Kaip CNC prototipai sumažina riziką prieš liejimo įrankius

Grūdinto plieno įrankiai yra bekompromisė. Kai forma nupjaunama, dizaino pakeitimams sunaudojama daug kapitalo ir gamybos grafiką papildo savaitės. Inžinierių ir pirkimų komandos patiria didžiulį spaudimą patvirtinti sudėtingų dalių geometriją, surinkimo tinkamumą ir funkcines charakteristikas prieš leidžiant kapitalo išlaidas masinės gamybos įrankiams. Vienkartinis sienelės storio ar sutapimo leistinų nuokrypių nepaisymas gali paversti kelių ertmių plieninę formą nenaudinga, todėl reikia atlikti išsamų suvirinimą, apdirbti elektros iškrovą arba visiškai pašalinti įrankius.

CNC apdirbimas yra svarbus mažos apimties patvirtinimo tiltas. Frezuodami prototipus iš kieto metalo ruošinių, inžinierių komandos gali fiziškai išbandyti savo dizainą prieš pradėdamos kurti nuolatines formas. Šiame techniniame vadove išsamiai aprašoma, kaip naudoti CNC prototipus, siekiant nustatyti dizaino trūkumus, išbandyti medžiagų atitikmenis ir užtikrinti suinteresuotųjų šalių pasitikėjimą prieš pradedant gaminti didelius kiekius.

• CapEx apsauga: CNC prototipų kūrimas yra draudimo polisas nuo katastrofiškų įrankių klaidų, leidžiantis pakartotinai keisti dizainą be pelėsių modifikavimo išlaidų.

• Funkcinis patvirtinimas: Mechaniškai apdoroti prototipai leidžia atlikti griežtą fizinį surinkimo leistinų nuokrypių, šiluminių savybių ir konstrukcijos vientisumo patikrinimą realiomis sąlygomis.

• Medžiagos vertimas: Nors grūdėtosios struktūros skiriasi, pasirinkus tinkamus ekstruzinius arba ruošinius CNC lydinius, galima artimai priartėti prie galutinių liejamų dalių mechaninių savybių.

• DFM išlygiavimas: sėkmingas prototipas turi būti sukurtas atsižvelgiant į galutinę gamybą – nepaisant grimzlės kampų ar vienodo sienelės storio CNC fazės metu sukuriamas klaidingas pasitikėjimas.

Liejimo įrankių finansiniai įnašai

Tiksliai supranti kas yra liejimas slėginiu būdu, nustato pagrindą, kodėl įrankiams reikia tokių didelių pradinių investicijų. Šiuolaikiniame pramoniniame kontekste tai yra aukšto slėgio, didelio tūrio gamybos procesas, kai išlydytas metalas itin dideliu greičiu įpurškiamas į tiksliai apdirbtas plieno formas. Šios formos yra išpjautos iš aukščiausios kokybės H13 įrankių plieno ir grūdintos, kad atlaikytų stiprų šiluminį šoką ir milijonus darbo ciklų. Vien tik fizinės jėgos lemia, kad formos turi būti neįtikėtinai tvirtos. Išlydytas aliuminis patenka į ertmę, kai slėgis viršija 10 000 PSI. Plienas turi būti atsparus išplovimui, karščiui ir mechaniniam nuovargiui.

Ankstyvas įsipareigojimas naudoti įrankius užtraukia griežtas finansines ir laikinas baudas. Jei nupjovus formą aptinkamas dizaino trūkumas, modifikacijos retai būna paprastos. Norint sureguliuoti įrankį, gali prireikti į ertmę suvirinti naują medžiagą, iš naujo apdirbti arba naudoti grimzlės EDM, kad būtų pakeisti slydimo mechanizmai. Suvirinant H13 plieną, pasikeičia jo vietinis kietumas, todėl susidaro silpnos vietos, kurios gali greitai sugesti. Blogiausiu atveju reikia išmesti visą formą. Sudėtingi kelių ertmių įrankiai su sudėtingais slydimo mechanizmais reiškia didžiules kapitalo išlaidas. Bet koks delsimas, kurį sukelia įrankio pertvarkymas, vyksta per visą produkto pristatymo grafiką, todėl praleidžiamos rinkos galimybės ir pažeidžiamos tiekimo grandinės.

