Рекомендації щодо проектування отворів з ЧПК: посібник із діаметра, глибини та допуску

На елементи отворів припадає від 30% до 50% загального часу циклу точної обробки та понад 60% брухту-цеху. Економічне виготовлення отворів вимагає узгодження геометрії отвору зі стандартним ротаційним інструментом. Зберігайте співвідношення глибин-до-діаметра нижче 5:1, уникайте змодельованих плоских днищ глухих отворів без функціональної необхідності, розраховуйте глибину пілотування для врахування точок свердління під кутом 118 градусів або 135 градусів і різьблення-входів, а також призначайте допуски на основі порогів виробничого процесу (свердління: ±0,1 мм / IT11 до IT13; Розгортання: ±0,01 мм / IT7 до IT8; Розточування: ±0,005 мм / IT6 до IT7).

Справжня вартість виготовлення отворів у прецизійній обробці з ЧПК

У прецизійному субпідрядному виробництві виготовлення отворів являє собою найвищу концентрацію зносу інструменту, несправності відводу стружки та дисперсію розмірів на обробній поверхні. У той час як сучасне програмне забезпечення CAD дозволяє інженеру розмістити отвір діаметром 3,15 мм із глибиною 80 мм і плоским дном за лічені секунди, виготовлення такої геометрії вимагає певних траєкторій руху інструментів, спеціального інструменту, зниження номінальної подачі та вторинних операцій, які в рази збільшують ціну одиниці. Загальна виробнича вартість отвору визначається кумулятивною сумою зносу інструментів, часу машинного циклу, накладних витрат на вимірювання координат і ризику браку деталей.

Наступні стандартизованіІнструкції з проектування отворів з ЧПУбезпосередньо контролює ціну частини. Круглий отвір — це не статична виноска двовимірного малюнка; це фізичний від'ємний об'єм, створений обертовим ріжучим інструментом, що працює під дією сильної осьової тяги та радіальних сил відхилення. Наші дані про виробництво аерокосмічних корпусів, автомобільних компонентів трансмісії та медичних колекторів демонструють, що неоптимізована геометрія отворів є причиною більшості поломок верстатів і бракування деталей у нашій компанії Dazao.послуги високоточної обробки з ЧПУ на замовлення.

Коли вказується діаметр і глибина отвору для ЧПК, вибір конструкції диктує чотири механічні чинники на цеху:

· Наявність інструментів:Стандартні--стандартні інструменти порівняно зі шліфованими твердосплавними свердлами на замовлення, які потребують тривалого часу закупівлі.

· Кінематична жорсткість:Залежність довжини звису інструменту від діаметра, керуючи відхиленням консолі та гармоніками вібрації.

· Динаміка евакуації стружки:Здатність ріжучої рідини під тиском від 20 до 70 бар (від 300 до 1000 фунтів на квадратний дюйм) вимивати стружку з канавок до того, як ущільнювач стружки поламає інструмент.

· Метрологічна складність:Обмеження доступу до щупа стандартної пробки проти повітромірів чи координатно-вимірювальної машини (КІМ).

Критичні сліпі зони DFM: пастки моделювання САПР, гідравлічні замки та ризики обробки поверхні

У загальних довідниках з проектування перераховані стандартні розміри отворів, але виробничий брухт зазвичай походить від трьох конкретних режимів відмови, які спостерігаються під час виробничих операцій.

Геометрія конічної точки САПР проти зіткнень із корисною глибиною різьби

Сучасні параметричні інструменти САПР за замовчуванням використовують циліндричні вирізи, які закінчуються плоским дном, якщо дизайнер вручну не вкаже конічну вершину. Під час виробництва стандартні спіральні свердла з твердого сплаву та високошвидкісної сталі (HSS) шліфуються або під кутом 118 градусів для м’якої сталі загального призначення, або під кутом розколу 135 градусів для нержавіючої сталі, титанових сплавів і -нікелевих суперсплавів. Геометрично осьова висота конуса свердла під кутом 118 градусів додає приблизно 0,300 діаметра свердла до загальної глибини, тоді як точка розколу 135 градусів додає приблизно 0,207 діаметра.

