Ръководство за проектиране на алуминий с ЦПУ: DFM правила и намаляване на разходите

Проектирането на алуминиеви части за обработка с ЦПУ изисква балансиране на механичната функционалност с динамиката на рязане-на цеха. Основните стандартни правила на DFM включват: поддържане на минимална дебелина на стената отгоре0,8 мм(препоръчва се 1,5 mm), задаване на радиуси на вътрешния ъгъл на>1,15x радиус на инструмента, ограничаване на дълбочината на джоба при4x диаметър на ножа, и уточняванеISO 2768-mобщи допустими отклонения при резервиране±0,010 ммсамо за критични свързващи интерфейси. За да предотвратят изкривяването на детайлите и задръстванията на резбите, инженерите трябва да отчитат облекчаването на напрежението на сплавта (напр. определяне на Al6061-T651 върху T6) и натрупването на покритие по време на началния етап на 3D CAD моделиране.

CAD модели срещу реалност на производствения етаж: Преодоляване на инженерната празнина

3D CAD модел, генериран в SolidWorks или Autodesk Inventor, представлява идеализирана геометрия в цифрова среда с нулева-гравитация и нулево-триене. Когато се прехвърли към 5-осен вертикален обработващ център (VMC), тази геометрия взаимодейства с въртящия момент на високоскоростния шпиндел, физическите сили на затягане, отклонението на режещия инструмент и генерирането на топлина.

ПриМашини Xiamen Dazao, създадена през 2000 г. със сертификати ISO9001:2015 и IATF16949:2016, производствените данни показват, чепочти 90% от изпратените 3D CAD файлове изискват модификации на DFM (Design for Manufacturing)преди да могат да се генерират пътеки на инструменти. Неоптимизираните дизайни водят до прекомерни времена на цикъла, дрънкане на инструмента, бързо износване на ножа и ненужни проценти на скрап.

Следваща структуранасоки за проектиране на алуминиева обработка с ЦПУпозволява на инженерите да създават компоненти, които са по-евтини за производство, по-бързи за обработка и стабилни на размерите по време на -обработка. За да разберете как тези дизайнерски решения преминават към производствени операции-на ниво етаж, консултирайте се с нашата основаалуминиево ръководство за CNC обработка.

Основни насоки на DFM за обработка на алуминий с ЦПУ

Изпълнение на ефективендизайн на алуминиева частизисква спазване на специфични геометрични ограничения, продиктувани от кинематиката на режещия инструмент и свойствата на материала.

1. Контрол на минималната дебелина на стената и твърдостта

Тънките стени при високи сили на рязане изпитват странично отклонение, което води до следи от бъркотене, отклонение на размерите и потенциално счупване на стената.

· Препоръчителна минимална дебелина на стената: 1,5 ммза общи структурни характеристики.

· Абсолютна минимална дебелина на стената: 0,8 ммза локализирани, поддържани ребра (минимална дебелина на стената за CNC обработка).

· Микро-характеристики: 0,5 мме постижимо само чрез много{0}}леки довършителни срезове с малки-диаметър фрези, което значително увеличава времето на цикъла.

Деформацията на тънка стена под налягане при рязане следва уравнението за огъване на конзолната греда:

δ=(F⋅L³)/(3⋅E⋅I)

Къдеδе деформация, F е сила на рязане, L е височина на стената, E е модул на Юнг на алуминиевата сплав и I е инерционният момент на площта. Тъй като дебелината на стената (t) влияе директно върху инерцията (I=(b⋅t³)/12), намаляването на дебелината на стената с 50% увеличава деформацията с коефициент 8.

2. Избор на радиус на вътрешен ъгъл и захващане на крайна фреза

Ротационните CNC фрези не могат да режат остри 90-градусови вътрешни вертикални ъгли. Всеки вътрешен вертикален ръб естествено запазва радиуса на фрезата (cnc радиус на вътрешния ъгъл).

· Стандартно правило:Посочетерадиус на вътрешния ъгъл(Rcorner) т.е10% до 15% по-голямотколкото стандартния радиус на челната фреза (Rtool).