Kad išvengtų šių klaidų, inžinierių komandos turi atitikti griežtus sėkmės kriterijus, prieš patvirtindamos formos projektą. Įrankių pradžia turėtų įvykti tik tada, kai dizainas parodo absoliutų patikimumą fiziniame pasaulyje.

1. Nulinis trikdžių galutinio surinkimo krūvoje.

2. Šiluminės sklaidos tikslai fiziškai patikrinti esant apkrovai.

3. Patvirtinti svorio tikslai priimtinose ribose.

4. Struktūrinis vientisumas įrodytas fiziniais kritimo ir vibracijos bandymais.

5. Sandarinimo paviršiai patvirtinti sandariam veikimui.

Kaip CNC apdirbimas patvirtina liejimo formas

CNC apdirbimas suteikia tikslų fizinį patvirtinimą, reikalingą užtikrintai patvirtinti liejimo įrankiai. Išpjaudami prototipą tiesiai iš kieto aliuminio arba cinko lydinio bloko, inžinieriai gauna labai tikslų modelį griežtiems bandymams. Negalite pasikliauti vien baigtinių elementų analize (FEA) arba 3D CAD modeliais. Fizinės dalys atskleidžia paslėptas gamybos realijas.

Šio patvirtinimo pagrindas yra matmenų tikslumas ir tolerancijos bandymai. CNC apdirbimo metu pasiekiami ypač dideli leistini nuokrypiai, dažnai iki ±0,005 mm. Šis tikslumas padeda inžinieriams nustatyti absoliučius minimalius ir maksimalius priimtinus galutinio liejimo matmenis. Išbandydamos šiuos kraštutinumus, komandos gali nustatyti realias didelės apimties gamybos tolerancijos juostas. Jei CNC dalis, apdirbta pagal nominalų matmenį, netelpa į jungiamąjį komponentą, liejimo dalis tikrai suges. Inžinieriai naudoja šiuos apdirbtus prototipus, kad prieš pjaustydami plieną atitiktų tikslius geometrinio matmenų ir tolerancijos (GD&T) reikalavimus.

Formos, tinkamumo ir surinkimo patikra reikalauja fizinės integracijos. Mechaniškai apdorotas prototipas leidžia komandoms integruoti komponentą į platesnį gaminio komplektą. Inžinieriai patikrina, ar nėra trikdžių, patikrina, ar paviršius yra lygus, ir užtikrina tvirtinimo detalių išlygiavimą. Fizinis surinkimas dažnai atskleidžia krūvos tolerancijos problemas, kurias 3D CAD modeliai užmaskuoja. Kai apdirbtą korpusą pritvirtinate varžtais prie važiuoklės, iškart pajusite, ar skylių raštai sutampa, ar flanšai deformuojasi veikiant sukimo momentui.

Funkciniai, mechaniniai ir terminiai bandymai išstumia dizainą iki jo ribų. Mechaniškai apdoroti prototipai ištveria fizinės prievartos bandymus. Kritimo bandymas, vibracijos bandymas, slėgio bandymas ir terminis ciklas patvirtina šerdies geometriją. Jei CNC prototipo vibracijos metu plona sienelė įtrūktų, liejimo versijoje ji greičiausiai suges, todėl bus nedelsiant pakeistas dizainas. Šiluminės kameros gali stebėti apdirbtą aliuminio radiatorių, kad patikrintų, ar pelekų geometrija išsklaido šilumą, kaip numato programinė įranga.