Коли інженер проектує плоске-дноДизайн глухих отворів з ЧПУ, оператор машини не може закінчити отвір за один цикл свердління. Цех має виконати первинну операцію свердління, а потім вторинну операцію заглиблення за допомогою торцевої фрези або свердла з плоским-доном. Цей допоміжний прохід створює відхилення інструменту, створює сліди від тріскотіння та ускладнює внутрішню геометрію. Інженери можуть перевірити, яквнутрішні радіуси кутів і вплив нижньої частини на вартістьзбільшити загальний час обробки під час очищення порожнини.

Щоб встановити безпечний зазор для глухих різьбових отворів, загальна глибина направляючого отвору повинна дорівнювати необхідній функціональній глибині різьби, плюс додатковий запас безпеки від 3 до 5 кроків різьби, плюс осьова глибина конуса вістря свердла. Проблема посилюється з різьбовими глухими отворами, оскільки стандартні спіральні-мітчики мають фаску з 2–3 неідеальних різьб. Якщо на кресленні вказано 15 мм повної глибини різьби всередині просвердленого направляючого отвору глибиною 18 мм, мітчик вдаряється в нижню конічну поверхню, не досягаючи глибини, що призводить до катастрофічної поломки мітчика всередині заготовки.

Гідравлічний замок і деформація напруги в тонкі-обручі

У прецизійних компонентах із тонкими навколишніми структурами високо-швидкісні операції нарізання різьби та розгортання всередині глухих отворів створюють закриту зону стиснення рідини. Коли інструмент входить у глухий отвір із рідиною для різання, що подається зі швидкістю 30 літрів на хвилину, рідина та повітря, що потрапило в пастку, не можуть вийти через обмежені зазори канавок, створюючи сильний внутрішній тиск.

Згідно з механікою тонкостінної посудини під тиском, результуюча внутрішня кільцева напруга дорівнює динамічному тиску рідини, помноженому на радіус отвору, поділеному на товщину навколишньої стінки. Коли ця внутрішня напруга перевищує межу текучості матеріалу (наприклад, 276 МПа для Al6061-T6 або 310 МПа для латуні C36000), навколишня стінка зазнає постійної зовнішньої пластичної деформації. Перевірки ШМ після-механічної обробки виявляють опуклість зовнішньої стінки від 0,02 мм до 0,05 мм і циліндричні похибки биття на зовнішньому профілі. Інженери повинні робити перехресні посилання на нашімінімальна товщина стінки ЧПК інженерні правиладля запобігання структурної деформації під високим тиском різання.

Щоб захистити тонкостінні глухі отвори під час виробництва:

· Підтримуйте мінімальну товщину навколишньої стінки принаймні в половину діаметра отвору для структурної цілісності під час різання під високим-тиском рідини-охолодження.

· Якщо товщини стінки менше 1,0 мм неможливо уникнути, замість нарізування різьблення використовуйте фрезерування різьби, зменшіть тиск подачі охолоджуючої рідини або додайте мікро-канал зовнішнього скидання тиску до моделі CAD.

Хімічне захоплення та пост{0}}витік-анодованої кислоти

Глухі отвори з високим співвідношенням глибини-до-діаметра, що перевищує 5:1, уловлюють хімічні розчини під час фінішної обробки поверхні, зокрема анодування сірчаною кислотою (MIL-A-8625), гальванічного нікелювання (AMS-2404) і хімічних конверсійних покриттів (MIL-DTL-5541).

Через поверхневий натяг рідини та сліпі мікро-кишені стандартні промивання деіонізованою водою після нанесення-покриття не вимивають уловлену кислоту з основи отвору. Під час термічного затвердіння, запікання або зберігання:

· Затримана кислота нагрівається, розширюється та витікає з отвору (кислота витікає-назовні).

· Плачуча кислота руйнує навколишній анодований шар, залишаючи білий крейдяний оксид алюмінію або пошкоджені краї покриття.

· Розчини для покриття не можуть циркулювати всередині сліпих мікро-отворів діаметром менше 2,0 мм, утворюючи зони необробленого металу, які піддаються корозії під час тестування соляним туманом (ASTM B117).

Рекомендації щодо пом'якшення проектування:Для деталей, які потребують анодування або покриття, за можливості забезпечте наскрізні-отвори. Якщо сліпа геометрія є обов’язковою, додайте функціональний дренажний отвір діаметром принаймні 1,5 мм біля основи або вкажіть чіткі протоколи маскування на критичних поверхнях креслення.