· Математическо правило:Rcorner По-голямо или равно на 1,15×Rtool

Ако радиусът на вътрешния ъгъл съвпада точно с радиуса на крайната фреза, инструментът претърпява 90-градусова промяна в посоката, като същевременно поддържа 100% радиално зацепване. Този внезапен скок в натоварването на чипа причинява тракане на инструмента, лошо покритие на повърхността и счупване на инструмента. Осигуряването на по-голям радиус позволява на фрезата да преминава през ъгъла плавно, без да спира или спира, в съответствие със стандартаcnc правила за проектиране на фрезоване.

3. Граници на дълбочината на гнездото и коефициенти на деформация на инструмента

Дълбоките, тесни джобове изискват крайни фрези с дълъг обхват. Тъй като надвесът на инструмента се увеличава, твърдостта пада експоненциално според формулата за отклонение на гредата (пропорционална на L³).

· Стандартна дълбочина на джоба:Поддържайте дълбочина По-малка или равна на4×ширина на джоба.

· Максимална дълбочина на джоба:По-малко или равно на6×ширина на джоба. Дълбочини над 6 пъти изискват специализирани инструменти с гърловина, намалени скорости на подаване или EDM (обработка с електроразряд), което увеличава разходите.

4. Стандарти за проектиране на дупки и подравняване на боркорона

Проектирането на отвори, които да отговарят на стандартните размери на свредлата, елиминира нуждата от персонализирани райбери или кръгови интерполационни траектории на инструмента (как да проектираме части за CNC обработка).

· Ограничение на дълбочината на отвора:Поддържайте дълбочината на глухия отвор по-малка или равна на8× диаметър на отвора.

· Долен профил:Проектирайте дъна на глухи отвори със стандарт118 градуса или 135 градуса ъгъл на пробиванеа не плоско дъно. Плоските-дънни дупки изискват вторична фреза.

· Входни и изходни повърхности:Уверете се, че входната и изходната повърхност на свредлото са перпендикулярни на оста на инструмента. Пробиването в повърхност под ъгъл кара свредлото да се лута, огъвайки инструмента и разрушавайки толерансите на позицията на отвора.

Ключови DFM параметри за CNC обработка на алуминий

Предотвратяване на надвишаване на разходите: Допустимо подреждане-нагоре и повърхностни покрития

Над-определянето на допуски е най-големият двигател на ненужните производствени разходи вcnc обработка dfm.

1. Елиминиране на прихващанията за CAD толеранс по подразбиране

Стандартните CAD шаблони за чертежи често включват допуски по подразбиране на заглавния блок, като например:

· XX=±0,5 mm

· X.XX=±0,1 mm

· X.XXX=±0,01 mm

Когато инженерът остави некритична характеристика с три знака след десетичната запетая, CAM програмистът трябва да изпълни високо-прецизни, ниско-довършителни минавания през не-съвпадащи повърхности (толеранси на CNC обработка).

· Общи допустими отклонения:КандидатствайтеISO 2768-m (среден)за всички не{0}}критични измерения (насоки за толерантност при обработка с ЦПУ).

· Допуски на точност:резерва±0,010 mm до ±0,025 mmстриктно за легла на лагери, места на дюбелни щифтове и динамични свързващи плъзгачи.

2. Отчитане на размерния растеж на анодирането

Фрезованите алуминиеви части обикновено излизат от машината с грапавост на повърхността отRa 1,6 µm до Ra 3,2 µm. Леки довършителни пасове понижават това доRa 0,8 µm. Въпреки това, прилагайкиуслуги за прецизно анодиране на алуминийили вторичните повърхностни покрития директно ще променят окончателните физически размери:

① Тип II анодиране (стандартно анодиране):

· Обща дебелина на филма:8 µm до 15 µm.

· Проникване срещу натрупване: 50% се натрупват в алуминиевата повърхност, 50% се натрупват отвън.

· Размерен растеж на повърхност:4 µm до 7,5 µm.

② Анодиране с твърдо покритие тип III:

· Обща дебелина на филма:25 µm до 50 µm.

· Размерен растеж на повърхност:12,5 µm до 25 µm.

При проектиране на-напаснати отвори за щифтове или затворени-допускови отвори за валове, предварително-анодизираните CAD размери трябва да отчитат това натрупване на слой споредdfm насоки за обработка с cnc.

Производствен метод срещу толеранс върху разходите

3 производствени слепи точки при обработката на алуминий с ЦПУ

Докато стандартните ръководства се фокусират върху основни радиуси и дебелина на стената, производствените грешки често произтичат от физически явления, които се случват по време на отстраняване на чипа. Ето три критични инженерни слепи точки, идентифицирани на етажа на Dazao Machinery.