Tvirtinimo elementų ir viršelio konstrukcijos patikrinimas apsaugo nuo surinkimo linijos nelaimių. Prototipai leidžia fiziškai išbandyti savisriegius sraigtus, srieginius įdėklus ir sienelių storį. Įsukus varžtus į apdirbtą iškyšą, patikrinama, ar sienelės storis yra pakankamas, kad galutinio surinkimo metu nesusisluoksniuotų ar įtrūktų. Galite išmatuoti tikslų sukimo momento ir našumo tašką apdirbtame prototipe, kad nustatytumėte sankabos ribas surinkimo linijos vairuotojams.

Svorio mažinimas ir masės savybių analizė užtikrina griežtų svorio biudžetų laikymąsi. CNC prototipai patikrina faktinį dalies svorį, svorio centrą ir masės pasiskirstymą. Šie duomenys yra labai svarbūs automobilių ar kosmoso srityse, kur kiekvienas gramas turi įtakos našumui. Nors ruošinio medžiagos tankis gali būti šiek tiek kitoks nei lietojo lydinio, fizinis prototipas suteikia labai tikslų galutinės masės apskaičiavimo pagrindą.

Medžiagos lygumas: CNC ir liejimo savybių įvertinimas

Nors CNC prototipai patvirtina geometriją, inžinieriai turi atsižvelgti į medžiagų skirtumus tarp apdirbto ruošinio ir aukšto slėgio liejimo dalies. Norint naršyti šiuos lydinio ekvivalentus, reikia aiškiai suprasti mechanines savybes. Negalite manyti, kad 6061-T6 apdirbta dalis elgsis lygiai taip pat, kaip liejama A380 dalis.

Mechaninės savybės ir mikrostruktūros dispersijos lemia, kaip interpretuojami prototipo duomenys. CNC dalys, apdirbtos iš ruošinių, paprastai turi didesnį atsparumą tempimui. Jie neturi vidinio poringumo, susitraukia tuštumų arba šaltų srautų, būdingų liejant aukštu slėgiu. CNC prototipas iš prigimties bus stipresnis ir struktūriškai patikimesnis už galutinę liejimo dalį. Valcuoto ruošinio grūdėtoji struktūra yra išlyginta ir ištisinė, o liejimo detalės struktūra yra labiau atsitiktinė, greitai kietėja.

Prototipo bandymo metu inžinieriai turi matematiškai atsižvelgti į šiuos medžiagų skirtumus. Jei CNC prototipas vos išlaiko konstrukcijos apkrovos testą, galutinė liejimo dalis greičiausiai nepavyks. Analizuojant apdirbto prototipo stiprumą, saugos koeficientai turi būti koreguojami žemyn, kad būtų užtikrinta, jog galutinė liejimo dalis nėra per mažai suprojektuota. Norėdami imituoti silpnesnę liejimo medžiagą, CNC dalies fizinio bandymo rezultatams turite taikyti sumažinimo koeficientą.

Paviršiaus apdaila ir dangos modeliavimas taip pat reikalauja kruopštaus vertimo. Ant CNC pagrindo galima uždėti po liejimo apdailos medžiagas, tokias kaip anodavimas, miltelinis dažymas, elektroninis dengimas arba cheminės konversijos plėvelės. Taip patikrinama kosmetinė išvaizda ir atsparumas aplinkai. Tačiau turite atsiminti, kad didelio silicio lydiniai, tokie kaip A380, nėra anoduojami taip švariai kaip 6061 ruošiniai. Silicis anoduotą sluoksnį paverčia tamsiai, margai pilka spalva. Jei jūsų gaminiui reikalingas ryškus kosmetinis anodavimas, vėliau turėsite tai išbandyti su tikrais liejimo pavyzdžiais arba pereiti prie kito liejimo lydinio.

Sąnaudų ir naudos analizė: kada sukurti prototipą, palyginti su eiti tiesiai į įrankius

Norint nuspręsti, ar apdirbti prototipus, ar pereiti tiesiai prie įrankių, reikia atlikti apskaičiuotą rizikos įvertinimą. Apimties slenksčiai ir lūžio taškai yra šio sprendimo pagrindas. Investicijos, reikalingos 5–50 CNC prototipų partijos apdirbimui, yra lengvai pateisinamos, palyginti su didelės apimties gamybos rizikos profiliu. Nedidelės įrankių biudžeto dalies išleidimas CNC prototipams reiškia dalinę draudimo įmoką nuo viso įrankio gedimo.

