Комплетан водич за CNC глодане делове: врсте, материјали, толеранције, процеси

Шта је ЦНЦ глодање?

CNC глодање је врхунска метода израде делова сечењем материјала из чврстог блока. Технички, то се назива субтрактивни производни процес. Ради тако што користи рачунарски контролисане алате за сечење са више оштрих ивица које се брзо окрећу како би урезале комад материјала који је чврсто фиксиран на месту. За разлику од стругања, глодање је невероватно добро у изрезивању сложених, неравних облика, предмета са равним површинама и прилагођених 3Д дизајна.

Приликом израде дела, стварни облик и дизајн објекта одредиће 60% до 80% укупних трошкова његове производње. Пошто дизајн има огроман утицај на цену, апсолутно је неопходно планирати дизајн тако да буде једноставан и исплатив за стварну израду. Ово осигурава да пројекат остане економски исплатив.

CNC глодање је златни стандард за креирање финалних, радних делова који ће се заправо користити у стварном свету. Главни разлог за то је што се глодањем израђује део из чврстог блока материјала. То значи да готови део задржава оригиналну, уједначену чврстоћу материјала у сваком правцу. Модерна алтернатива, 3Д штампање, гради делове слој по слој и често ствара слабе тачке између тих слојева. То је главни разлог зашто CNC глодање остаје вредно за професионални рад.

Шта је процес производње делова CNC глодањем?

Фаза 1: CAD моделирање и конверзија из CAD-а у CAM

Пре него што се машина уопште укључи, део мора бити дигитално припремљен и преведен у инструкције које машина може да разуме.

Прво, стандардни 3Д ЦАД модели (STEP/IGES) се учитавају у специјализовани ЦАМ софтвер. Овај софтвер анализира облик и израчунава апсолутно најбоље путање за алате за сечење, брзине померања и брзину окретања вретена. Ове планиране путање се затим преводе у специфичан програмски језик који се назива Г-кодови. Они контролишу вишеосне моторе машине. Пре него што се сече било какав прави метал, дигитални тестови се изводе на рачунару како би се проверило колико материјала алат одгризе одједном и како би се гарантовало да алатна машина неће случајно ударити у унутрашње делове машине.

Фаза 2: Подешавање машине и причвршћивање радног предмета

Када су дигиталне инструкције спремне, физички радни простор мора бити спреман да поднесе екстремне силе. Сировина мора бити невероватно чврсто фиксирана како би издржала велике силе резања. Да би то урадили, машински стручњаци користе тешке механичке стеге, јаке вакуумске системе или снажне магнете.

Затим се алати за сечење убацују у машину. Оператор затим осигурава да дигитална почетна тачка машине, или систем координата радног места (WCS), савршено одговара тачним почетним тачкама потребним у примарном референтном оквиру. Ово прецизно поравнање постижу коришћењем високо осетљивих трагача ивица или сонди.

Фаза 3: Извршавање машинских операција

Када је све програмирано и фиксирано, почиње стварно сечење метала.

Процес почиње брзим и агресивним одвајањем великих, нежељених комада материјала. Након што се већина потроши, машина прелази на веома лагано, пажљиво сечење користећи невероватно оштре алате који се крећу споро. То се ради како би се постигла тачна коначна величина и жељена храпавост површине.

Током процеса обраде, сечење чврстог метала ствара интензивно трење и топлоту. Да би се ово решило, на алат се струји јак млаз течног расхладног средства или MQL (минималног подмазивања) како би се смањила топлота и испрали метални делови.

Фаза 4: Инспекција квалитета и накнадна обрада

Када се део извади из машине, мора се очистити и измерити како би се осигурало да је правилно направљен.

Новосечени комади могу имати опасно оштре ивице. Они пролазе кроз процес скидања неравнина како би се те ивице заоблиле за 0,13 до 0,38 мм. Након тога, могу се подвргнути посебним површинским третманима као што су анодирање или пасивација.

Тачне мере дела и GD&T карактеристике се испитују веома осетљивим CMM машинама како би се осигурало да део испуњава пројектни план. Ова мерења се затим комбинују са званичним извештајима о инспекцији првог комада и сертификатима материјала (FAI и MTR извештаји) тако да се може пратити цела историја производње.