Межі від-до-діаметра (L/D) і механізми відхилення інструмента для глибокого отвору

Контроль витрат на виготовлення отворів вимагає розуміння того, якСпіввідношення глибини отвору до діаметра ЧПУзмінює динаміку різання від основного різання до глибокого-добування отворів.

Стандартні розміри отворів для обробки з ЧПК у порівнянні з інструментами спеціального діаметра

Стандартизація розмірів отворів дозволяє механічним майстерням використовувати--стандартні твердосплавні свердла зі стандартними кутовими радіусами, покриттями (AlTiN, TiSiN, DLC) і стандартними цанговими цангами (ER, гідравлічні, термоусадочна-підгонка). Вирівнювання геометрії отвору сстандартні розміри отворів для ЧПУусуває витрати на спеціальний шліфувальний інструмент. Вказівка ​​не-стандартних діаметрів (наприклад, 6,15 мм замість 6,00 мм або 6,35 мм) змушує майстерню ступінчасто-розточувати діаметр, кругову інтерполяцію меншими різцями або купувати спеціальні інструменти. Огляд нашого посібника здрайвери витрат на структурну обробку алюмініюілюструє, як не-виноски нестандартних інструментів збільшують ціну за штуку.

Відхилення консолі Ейлера-Бернуллі та динаміка блукання свердла

Зі збільшенням глибини свердління інструмент поводиться як консольна балка, що піддається комбінованій осьовій стиснутій натискній силі та крутильному моменту. Відповідно до теорії балки Ейлера-Бернуллі, поперечне відхилення на вістрі свердла прямо пропорційне незбалансованій радіальній силі різання, помноженій на куб довжини виступу інструмента, і обернено пропорційно модулю пружності матеріалу та другому моменту площі.

Оскільки другий момент площі масштабується з четвертим ступенем діаметра інструменту, тоді як відхилення масштабується з кубом довжини, подвоєння глибини отвору збільшує відхилення вершини свердла у вісім разів. І навпаки, зменшення діаметра свердла вдвічі збільшує прогин у шістнадцять разів. Це геометричне співвідношення керує вибором інструменту для всіх-операцій виготовлення отворів.

Матриця рівня виробництва: стандартне буріння до глибокого гарматного буріння

Таблиця нижче визначає виробничі класифікації та вимоги до налаштування машини під час виконанняДизайн глибокого свердління з ЧПУу різних пропорціях.

Правила видобутку глибоких свердловин (L/D > 5):

· Включити пілотні посібники:Коли глибина перевищує діаметр у 5 разів, проектний вхід спрямований перпендикулярно до осі шпинделя в межах 0,5 градусів.

· Обліковий запис для дрейфу точки виходу:Зменште допуски справжнього положення на стороні виходу глибоких наскрізних-отворів. Якщо для отвору потрібне справжнє положення на вході Ø0,05 мм, справжнє положення на виході має дозволяти принаймні Ø0,25 мм із співвідношенням сторін 8:1.

· Уникайте ступінчастих глибоких отворів:Ступінчасті внутрішні порожнини, де менший діаметр знаходиться глибоко всередині більшого отвору, спричиняють повторне нарізання стружки та зміщення сходинок.

Керівництво з вибору процесу: свердління проти розгортання чи розточування чи гвинтового фрезерування

Вибір правильного виробничого процесу вимагає збалансування допуску розмірів, можливості геометричного положення, шорсткості поверхні та обсягу виробництва під час оцінкисвердління проти розгортання проти розточування з ЧПУ.

Перш ніж призначати допуски точності, дизайнери повинні оцінитистандартні стандарти допуску на обробку алюмініющоб збалансувати очікування щодо малювання з-можливостями реальної машини.

Можливість розмірів, відповідність ISO (IT6–IT13) і шорсткість поверхні (Ra)

Стандартна механіка спірального свердління

Для стандартного свердління використовуються дво-роторні інструменти з безперервною осьовою подачею. Ребро стамески по центру не ріже; він видавлює метал, створюючи від 50% до 70% загальної сили тяги.

ОчікуванийДопуск на просвердлені отвори з ЧПУрезультати:

· Вхід в отвір:Розширюється від +0.03 мм до +0.08 мм над номінальним діаметром інструменту через початкове биття контакту.