Prototipų kūrimo strategijai didelę įtaką daro pristatymo laiko kompromisai. Įprastas CNC prototipų apdorojimo laikas svyruoja nuo 3 iki 10 darbo dienų. Priešingai, įrankių gamybai ir pirmajam gaminių patikrinimui (FAI) reikia 4–12 savaičių. Aptikus FAI trūkumą, 12 savaičių laikrodis nustatomas iš naujo. Iš anksto investavus kelias dienas CNC patvirtinimui, platesnis projekto terminas apsaugomas nuo katastrofiškų vėlavimų. Dabar praleidžiate savaitę, kad sutaupytumėte po trijų mėnesių.

Dalies sudėtingumas tiesiogiai padidina įrankių riziką. Komponentus su įpjovomis, giliomis plonomis sienelėmis, sudėtingomis šerdimis ir kelių dalių mazgais sunku puikiai išlieti iš pirmo karto. Kuo sudėtingesnė geometrija, tuo didesnė investicijų grąža CNC prototipų kūrimo fazei. Paprastos plokščios dalys gali apeiti prototipų kūrimą, tačiau labai suprojektuoti korpusai reikalauja fizinio patvirtinimo. Jei jūsų dalis reikalauja kelių šalutinių veiksmų arba hidraulinės šerdies traukimo į formą, pirmiausia turite sukurti jos prototipą.

Diegimo rizika: 'Neperkeliamas' prototipo spąstai

Didžiausia rizika šiame patvirtinimo procese yra sukurti prototipą, kurį būtų lengva apdirbti CNC, bet neįmanoma išlieti. Tik apdirbamos savybės, tokios kaip tobulai aštrūs vidiniai kampai, nuliniai grimzlės kampai ir didžiuliai sienelių storio pokyčiai, sukuria klaidingą saugumo jausmą. Prototipas, kuris nepaiso liejimo apribojimų, yra nenaudingas gamybos patvirtinimui. Išbandysite dalį, kurios niekada nepavyks pagaminti dideliu mastu.

Į CNC CAD failą privaloma integruoti DFM (Design for Manufacturability). Į prototipą turi būti įtraukti grimzlės kampai, paprastai nuo 1° iki 3°, atitinkami filė, spinduliai ir vienodas sienelių storis. Nors CNC frezai nereikalauja grimzlės kampo detalei pjauti, grimzlė turi būti apdirbta, kad būtų patvirtinta tiksli galutinio gamybos įrenginio geometrija ir sandarinimo galimybės. Jei išbandysite sandarinimo žiedo sandariklį ant idealiai vertikalios apdirbtos sienos, jis praeis. Jei paskutinės liejinės dalies grimzlė toje pačioje sienoje yra 2°, O žiedas gali sugesti. Turite paruošti juodraštį į prototipą.

Įrankių mechanikos modeliavimas dar labiau sumažina atotrūkį tarp prototipo ir gamybos. CNC konstrukcijoje turėtų būti imituojamos atsiskyrimo linijos, vartų žymės ir išmetimo kaiščio tūpimo vietos. Taip užtikrinama, kad kosmetiniai paviršiai ir svarbios sandarinimo vietos liktų nepaveiktos liejimo proceso paliktų fizinių žymių. Išstūmimo kaiščiai palieka nedidelius įdubimus. Jei ežektoriaus kaištis nukrenta ant kritinės šiluminės sąsajos paviršiaus, jis sugadins šilumos perdavimą. Turite pažymėti šias vietas CNC prototipe, kad įsitikintumėte, jog jos netrukdo funkcijai.