Уобичајене врсте ЦНЦ глодалица

Кућишта и кућишта

То су заштитна кућишта за осетљиве унутрашње елементе. Њихов примарни задатак је да заштите осетљиву електронику од прашине и влаге и да спрече електромагнетне сметње (ЕМИ). Ове кутије често имају дубоке рупе, веома танке странице и јединствене прорезе за О-прстенове како би се сместила сва електроника и савршено је затворила. Алуминијум 6061-Т6 је веома пожељан за њих јер је природни ЕМИ штит.

Носачи и монтажне компоненте

Они су структурне „кости“ које повезују различите делове машине. Они су важни носиви спојници у авионима, аутомобилској индустрији и роботици. Дизајнирање ових делова захтева равнотежу. Морају бити веома крути, али што лакши. Рупе за вијке морају бити изузетно прецизне, са минималном толеранцијом од само +/– 0,1 мм. Веома издржљиви Al 7075-T6 или Ti Grade 5 користе произвођачи за оптималну чврстоћу без повећања тежине.

Плоче, панели и поклопци

Ови равни делови се користе за затварање машина или обезбеђивање савршено равне основе. Они делују као главне структурне основе или поклопци. Да би се осигурало да заптивке за течност или гас не цуре, површине морају бити невероватно равне унутар микроскопских 0,05 мм. Посебна врста ливеног алуминијумског алата, као што је MIC-6, је индустријски стандард. Углавном због своје изузетне димензионалне стабилности.

Термални делови и хладњаци

Хладњаци одводе топлоту са осетљиве опреме како би спречили прегревање. Дизајнирани су за хлађење електронике велике снаге. Бакар високе чистоће (C110) или алуминијум 6061-T6 су главни избори због њихових својстава проводљивости топлоте. Имају густе низове уских пераја како би што више метала изложили ваздуху за хлађење.

Разводници и компоненте протока

Замислите ове делове као сложене контролере кретања течности и гасова унутар машине. Они контролишу смер и количину течности или гаса који се крећу кроз систем. То постижу коришћењем мреже укрштених отвора и специјализованих навојних спојева који могу да поднесу интензиван притисак.

Пошто рукују флуидима под притиском, тачни облици и величине морају бити савршени, а унутрашње површине морају бити невероватно глатке, посебно мерене до просечне храпавости Ra од 0,8 µm. Ово спречава цурење флуида великом брзином.

Прилагођени функционални делови

Од ових високоспецијализованих механичких компоненти захтева се екстремно физичко напрезање како би се осигурао њихов беспрекоран рад. Компоненте које се саме стежу, специјални зупчаници са закључавајућим зубима и прецизна вратила спадају у ову категорију. Они захтевају да CNC машина изнова и изнова погоди своју тачну мету на микроскопском нивоу.

Ово генерално подразумева употребу софистициране опреме способне да истовремено струже метал попут струга и резбари га попут млина. Типични избори материјала су они који могу да издрже вишеструко брушење и трење, као што су изузетно издржљиве индустријске пластике или пажљиво обрађени, каљени челици.

Уобичајени материјали који се користе за ЦНЦ глодање

CNC глодање метала

Метали су окосница CNC обраде, бирају се на основу тога колико напрезања, топлоте или хабања финални део треба да поднесе.

• Алуминијум: Ово је невероватно уобичајено. Стандардна верзија 6061-T6 се користи за свакодневне механичке делове, док се много јача верзија 7075-T6 користи за делове авиона који морају да поднесу екстремне силе.

• Нерђајући челик: 304/316 се првенствено користи у чистим срединама попут болница или на океану где је рђа опасност. Пошто овај метал не апсорбује и не шири топлоту баш добро, потребно је агресивно одвођење струготине како се она не би поново истопила на алат или део.

• Steels: Standard steel 1018 is used for the clamps that hold other parts. Another variety, 12L14, is made especially to be cut very quickly for mass production of screws and bolts. Finally, components that must take huge bending loads without permanent deformation are made of heavy-duty 4140 steel.

• Егзотика: Титанијум 5. степена је редак и необичан метал. Издржљив је упркос својој лаганој природи, што га чини идеалним избором за авионе. Инконел 718 је дизајниран да издржи температуре које су толико високе да могу уништити моторе.

CNC глодање пластике

Пластика се користи када делови треба да буду лагани, клизави или отпорни на одређене супстанце.

• ПОМ (Делрин): Индустријска пластика која се веома лако обрађује, има ниско трење по природи и стабилне димензије.