· Отвір у середині-корпуса:Відповідає діаметру інструмента в діапазоні від +0.02 мм до +0.05 мм.

· Дно отвору:Звужується всередину або розвиває пелюсткову геометрію, якщо відбувається ущільнення стружки.

Механіка точного розгортання

Розгортання – це операція визначення розміру та фінішної обробки, яка видаляє тонкий радіальний шар заготовки, який залишився після попередньо-просвердленого отвору. Оптимальний радіальний припуск на матеріал для розгортання розраховується як 0,05 мм плюс 0,01 кореня квадратного з діаметра готового отвору. Розгортки дотримуються існуючого центрального вектора попередньо-просвердленого отвору, коригуючи діаметр, округлість і обробку поверхні, але не можуть виправити кутове відхилення осі чи помилки справжнього положення.

Одноточкове-точне розточування

Розточування використовує регульовану-точкову ріжучу пластину, встановлену на жорсткій розточувальній штанзі. Інструмент обертається під час трансляції в аксіальному напрямку вздовж запрограмованої центральної лінії шпинделя. Оскільки жорстка свердлильна штанга не направляє на існуючу стіну, вона ексцентрично відрізає матеріал, щоб виправити відхилення свердла, встановлюючи точне справжнє положення в межах Ø0,01 мм і чудову концентричність.

Гвинтоподібне інтерполяційне фрезерування

Гвинтове фрезерування переміщує стандартну плоску-кінцеву фрезу за одночасною 3-осьовою траєкторією, поєднуючи круговий рух із безперервною осьовою подачею вниз. Крок подачі вниз за один оберт не повинен перевищувати 15% діаметра різця, тоді як ефективний діаметр отвору охоплює від діаметра різця до подвоєного діаметра різця мінус один міліметр. Цей метод виключає використання спеціального свердла для нестандартних діаметрів понад 12 мм, хоча радіальний тиск різання спричиняє відхилення інструменту, що створює невелику конусність (від 0,01 мм до 0,03 мм) у більш глибоких різах.

Чотири{0}}протокол інженерних рішень для обробки отворів

1. Стандартні зазори:Якщо допуск дорівнює або перевищує ±0,1 мм, обробка поверхні Ra 3,2 мкм або шорсткіша, і використовуються стандартні діаметри, виберіть пряме стандартне спіральне свердління для найнижчої вартості виробництва.

2. Вирівнювання дюбеля підходить:Якщо допуск на діаметр жорсткий (±0,02 мм або ISO H7), а обробка поверхні має бути Ra 1,6 мкм або гладкішою, але корекція абсолютного положення не є критичною, виберіть попереднє свердління з подальшим точним розгортанням.

3. Критичні цапфи підшипників:Коли допуск знаходиться в межах ±0,008 мм, обробка поверхні має досягати Ra 0,8 мкм, а справжнє положення має бути в межах Ø0,02 мм, виберіть попереднє свердління, напів-чистове фрезерування та одноточкове-точне свердління.

4. Великі не-стандартні порожнини:Якщо діаметри отворів перевищують 16 мм, потрібні плоскі днища або обсяг партії прототипу не виправдовує спеціального інструменту, виберіть фрезерування спіральною інтерполяцією.

Рекомендації щодо проектування різьбових отворів з ЧПУ: глибина зачеплення, інструменти та вставки

Неправильна конструкція внутрішньої різьби спричиняє поломку інструменту, здирання різьби та поломку кріпильного елемента під час остаточного затягування.

Обмеження зачеплення нитки: поріг сили витягування 1,5×D-

Вказівка ​​надмірного зачеплення різьби (наприклад, різьблення кріплення M6 на 20 мм в алюмінієвий корпус) збільшує виробничий ризик без механічної користі. Аналіз розподілу навантаження на кріплення показує, що зачеплення різьблення відбувається за не-лінійною кривою зсуву:

· Зуб різьби 1 (перший зачеплений зуб):Витримує приблизно 38% загального осьового навантаження.

· Зуб різьби 2:Витримує 25% навантаження.

· Зуб різьби 3:Витримує 18% навантаження.

· Різьба поза зубом 6:Перевозити менше 5% сукупного навантаження.

Оптимальні межі залучення потоку:

· Конструкційна сталь, чавун, високоміцні-сплави:Різьбове зачеплення від 1,0 до 1,2 номінального діаметра.

