راهنمای طراحی CNC آلومینیوم: قوانین DFM و کاهش هزینه

طراحی قطعات آلومینیومی برای ماشینکاری CNC نیازمند متعادل کردن عملکرد مکانیکی با دینامیک برش کف کارگاهی-است. قوانین استاندارد کلیدی DFM عبارتند از: حفظ حداقل ضخامت دیوار در بالا0.8 میلی متر(1.5 میلی متر توصیه می شود)، شعاع گوشه داخلی را تنظیم کنید>1.15 برابر شعاع ابزار، درپوش عمق جیب درقطر برش 4 برابر، و مشخص کردنISO 2768-mتلورانس های عمومی هنگام رزرو0.010 ± میلی مترفقط برای رابط های جفت گیری حیاتی. برای جلوگیری از تاب برداشتن قطعه و انسداد رزوه، مهندسان باید کاهش تنش آلیاژ (به عنوان مثال، مشخص کردن Al6061-T651 روی T6) و تجمع آبکاری در مرحله اولیه مدل‌سازی 3 بعدی CAD را در نظر بگیرند.

مدل‌های CAD در مقابل واقعیت طبقه فروشگاه: پل زدن شکاف مهندسی

یک مدل سه بعدی CAD تولید شده در SolidWorks یا Autodesk Inventor یک هندسه ایده آل در یک محیط دیجیتالی -گرانش، صفر- اصطکاک را نشان می دهد. هنگامی که به یک مرکز ماشینکاری عمودی 5 محور (VMC) منتقل می شود، این هندسه با گشتاور دوک با سرعت بالا، نیروهای گیره فیزیکی، انحراف ابزار برش، و تولید گرما در تعامل است.

درماشین آلات Xiamen Dazao، که در سال 2000 با گواهینامه های ISO9001:2015 و IATF16949:2016 تاسیس شد، داده های تولید نشان می دهد کهتقریباً 90 درصد از فایل‌های CAD 3D ارسال شده نیاز به تغییرات DFM (طراحی برای ساخت) دارند.قبل از اینکه مسیرهای ابزار تولید شوند. طرح‌های بهینه‌نشده منجر به زمان‌های چرخه بیش از حد، صدای ابزار، سایش سریع برش و نرخ‌های ضایعات غیرضروری می‌شود.

دنبال کردن ساختاردستورالعمل های طراحی ماشینکاری cnc آلومینیومبه مهندسان این امکان را می‌دهد تا اجزایی بسازند که تولید ارزان‌تر، ماشین‌آلات سریع‌تر و از نظر ابعادی در طول پردازش{0}}پست پردازش شوند. برای درک اینکه چگونه این انتخاب‌های طراحی به عملیات تولید در سطح{2}}کف تبدیل می‌شوند، با بنیاد ما مشورت کنیدراهنمای ماشینکاری CNC آلومینیوم.

دستورالعمل های اساسی DFM برای ماشینکاری آلومینیوم CNC

اجرای کارآمدطراحی قطعات آلومینیومیمستلزم رعایت محدودیت های هندسی خاص است که توسط سینماتیک ابزار برش و خواص مواد تعیین می شود.

1. حداقل ضخامت دیوار و کنترل سفتی

دیوارهای نازک تحت نیروهای برش زیاد، انحراف جانبی را تجربه می‌کنند، که منجر به ایجاد علائم پچ پچ، رانش ابعادی و شکستگی احتمالی دیوار می‌شود.

· حداقل ضخامت دیوار توصیه شده: 1.5 میلی متربرای ویژگی های ساختاری کلی

· حداقل مطلق ضخامت دیوار: 0.8 میلی متربرای دنده های موضعی و پشتیبانی شده (حداقل ضخامت دیوار برای ماشینکاری cnc).

· ویژگی های میکرو-: 0.5 میلی مترفقط از طریق برش های چند گذری سبک با آسیاب های انتهایی کوچک-قطر، که به طور قابل توجهی زمان چرخه را افزایش می دهد، قابل دستیابی است.