• PEEK: Термопластика ултра високих перформанси за медицинске имплантате и заптивање авиона. Веома тврда и може да издржи јаке температуре до 250°C.

• Стандардна индустријска пластика: Користите пластику попут најлона, ABS-а и поликарбоната за делове који захтевају отпорност на хабање или оптичку јасноћу. Најлон је материјал сличан сунђеру и обрађује се сувим машинским путем. Упио би влагу и променио свој тачан облик.

Матрица поређења избора материјала

Које толеранције може да поднесе CNC глодање?

Толеранција ЦНЦ глодања зависи од контролисане карактеристике, материјала, величине, приступа алату, држача радног предмета, броја подешавања, температуре и методе контроле. Један број не може описати сваку карактеристику на делу. Прецизна руптура се понаша другачије од широке површине или танког зида. Цртеж треба да додели прецизније контроле само тамо где их функција, приањање, заптивање, поравнање или кретање захтевају.

Следеће вредности су практичне почетне тачке за захтеве за понуду (RFQ). Коначне обавезе захтевају преглед цртежа и план процеса специфичан за одређене карактеристике.

Водич за пројектовање делова обрађених CNC глодањем: корак по корак

Корак 1: Унутрашњи углови и радијуси шупљина

Глодалице не могу да исеку савршено квадратне кутије у унутрашњост материјала. Физички је немогуће да изрезбаре оштре унутрашње углове од 90 степени. Увек ће оставити заобљену ивицу због цилиндричних алата за глодање.

Да бисте ово узели у обзир, морате дизајнирати унутрашње углове да буду заобљени. Полупречник ове кривине треба да буде најмање 1/3 дубине рупе. Идеално би било да ова крива буде 10% до 30% већа од самог алата како би машина могла континуирано да се креће кроз стругање.

Корак 2: Изаберите најбољу дебљину зида

Да би се спречила деформација услед притиска и вибрација алата за сечење, обрађени зидови морају поседовати довољну чврстоћу.

• Метали: Минимална дебљина 1,0 мм. Максимални однос висине и дебљине 4:1.

• Пластика: Минимална дебљина 1,5 мм због мање крутости. Максимални однос висине и дебљине 8:1.

Корак 3: Стандардизујте дубину навоја и рупа

Приликом пројектовања рупа и навоја, превише дубоко бушење ствара огромне проблеме за производни процес. Увек пројектујте рупе тако да одговарају величинама стандардних бургија. Што се тиче дубине, никада не пројектујте рупу која је дубља од 4 пута већег пречника.

За део рупе који заправо има навој, немојте правити дубљи од 2,5 пута номиналног пречника завртња. У случају слепих рупа, морате оставити додатни празан простор на дну. Овај простор без навоја треба да буде једнак 3 пута већем кораку навоја.

Корак 4: Специфичне толеранције материјала и храпавост површине

Потребно је да ускладите толеранцију са тим колико је површина заиста глатка. За нормалне машинске делове користите ISO 2768-m. Ово обезбеђује прихватљиву варијацију величине од ± 0,1 mm до ± 0,2 mm и типичну оцену глаткоће површине Ra од 1,6 до 3,2 μm.

Потребне су ултра глатке, огледалске завршне обраде, Ra 0,8 µm, само када је то апсолутно неопходно, као што је притисак на течне заптивке или тамо где су монтирани ротирајући точкови.

Уобичајене грешке у дизајну и како их избећи

Грешка 1: Претерано дубоки џепови и шупљине

Веома дубоке рупе захтевају веома дугачке алате за сечење, што представља огромне механичке проблеме.

• Проблем: Ако направите џеп који је три пута већи од сопствене ширине, машина мора да користи дугачке алате. Алат је прилично дугачак и танак, што доводи до јаких вибрација током резања, сужавања зидова и тенденције ка ломљењу алата.
• Решење: Одржавајте однос дубине и ширине не већи од 3:1. Ако је потребно да буде дубље, проширите рупу како би се могао користити дебљи, јачи алат или направите део као склоп од неколико делова спојених вијцима.

Грешка 2: Одређивање непотребно уских толеранција

Захтевање екстремне прецизности свуда на делу је најбржи начин да се исцрпи ваш производни буџет.

