чпупід час початкової розробки продукту усуває дорогі замовлення на технічні зміни (ECO) після того, як інструментальне обладнання триває.

наXiamen Dazao Machinery, наша команда інженерів підтримує покупців і дизайнерів уФаза завершення САПР на 80%.. Запускаючи автоматичне моделювання траєкторії інструменту CAM і аналіз стеку-допусків перед розрізанням матеріалу, Dazao допомагає клієнтам досягти:

1. Скорочення часу циклу:Оптимізація внутрішніх радіусів і глибини кишень скорочує час обробки на 20%-35%.

2. Гарантія якості:нашПроцедури прецизійної перевірки якості IATF16949забезпечити повну сертифікацію нагрівання сировини, перевірку розмірів ШМ та перевірку оптичного калібру всіх різьбових елементів, а також перевірку оптичного калібру всіх різьбових елементів.

3. Прозора калькуляція:Визначення над-допустимих функцій дозволяє інженерам послабити не-критичні специфікації перед початком виробництва.