انحراف یک دیوار نازک تحت فشار برش از معادله خمش تیر کنسول پیروی می کند:

δ=(F⋅L³)/(3⋅E⋅I)

کجاδانحراف، F نیروی برشی، L ارتفاع دیواره، E مدول یانگ آلیاژ آلومینیوم، و I ممان مساحت اینرسی است. از آنجایی که ضخامت دیواره (t) مستقیماً بر اینرسی (I=(b⋅t³)/12 تأثیر می‌گذارد، کاهش ضخامت دیواره تا 50 درصد باعث افزایش انحراف به میزان 8 برابر می‌شود.

2. انتخاب شعاع گوشه داخلی و درگیری پایان آسیاب

آسیاب های انتهایی CNC روتاری نمی توانند گوشه های عمودی داخلی 90 درجه تیز را برش دهند. هر لبه عمودی داخلی به طور طبیعی شعاع فرز را حفظ می کند (cnc داخل شعاع گوشه).

· قانون استاندارد:یک را مشخص کنیدشعاع گوشه داخلی(Rcorner) یعنی10 تا 15 درصد بزرگتراز شعاع آسیاب انتهایی استاندارد (Rtool).

· قانون ریاضی:Rcorner بزرگتر یا مساوی 1.15×Rtool

اگر شعاع گوشه داخلی دقیقاً با شعاع آسیاب انتهایی مطابقت داشته باشد، ابزار تغییر جهت 90 درجه ای را تجربه می کند در حالی که 100٪ درگیری شعاعی را حفظ می کند. این جهش ناگهانی در بار تراشه باعث زنگ زدن ابزار، پوشش ضعیف سطح و شکستن ابزار می شود. فراهم کردن شعاع بزرگتر به برش اجازه می دهد تا مطابق با استانداردها، بدون توقف یا ساکن شدن، به آرامی از گوشه عبور کند.قوانین طراحی فرز cnc.

3. محدودیت های عمق پاکت و نسبت انحراف ابزار

جیب های عمیق و باریک به آسیاب های انتهایی بلند نیاز دارند. همانطور که برآمدگی ابزار افزایش می یابد، سفتی طبق فرمول انحراف پرتو (متناسب با L³) به طور تصاعدی کاهش می یابد.

· عمق جیب استاندارد:عمق را کمتر یا مساوی نگه دارید4× عرض جیب.

· حداکثر عمق جیب:کمتر یا مساوی با6× عرض جیب. اعماق بیش از 6× به ابزار گردنی تخصصی، کاهش نرخ تغذیه یا EDM (ماشینکاری تخلیه الکتریکی) نیاز دارد که هزینه را افزایش می دهد.

4. استانداردهای طراحی سوراخ و تراز مته

طراحی سوراخ‌هایی که با اندازه‌های مته استاندارد مطابقت داشته باشند، نیاز به ریمورهای سفارشی یا مسیرهای ابزار درون‌یابی دایره‌ای را از بین می‌برد.نحوه طراحی قطعات برای ماشینکاری cnc).

· محدودیت عمق سوراخ:عمق سوراخ کور را کمتر یا مساوی نگه دارید8× قطر سوراخ

· نمایه پایین:کف سوراخ کور را با استاندارد طراحی کنیدزاویه نقطه مته 118 درجه یا 135 درجهبه جای کف صاف سوراخ‌های پایین{1} مسطح به عملیات آسیاب انتهایی ثانویه نیاز دارند.

· سطوح ورودی و خروجی:اطمینان حاصل کنید که سطوح ورودی و خروجی مته بر محور ابزار عمود هستند. سوراخ کردن در یک سطح زاویه دار باعث سرگردانی بیت، خم شدن ابزار و از بین رفتن تلرانس موقعیت سوراخ می شود.

پارامترهای کلیدی DFM برای ماشینکاری CNC آلومینیوم

جلوگیری از افزایش هزینه: پشته تحمل-پایان‌های بالا و سطح

بیش از-تحمل‌ها بزرگترین محرک هزینه‌های غیرضروری تولید درماشینکاری cnc dfm.