· Алюмінієві сплави, магній, латунь:Різьбове зачеплення становить від 1,5 до 2,0 номінального діаметра.

· Інженерні пластики (PEEK, Delrin, POM):Різьбове зачеплення становить від 2,0 до 2,5 номінального діаметра.

Нарізання різьблення проти валків-Формування проти механіки фрезерування різьби

Для нарізання різьби діаметр направляючого свердла дорівнює номінальному діаметру різьби мінус крок різьби. Для нарізання різьби на роликах необхідний діаметр направляючого свердла дорівнює номінальному діаметру мінус 0,4375 кроку різьби.

· Вирізання нарізки:Рифлені інструменти, які відрізають матеріал для отримання стружки. Необхідний для чавунів, загартованих сталей вище 35 HRC і крихких сплавів кольорових металів.

· Рулонна-нарізка форми:Не{0}}різальні інструменти, які холодно-формують металеві волокна в профілі різьби без утворення сколів. На 20% підвищується міцність різьби на зсув і усувається ущільнення стружки в глухих отворах. Слідуюнайкращі методи точної обробки алюмінію з ЧПУробить роликову-різьбову трубу кращим підходом для пластичних сплавів, таких як Al6061-T6.

· Різьбофрезерування:Інтерполяція з ЧПК за допомогою багато-різьбової фрези. Утворює дрібну стружку, забезпечує повний контроль глибини різьблення в межах 1 кроку від дна отвору та дозволяє оператору видалити зношений різець, не розбираючи заготовку.

Метрична різьбознавча довідкова матриця

У наведеній нижче довідковій таблиці наведено параметри, що підтримують наші вказівки щодо проектування різьбових отворів для ЧПК для стандартного виробничого обладнання.

Допуски для різьбової вставки для дроту (Helicoil / STI) до-різцевих отворів

Якщо м’які метали підлягають повторному розбиранню, вкажіть вставки з дротяною ниткою. Завжди встановлюйте розмір попереднього -отвору для різьблення відповідно до специфікації діаметра свердла STI (гвинтова вставка), а не стандартного метричного розміру свердла. Включіть зенкер під кутом 120 градусів із діаметром, що дорівнює діаметру STI плюс 0,5 мм, щоб запобігти задирам різьби над верхньою поверхнею сполучення під час забивання пластини.

Відстань між отворами, мінімальна відстань до краю та поперечні -перетини отворів

Дірки не існують окремо. Їх просторова близькість до зовнішніх країв компонентів і прилеглих внутрішніх порожнин визначає внутрішні напружені стани та геометричну стабільність.

Правило мінімальної відстані до краю 1,5×D для запобігання випинання стіни

Під час свердління поблизу необмеженої межі радіальні сили різання створюють напругу зсуву, яка штовхає матеріал назовні. Дотримуючись валідованихВідстань між отворами ЧПУ та відстань до краюобмеження дозволяє уникнути деформації краю під час-високошвидкісного виробництва. Відстань від центру отвору до краю деталі має бути принаймні в 1,5 рази більшою за діаметр отвору для суцільної заготовки, збільшуючись до 2,0–2,5 разів діаметра для тонкостінних листів і трубок.

Порушення цього правила призводить до трьох різних дефектів-підлоги:

· Випуклість краю:Зовнішній профіль вигинається назовні на 0,05-0,20 мм навпроти входу в отвір.

· Прорив під час постукування:Напруги, що утворюють різьблення, розривають тонке полотно, руйнуючи структурне утримання. Зверніться до нашогорекомендації щодо проектування алюмінієвих компонентівдля безпечних відстаней до країв у корпусах із легких-сплавів.

· Анодування:Висока щільність електричного струму під час анодування зосереджується на ультра-зовнішніх краях, спалюючи матеріал.

Внутрішня прогалина та багато-структурна цілісність порожнин

Перемичка з твердого матеріалу (стрічка), що розділяє два паралельні отвори, повинна витримувати як сили затиску, так і зусилля різання без вібрації. Мінімальна товщина полотна між сусідніми отворами має становити принаймні 1,0 мм або половину діаметра меншого отвору, залежно від того, що більше. Для корпусів гідравлічних клапанів високого тиску, що працюють понад 200 бар, обчисліть товщину перетинки на основі межі текучості матеріалу при зсуві, щоб уникнути внутрішнього розриву між сусідніми каналами рідини.