• Проблем: Форсирање микроскопске толеранције од ± 0,01 мм на сваком мерењу ће одмах повећати трошкове вашег дела за 200% до 400%. То се дешава зато што стандардне глодалице не могу лако да достигну тај ниво прецизности, што приморава произвођача да користи спорије, много скупље секундарно прецизно брушење.
• Решење: За већи део делова користите стандардно, приступачно правило производње ISO 2768-m. Захтевајте изузетно мале толеранције само на одређеним подручјима која морају да се споје у други део или тамо где је безбедност важна.

Грешка 3: Занемаривање приступа алатима

ЦНЦ алат може да сече само оно што физички може да досегне у правој линији.

• Проблем: Ако ставите сложене облике на врх, дно и стране дела, машиниста мора да заустави машину, одврне део, окрене га и поново поравна више пута. Сваки пут када се део помери, грешке у поравнању се гомилају.
• The Fix: Try to design all the complex features so they can be reached from a single direction. If you absolutely must cut a hidden groove sideways into the part T-slots, make sure the groove is at least 150% wider than the neck of the tool so it doesn't break.

Грешка 4: Занемаривање деформације материјала

Метали и пластика нису савршено крути. Они се савијају и флексибилно крећу под притиском и топлотом.

Које су примене ЦНЦ глодајућих делова?

Делови обрађени CNC глодањем користе се у многим индустријама, укључујући ваздухопловство, аутомобилску индустрију, медицину, електронику, роботику и индустријску опрему. Посебно су погодни за примене које захтевају строге толеранције, сложене геометрије, поуздану монтажу и конзистентан квалитет површине.

Ваздухопловство

Авиони се у великој мери ослањају на структурне носаче направљене од јаког титанијума и алуминијума. Да би били што лакши, машине значајно издубљују метал док се не искорени 95% оригиналне сировине. Оно што остаје је једноделни, веома издржљив и лаган оквир који је у складу са стандардом AS9100.

Медицински

Специјализовани погони за производњу медицинских производа са сертификатом ISO 13485 урезују биокомпатибилни титанијум и PEEK у ортопедске плоче. Користе прилагођене навоје који активно спајају сломљене кости док се шрафови затежу.

Аутомобилска индустрија

Кућишта батерија за електрична возила и делови високоперформансних аутомобила израђени су од Al 6061 и легираних челика. За делове тркачких мотора, радници ручно полирају како би избрисали микроскопске огреботине које би могле да пукну под екстремним притиском.

Електроника

Филтери за телекомуникационе 5G базне станице захтевају сложено, вишеосно чеоно глодање. Пошто метал расте када се загреје од сечења, машине морају аутоматски да се подешавају у ходу како би коначна површина била савршено равна, варирајући не више од 0,01 мм на огромној удаљености од 300 мм.

Како одабрати правог произвођача делова за ЦНЦ глодање？

Избор правог произвођача делова за CNC глодање је важан јер утиче на квалитет делова, време испоруке и поузданост производње. Добар добављач би требало да буде у могућности да подржи ваш пројекат у погледу могућности обраде, материјала, контроле квалитета и инжењерске комуникације.

Процена могућности машинске обраде

Први корак је проверити да ли произвођач има одговарајуће могућности обраде ваших делова. То укључује тип машине, могућности оса, опсег величина дела, контролу толеранција и искуство са сложеним геометријама. Ако ваш пројекат укључује строге толеранције, вишеслојну обраду или детаљне карактеристике, добављач би требало да буде у могућности да покаже релевантно искуство у производњи.

Проверите материјал и подршку толеранције

Квалификовани произвођач би такође требало да буде у стању да обрађује материјале потребне за ваш пројекат, као што су алуминијум, нерђајући челик, месинг, титанијум или инжењерска пластика. Истовремено, требало би да разуме практичне стандарде толеранције и да зна како да уравнотежи тачност са производношћу и трошковима. Добра подршка материјала и толеранција је кључни знак поузданости инжењеринга.

Преглед прототипа и флексибилност производње

Нису сви произвођачи делова за CNC глодање подједнако јаки и у изради прототипова и у производњи. Неки добављачи су боље прилагођени развојним радовима малих количина, док се други фокусирају на производњу средњих и великих количина. Избор произвођача који може да подржи ваше тренутне потребе и могуће будуће фазе производње може побољшати континуитет и смањити ризик од промене добављача.

Потврдите стандарде контроле квалитета

Контрола квалитета је још један критични фактор. Добар произвођач треба да има јасне процедуре инспекције, одговарајућу опрему за мерење и стабилан процес управљања квалитетом. Ово може да укључује инспекцију првог артикла, провере током процеса, завршну инспекцију и верификацију димензија помоћу алата као што су калибри, микрометри, висинска мерила или ЦММ системи.