1. حذف تله های پیش فرض تحمل CAD

الگوهای رسم استاندارد CAD اغلب شامل تحمل بلوک عنوان پیش فرض هستند، مانند:

· XX=±0.5 میلی متر

· X.XX=±0.1 میلی‌متر

· X.XXX=±0.01 میلی‌متر

هنگامی که یک مهندس یک ویژگی غیر حساس را با سه رقم اعشار ترک می‌کند، برنامه‌نویس CAM باید پاس‌های تکمیلی-دقت،{1} پایین{1}}فید نهایی را در سطوح غیرهم- اجرا کند (تحمل ماشینکاری cnc).

· تحمل های عمومی:درخواست کنیدISO 2768-m (متوسط)برای همه ابعاد غیر مهم-دستورالعمل های تحمل ماشینکاری cnc).

· تلورانس های دقیق:رزرو کنید0.010 ± میلی متر تا 0.025 ± میلی متربه طور دقیق برای صندلی های بلبرینگ، محل پین های رولپلاک و سرسره های جفت گیری پویا.

2. حسابداری رشد بعدی آندایزینگ

قطعات آلومینیومی آسیاب شده معمولاً دستگاه را با زبری سطحی ترک می کنندRa 1.6 میکرومتر تا Ra 3.2 میکرومتر. اتمام نور این را به پایین می‌آوردRa 0.8 میکرومتر. با این حال، درخواستخدمات آندایزینگ دقیق آلومینیومیا پرداخت سطح ثانویه به طور مستقیم ابعاد فیزیکی نهایی را تغییر می دهد:

① آنودایز نوع دوم (آنودایز استاندارد):

· ضخامت کل فیلم:8 میکرومتر تا 15 میکرومتر.

· نفوذ در مقابل ایجاد: 50% در سطح آلومینیوم رشد می کند، 50% در قسمت بیرونی ایجاد می شود.

· رشد ابعادی در هر سطح:4 میکرومتر تا 7.5 میکرومتر.

② آندایزینگ پوشش سخت نوع III:

· ضخامت کل فیلم:25 میکرومتر تا 50 میکرومتر.

· رشد ابعادی در هر سطح:12.5 میکرومتر تا 25 میکرومتر.

هنگام طراحی -برازش سوراخ‌های پین یا بستن-تلرانس حفره‌های شفت، ابعاد CAD پیش{2}}آنودایز شده باید برای ایجاد این لایه مطابق بادستورالعمل های ماشینکاری cnc dfm.

روش تولید در مقابل تأثیر هزینه تحمل

3 نقطه کور تولید در ماشینکاری CNC آلومینیوم

در حالی که راهنماهای استاندارد بر شعاع اصلی و ضخامت دیوار تمرکز دارند، خرابی های تولید اغلب ناشی از پدیده های فیزیکی است که در حین برداشتن تراشه رخ می دهد. در اینجا سه ​​نقطه کور مهندسی حیاتی شناسایی شده در کف ماشین آلات Dazao وجود دارد.

نقطه کور 1: آزادسازی استرس داخلی و تاب برداشتن نامتقارن سهام

استوک آلومینیوم اکسترود شده یا گرم{0} نورد شده حاوی سطوح بالایی از تنش پسماند داخلی ناشی از تولید است. همانطور که یک آسیاب انتهایی CNC حجم زیادی از مواد را از یک طرف یک قطعه حذف می کند، میدان تنش داخلی نامتعادل می شود. هنگامی که قطعه از گیره جدا می شود، جزء خم می شود یا می پیچد.

پرونده شکست مهندسی در Dazao

یک مشتری یک صفحه پایه نوری با ابعاد 1200 میلی متر × 400 میلی متر × 25 میلی متر با استفاده از استاندارد طراحی کرد.Al6061-T6بشقاب طراحی به فرزکاری یک جیب عظیم در یک طرف نیاز داشت که 70٪ از مواد را حذف می کرد.