Поверхня під кутом Вхідна точка-Лицьова та поперечна-Стратегія видалення отворів

· Свердління кутових поверхонь:Якщо свердло торкається поверхні під кутом більше 5 градусів від перпендикуляра, край долота радіально ковзає. Це зміщує інструмент з центру та замикає твердосплавні свердла.рішення:Змоделюйте фрезеровану плоску площадку (точкову поверхню) перпендикулярно до осі отвору в точці входу інструменту.

· Перехресні-отвори:Коли свердло вривається в наявне внутрішнє поперечне -свердло, опір різанню падає до нуля на одній кромці, тоді як інша кромка залишається зачепленою. Це асиметричне навантаження відриває свердло від осі, сколюючи межі твердого сплаву.Протокол Dazao Shop:Запрограмуйте зниження швидкості подачі ЧПК до 30% від номінальної подачі під час перетину порожнини, входячи в прорив із зниженою швидкістю та підтримуючи знижену подачу, доки протилежна стінка не буде повністю зачеплена. Ручне чи термічне видалення задирок (TEM) має бути зазначено на кресленнях для внутрішніх перехресть, де незакріплені задирки спричиняють вихід із ладу гідравлічного клапана.

Dazao Shop-Floor DFM Checklist & the Cost{1}}Tolerance Multiplier Curve

Використовуйте цей контрольний список із 10 пунктів, перш ніж випускати робочі 2D-друки та 3D-файли CAD, щоб зменшити витрати на обробку та тривалість циклу.

Контрольний список DFM з 10 отворами

 Конічна точка CAD:Чи всі глухі отвори моделюються за допомогою стандартного вістря свердла під кутом 118 або 135 градусів, а не плоского дна?

 Стандартні діаметри:Чи відповідають діаметри отворів стандартним метричним крокам інструменту?

 Співвідношення глибини L/D:Чи співвідношення глибини-до-діаметра не перевищує 5:1, де це можливо?

 Зазор різьби:Чи простягається глухий направляючий отвір щонайменше на три кроки плюс висота точки свердління понад необхідну повну глибину різьби?

 Обмеження глибини різьби:Чи придатне для використання різьбове зачеплення не перевищує 1,5 діаметра сталі або 2,0 діаметра алюмінію?

 Крайовий зазор:Відстань від-до-краю більша або дорівнює 1,5 діаметра отвору?

 Товщина полотна:Чи становить відстань між сусідніми отворами щонайменше 1,0 мм або половина меншого діаметра отвору?

 Точкові грані входу під кутом:Чи мають отвори на не-перпендикулярних поверхнях попередньо-плоску вхідну поверхню?

 Дренаж після-обробки:Чи мають глухі отвори, які підлягають анодуванню або покриттю, дренажний шлях для усунення хімічного захоплення?

 Реалістична толерантність:Чи призначені вільні допуски (±0,1 мм) для зазорів, зберігаючи допуски на точність (в межах ±0,01 мм) виключно для розташування дюбелів і цапф підшипників?

Крива множника-толерантності

Зменшення не-критичного допуску на отвори з ±0,01 мм до ±0,10 мм усуває потребу в циклах вторинного розгортання або розточування, скорочуючи час циклу обробки деталей із великою-кількістю отворів-до 40%.

Можливості виготовлення точних отворів у Xiamen Dazao

Оптимальна конструкція отвору врівноважує функцію деталі зі стандартною динамікою різання-цеху. Вказівка ​​стандартних діаметрів інструменту, збереження співвідношення глибин-до-діаметра нижче 5:1, уникнення не-функціональних глухих-нижніх отворів і врахування контрольного зазору для різьбових мітчиків негайно зменшує поломку інструменту, тривалість циклу та кількість браку.

наXiamen Dazao Machineryна нашому підприємстві працює понад 60 високоточних 3-, 4- та 5-осьових обробних центрів з ЧПК, сертифікованихISO 9001:2015 та IATF 16949:2016. Наша команда інженерів перевіряє кожну CAD-модель замовника за допомогою автоматизованого протоколу DFM, щоб виявити конфлікти дизайну отвору перед розрізанням металу.