Упоредите време испоруке и инжењерску подршку

Рок испоруке и техничка комуникација су такође важни. Јак добављач треба да буде у стању да пружи реалне распореде испоруке, јасне повратне информације о производљивости и практичне предлоге за побољшање дизајна делова или смањење трошкова обраде. Добра инжењерска подршка је често једнако важна као и капацитет машине, посебно за делове израђене CNC глодањем по мери.

Генерално, најбољи произвођач делова за CNC глодање није само онај са најнижом ценом. То је онај који може доследно да пружи праву равнотежу прецизности, квалитета, подршке и поузданости производње за ваш специфични пројекат.

Зашто изабрати МАИЈИН Метал за покретање ЦНЦ пројекта глодања

Од 2006. године, Шенжен МаиЏин Метал Компанија Works је обезбедила CNC глодање по мери, сертификовано по ISO 9001:2015, компанијама у преко 30 земаља.

• Напредна технологија: Користе симултане системе са 5 оса. Пошто се део може слободно ротирати, не мора се одвртати и померати, што елиминише грешке у поравнању код вишеструких подешавања. Ове машине се такође аутоматски подешавају за топлотно ширење у реалном времену.

• Екстремна тачност: Могу да достигну тачне линеарне толеранције до микроскопских ± 0,01 мм. То постижу тако што машина аутоматски мери део кроз рутине мерења током процеса, а затим га строго верификује роботским мерењем (валидација CMM-а) у складу са ASME Y14.5.

• Завршно полирање: Нуде анодизирање, електрополирање и пасивацију. За дубоке, тешко доступне унутрашње тунеле за течност, користе специјално обликоване титанијумске електричне шипке како би осигурали равномерно полирање унутрашњости и тешко доступне унутрашње разводнике.

Закључак

Да бисте добили апсолутно најбољи квалитет за свој новац, морате пажљиво ускладити функционалну намеру дизајна са правилним избором материјала. Пратите ригорозно планирање дизајна за производњу (DFM). Ако захтевате екстремну, микроскопску прецизност на деловима који само треба да изгледају добро или ако игноришете физику алата, на крају ћете повећати трошкове производње и изазвати одбијање због недостатка квалитета.

За напредне технолошке глобалне високотехнолошке индустрије којима су потребни делови са компонентама високе толеранције, сарадња са стручном фабриком као што је СхенЗхен МаиЈин Метал Воркс Цо., Лтд. чини цео процес куповине много лакшим. Од израде једног прототипа до израде хиљада идентичних делова, они могу да се носе са свим. Од свог оснивања 2006. године, МаиЈин Метал је стекао светско признање као лидер у инжењерству. Наше услуге ЦНЦ глодања су ненадмашне и помогли смо клијентима у преко 30 земаља да добију сертификат ISO 9001:2015.

Убрзајте процес производње увозом 2Д или 3Д STEP датотека у MaiJin Metal. Професионални инжењер ће темељно прегледати ваш дизајн за DFM. Затим, у року од 24 сата, добићете повољну процену за ваше прилагођене машински обрађене делове.

Честа питања

П1: Како избор материјала утиче на трошкове ЦНЦ глодања?

Брзина сечења је одређена материјалом. Са брзином сечења десет пута већом од титанијума, алуминијум значајно смањује обрачун машинских сати. У поређењу са обичним челицима, обрадиви угљенични челик (12L14) са додатком олова као чврстог мазива може смањити трошкове производње и до 40%.

П2: Зашто је тешко постићи оштре унутрашње углове ЦНЦ глодањем?

Радијус се по дефиницији оставља ротирајућим цилиндричним алатима. Употреба деликатних, споро секућих инструмената је неопходна за одређивање малих углова. Да би се избегли скупи поступци електроерозионе обраде (EDM), инжењери креирају „псеће кости“ рељефа који омогућавају обичним јаким секачима да правилно наместе квадратне компоненте.

П3: Када треба да изаберем 5-осовинско глодање уместо 3-осовинско?

За сложене тродимензионалне облике, покретне подрезе или елементе на различитим равнима, 5-осни систем је прави избор. Укупно време израде се драматично смањује компресијом многих ручних подешавања стезања у један аутоматизовани ток, што резултира бољом сатном стопом.