با رها کردن گیره، مرکز صفحه پایه به سمت بالا خم شد0.35 میلی متر، عدم وجود مشخصات صفحه مسطح کمتر از یا مساوی 0.05 میلی متر. کل دسته تولید 50 قطعه اسقاط شد.

راه حل مهندسی

1. مشخصات مواد:از 6061-T6 به6061-T651یا7075-T6511. را51تعیین نشان می دهد که صفحه قبل از پیری مزاج با کشش مکانیکی (1.5٪ تا 3٪ کشش دائمی) در آسیاب از تنش{0}}کاسته شده است.

2. استراتژی ماشینکاری:حذف متقارن مواد را اجرا کنید. دستگاه زبر سمت A، چرخاندن و سمت ناهموار B، یک تنش میانی-درمان حرارتی تسکین دهنده اعمال کنید180 درجه به مدت 2 ساعت، و سپس پاس های نهایی دقیق را اجرا کنید.

نقطه کور 2: احتباس مویرگی محلول های آندایز کننده در رزوه های کوچک

مهندسان به طور معمول قطر رزوه های اصلی را برای ایجاد یکنواخت آنودایز تنظیم می کنند. با این حال، در سوراخ‌های رزوه‌دار با قطر کوچک-(مثلاً M3 تا M5)، نیروی مویرگی مانع از گردش مایع در طول مرحله شستشوی آنودایز می‌شود.

فشار مویرگی در یک کانال کوچک به صورت زیر محاسبه می شود:

Pc=(2⋅ ⋅cosθ)/r

جایی که کشش سطحی است، θ زاویه تماس، و r شعاع سوراخ است. با کاهش r، احتباس مویرگی افزایش می یابد.

محلول حمام آندایز کننده در ریشه نخ های کوچک کور باقی می ماند. غلظت موضعی اسید باعث انحلال بیش از حد آلومینیوم و به دنبال آن تجمع موضعی اکسید می شود و به طور موثر ضخامت فیلم را در رزوه های پایین دو برابر می کند.

پرونده شکست مهندسی در Dazao

یک بخش مسکن پزشکی سوراخ های رزوه ای کور M3 را با استاندارد مشخص کرده استتحمل نخ کلاس 6H. گیج های پلاگین نخ قبل از آنودایز کردن بدون مشکل بازرسی را پشت سر گذاشتند.

به دنبال آندایز کردن با پوشش سخت نوع III، پیچ‌های نصب فولاد ضد زنگ تا نیمه در سوراخ‌های کور یخ زدند و سر پیچ‌ها را جدا کردند.

راه حل مهندسی

1. ضربه زدن بزرگ:استفاده از شیرهای بزرگ (محدودیت های شیر GH3 یا GH4) برای تمام رزوه های داخلی کوچکی که برای آندایز کردن پوشش سخت تعیین شده اند تا فاصله بیشتری با قطر گام ایجاد کنند.

2. مشخصات CAD/Drawing صریح:به طور واضح فراخوان های نخ را در چاپ های مهندسی جدا کنید:

· Pre-کلاس رشته آنودایز: بسیار بزرگ

· پست{0}}کلاس رشته آنودایز: ISO 6H

3. از طریق-تغییر سوراخ:هر زمان ممکن است سوراخ‌های رزوه‌دار کور را به سوراخ‌های از طریق-تبدیل کنید تا جریان آزاد سیال در طول شستشوی آبکاری جریان یابد.

نقطه کور 3: رزونانس دیوار و طراحی ساختاری ضد فرکانس نامتقارن-

هنگامی که جیب‌های آلومینیومی-سرعت فرزکاری نازک-، برهم‌کنش فلوت‌های برش در برابر سازه‌های آلومینیومی نازک باعث ایجاد پچ پچ‌های شدید می‌شود.فرکانس عبور تیغه (fbp) مطابقت داردفرکانس تشدید طبیعی (fn) از دیوار جیب.