Pardavėjų konsolidavimas suteikia strateginį pranašumą mažinant šią riziką. Vieno gamybos partnerio, kuris tvarko ir CNC prototipų kūrimą, ir galutinius gamybos įrankius, naudojimas užtikrina sklandų žinių perdavimą. Bendrinama CAD failų istorija ir aiški inžinerinė atskaitomybė užkerta kelią įprastam scenarijui, kai prototipų kūrimo parduotuvė dėl neatitikimų kaltina įrankių pardavėją ir atvirkščiai. Vieningas pardavėjas taiko liejimo DFM taisykles CNC etape, užtikrindamas, kad prototipas tiksliai atspindėtų galutinį gamybos tikslą.

Išvada

Praleidus prototipų kūrimo etapą, siekiant sutaupyti laiko, įrankių kūrimo etape paprastai atsiranda eksponentinis vėlavimas ir biudžeto viršijimas. CNC prototipų kūrimas išlieka privalomu sudėtingų dalių rizikos mažinimo žingsniu, užtikrinančiu, kad geometrija, surinkimo tinkamumas ir funkcionalumas būtų užfiksuoti prieš pjaunant plieną.

1. Įvertinkite gamybos partnerius pagal jų vidines galimybes tiek tiksliai apdirbant, tiek atliekant didelio tūrio liejimą.

2. Reikalaukite išankstinio DFM inžinerinio palaikymo, kad jūsų CAD prototipas atitiktų liejimo realijas.

3. Taikykite griežtas liejimo DFM taisykles, įskaitant grimzlės kampus ir vienodą sienelės storį, savo CNC prototipų failams.

4. Įkelkite savo dabartinius CAD failus, kad galėtumėte peržiūrėti dvigubą DFM, kad įvertintumėte CNC prototipo tinkamumą ir ilgalaikį įrankių gyvybingumą.

DUK

Kl .: Kas yra liejimas ir kodėl įrankiai tokie brangūs?

A: Tai gamybos procesas, kai išlydytas metalas įpurškiamas aukštu slėgiu į plienines formas. Įrankiai yra brangūs, nes reikalauja aukščiausios kokybės, grūdinto H13 įrankių plieno, sukurto taip, kad atlaikytų ekstremalų šiluminį šoką ir milijonus aukšto slėgio įpurškimo ciklų nesugadintų.

Kl .: Ar CNC prototipas gali puikiai derėti su liejimo dalimi?

A: Ne. Nors išorinė geometrija ir matmenys gali būti identiški, skirsis medžiagos grūdėtumo struktūra, paviršiaus apdaila ir vidinis tankis. CNC dalims trūksta vidinio poringumo, būdingo liejamoms detalėms.

K: Kuris CNC aliuminio lydinys yra arčiausiai A380 liejimo aliuminio?

A: Aliuminis 6061-T6 yra labiausiai paplitęs A380 konstrukcinis elementas. Tačiau inžinieriai turi atsižvelgti į skirtumus; 6061 paprastai pasižymi didesne takumo riba ir pailgėjimu bei šiek tiek kitokiais šilumos laidumo profiliais.

K: Ar turiu įtraukti grimzlės kampus į CNC prototipą?

A: Taip. Jei tikslas yra patvirtinti tikslią galutinės liejamos dalies geometriją, montavimo tinkamumą, sandarinimo galimybes ir svorį, prototipe turi būti įtaisyti grimzlės kampai, kad atspindėtų gamybos realijas.

Klausimas: Kiek CNC prototipų turėtume užsisakyti prieš įrankį?

A: Realus diapazonas paprastai yra nuo 5 iki 50 vienetų. Šis kiekis palaiko kelis vienu metu vykstančius testavimo etapus, įskaitant surinkimo patikrinimą, funkcinio piktnaudžiavimo testą, reguliavimo sertifikavimą ir beta naudotojo testavimą.

Kl.: Kaip prototipų kūrimas sumažina pateikimo į rinką laiką, jei prideda papildomo žingsnio?

A: Tai apsaugo nuo sunkaus įrankių pertvarkymo. Nupjovus pelėsį atradus trūkumą, paleidimas gali atidėti mėnesiais. Kelios dienos, praleistos kuriant CNC prototipus, yra grynasis teigiamas bendras tvarkaraščio patikimumas.