فرکانس عبور تیغه به صورت زیر تعریف می شود:

fbp=(RPM× تعداد فلوت)/60

اگر آسیاب انتهایی 4 فلوت با 12000 دور در دقیقه کار کند، fbp=(12000×4)/60=800 هرتز. اگر فرکانس طبیعی دیوار جیبی نیز 800 هرتز باشد، امواج آکوستیک ایستاده تشکیل می‌شوند که بدون در نظر گرفتن تنظیمات تغذیه، علائم عمیقی ایجاد می‌کنند و سطح را خراب می‌کنند.

راه حل مهندسی

· شکست تقارن:به جای طراحی چهار دیوار جیبی با ضخامت 2.0 میلی متر، کمی ضخامت دیوار را تغییر دهید (به عنوان مثال، دیوار A=2.0 میلی متر، دیوار B=2.4 میلی متر). تغییر جرم مقطع- fn را در دیوارهای مجاور جابجا می کند و تشدید موج ایستاده را سرکوب می کند.

· میکرو-زوایای پیش نویس:الف را بگنجانیدزاویه کشش 0.5 درجه تا 1.0 درجهروی دیوارهای جیب داخلی یک دیوار مخروطی دارای یک مقطع متغییر پیوسته-در امتداد ارتفاع خود است که از تقویت هر فرکانس تشدید منفرد در طول عبور فرز جلوگیری می‌کند.

تثبیت، استراتژی داده، و تکنیک های کاهش راه اندازی

هر بار که اپراتور ماشین قطعه‌ای را جدا می‌کند، آن را می‌چرخاند، و دوباره آن را در جهتی جدید می‌بندد ("تنظیم")، خطای موقعیتی افزایش می‌یابد، و زمان بیکاری ماشین هزینه واحد را افزایش می‌دهد.

1. ارزیابی 3-Axis در مقابل{2}}Axis VMC Economics

· ماشینکاری 3 محور:ایده آل برای قطعات با ویژگی های یک چهره یا جهت گیری های ساده بالا/پایین. نیاز به چرخاندن دستی یا وسایل متعدد دارد. نرخ پایین ساعتی دستگاه (45 - دلار 65 دلار در ساعت).

· اهرم پیشرفتهقابلیت ماشینکاری 5 محوره CNCبرای خطوط پیچیده ارگانیک، سوراخ‌های متقاطع{0}}زاویه‌دار، یا هندسه‌های پروانه، یا هندسه‌های پروانه ایده‌آل است. چندین تنظیم را حذف می کند اما نرخ ساعتی دستگاه بالاتری دارد ($90 - $140/hr).

برای به حداقل رساندن هزینه، قطعات را به گونه‌ای طراحی کنید که تمام ویژگی‌های حیاتی (جیب‌ها، سوراخ‌ها، شکاف‌ها) از یک بردار قابل دسترسی باشند و امکان تکمیل در یک راه‌اندازی واحد روی VMC 3 محوره را فراهم کنند.طراحی cnc آلومینیومی).

2. تثبیت ویژگی و قرار دادن سوراخ مبنا

· ایجاد داده اولیه (Datum A):یک سطح مرجع بزرگ و مسطح با یک طراحی کنیدRa 0.8پایان میکرومتر و0.02 میلی مترمشخصات صافی

· سوراخ های ابزار را بگنجانید:دو غیر{0}}غیر بحرانی اضافه کنیدسوراخ‌های رولپلاک 4.0 یا 6.0 میلی‌متریروی صورت اولیه این سوراخ‌ها به‌عنوان نقاط فیزیکی برای اتصالات CNC عمل می‌کنند و هم‌راستایی راه‌اندازی را در طول دوره‌های تولید تسریع می‌کنند.

· ارائه فلنج های بستن:برای صفحات بزرگ و نازک، زبانه های گیره قربانی یا شانه های بیرونی پلکانی را اضافه کنید. این باعث می شود که سطوح موازی گیره بدون خم شدن هندسه قسمت تمام شده، چنگ بزند.

ماتریس انتخاب آلیاژ آلومینیوم برای ماشینکاری CNC

انتخاب دمای مناسب آلیاژ مستقیماً بر سرعت برش، کیفیت لبه و هزینه‌های ابزارآلات تأثیر می‌گذارد. برای تجزیه فنی گسترده تر عملیات حرارتی و مقاومت در برابر خوردگی، به بخش توسعه یافته ما مراجعه کنیدراهنمای انتخاب آلیاژ آلومینیوم برای ماشینکاری CNC. کیفیت لبه، و به طور کلیفرآیند ماشینکاری CNC آلومینیوم.

1. Al6061-T6 / Al6061-T651

· خواص:جوش پذیری عالی، مقاومت در برابر خوردگی بالا، استحکام ساختاری خوب (دستورالعمل های طراحی قطعات آلومینیومی).

· ماشین کاری:تراشه ها با چیپس شکن های مناسب به طور تمیز تشکیل می شوند. حداقل سایش چسب ابزار

· بهترین استفاده:قاب های ساختاری، اجزای ماشین، براکت های نصب، صفحات نوری.

2. Al7075-T6 / Al7075-T6511

· خواص:مواد آلیاژی روی-با استحکام بالا{1}} با استحکام تسلیم مکانیکی مطابق با فولادهای ساختاری (~500 مگاپاسکال).

· ماشین کاری:استثنایی تراشه‌های کوتاه و شکننده تولید می‌کند که به راحتی جیب‌ها را پاک می‌کند و امکان تغذیه و سرعت‌های تهاجمی را فراهم می‌کند.

· بهترین استفاده:براکت‌های ساختاری هوافضا،-بازوهای روباتیک با بار بالا، اجزای خودرو با عملکرد بالا.

3. Al5052-H32 / Al5083-H111

· خواص:محتوای بالای منیزیم که مقاومت بالایی در برابر خوردگی آب شور ایجاد می کند. بسیار انعطاف پذیر.

· ماشین کاری:برای فرز دقیق ضعیف است. آلومینیوم نرم تمایل دارد که فلوت‌های آسیاب انتهایی را صمغ کند و لبه بالا (BUE) را تشکیل دهد و در امتداد لبه‌های برش خورده‌ها باقی بماند.

· بهترین استفاده:محفظه های دریایی، ورق فلزی جوش داده شده / سازه های هیبریدی ماشینکاری شده.

خواص مکانیکی و شاخص ماشینکاری آلیاژهای آلومینیوم CNC

پیاده‌سازی گردش‌های اولیه DFM با ماشین‌های Dazao

اعمال اینهادستورالعمل های طراحی cnc آلومینیومیدر طول توسعه محصول اولیه، سفارشات تغییر مهندسی گران قیمت (ECO) را به محض اینکه ابزارسازی در حال انجام است حذف می کند.

درماشین آلات Xiamen Dazao، تیم مهندسی ما از خریداران و طراحان پشتیبانی می کندمرحله تکمیل 80٪ CAD. Dazao با اجرای شبیه‌سازی‌های مسیر ابزار CAM خودکار و تحلیل‌های پشته تحمل- قبل از قطع شدن سهام، به مشتریان کمک می‌کند تا به موارد زیر دست یابند:

1. کاهش زمان چرخه:بهینه سازی شعاع داخلی و عمق پاکت زمان ماشینکاری را 20 تا 35 درصد کاهش می دهد.

2. تضمین کیفیت:ماروش های بازرسی کیفیت دقیق IATF16949از گواهینامه های حرارتی کامل مواد خام، تأیید ابعاد CMM، و آزمایش پین سنج نوری در همه ویژگی های رزوه ای، و آزمایش پین سنج نوری در همه ویژگی های رزوه ای اطمینان حاصل کنید.

3. هزینه یابی شفاف:شناسایی بیش از-ویژگی‌های تحمل‌شده به مهندسان اجازه می‌دهد تا قبل از شروع تولید، مشخصات غیر مهم- را کاهش دهند.