Сляпо петно ​​1: Вътрешно освобождаване на напрежението и асиметрично отстраняване на изкривяване

Екструдираният или горещовалцуваният алуминиев материал съдържа високи нива на вътрешно остатъчно напрежение от производството. Тъй като CNC фреза премахва големи обеми материал от едната страна на детайла, вътрешното поле на напрежение става небалансирано. Когато частта е освободена от менгемето, компонентът се изкривява или усуква.

Случай на инженерна грешка в Dazao

Клиент проектира оптична основна плоча с размери 1200 mm × 400 mm × 25 mm, използвайки стандартAl6061-T6плоча. Дизайнът изисква фрезоване на масивен джоб от едната страна, премахване на 70% от материала.

При освобождаване на менгемето центърът на основната плоча се изви нагоре0,35 мм, което не отговаря на спецификацията за плоска-равнина на По-малко или равно на 0,05 mm. Цялата производствена партида от 50 броя беше бракувана.

Инженерно решение

1. Спецификация на материала:Преминете от 6061-T6 към6061-T651или7075-T6511. The51обозначението показва, че плочата е била-освободена чрез механично разтягане (1,5% до 3% постоянно разтягане) в мелницата преди темперирането.

2. Стратегия за обработка:Прилагане на симетрично отстраняване на материал. Груба машина Страна A, обръщане и грапава страна B, приложете междинна термична обработка-за облекчаване на напрежението при180 градуса за 2 часаи след това изпълнете финални прецизни завършващи проходи.

Сляпо място 2: Капилярно задържане на анодизиращи разтвори в малки резби

Инженерите рутинно коригират основните диаметри на резбата, за да отчетат равномерното анодизиране. Въпреки това, в слепи отвори с резба с малък -диаметър (напр. M3 до M5), капилярната сила предотвратява циркулацията на течността по време на етапа на анодизиращо промиване.

Капилярното налягане в малък канал се изчислява като:

Pc=(2⋅ ⋅cosθ)/r

Където е повърхностното напрежение, θ е контактният ъгъл, а r е радиусът на отвора. Когато r намалява, капилярното задържане се увеличава.

Разтворът за анодизираща баня остава уловен в основата на малки слепи нишки. Локализираната концентрация на киселина причинява прекомерно разтваряне на алуминий, последвано от локализирано натрупване на оксид, което ефективно удвоява дебелината на филма в долните нишки.

Случай на инженерна грешка в Dazao

Медицинска част на корпуса определя M3 слепи отвори с резба със стандартТолерантност на резбата клас 6H. Пред-манометърът за тапи с резба е преминал проверка без проблем.

След анодизиране тип III с твърдо покритие, монтажните винтове от неръждаема стомана замръзнаха наполовина в глухите отвори, отрязвайки главите на винтовете.

Инженерно решение

1. Извънгабаритно подслушване:Използвайте големи кранове (Ограничения за натискане на GH3 или GH4) за всички малки вътрешни резби, предназначени за анодиране с твърдо покритие, за да се създаде допълнителен луфт в диаметър на стъпката.

2. Изрична CAD/чертежна спецификация:Ясно отделни обозначения на конци върху инженерни отпечатъци:

· Пред-клас на анодизирана резба: извънгабаритни специални

· Клас на резбата след-анодизиране: ISO 6H

3. Модификация на-отвора:Преобразувайте глухите отвори с резба в проходни -отвори, когато е възможно, за да позволите свободен поток на течността по време на измиване на покритието.

Сляпо петно ​​3: резонанс на стената и асиметричен анти-честотен структурен дизайн

При високо{0}}скоростно фрезоване на тънко{1}}стенни алуминиеви джобове, взаимодействието на режещите жлебове срещу тънки алуминиеви конструкции предизвиква силно трептене, акоЧестота на преминаване на острието (fbp) съответства наЕстествена резонансна честота (fn) на стената на джоба.

Честотата на преминаване на острието се определя като:

fbp=(RPM × брой флейти)/60

Ако челна фреза с 4 фрези работи при 12 000 RPM, fbp=(12 000×4)/60=800 Hz. Ако естествената честота на стената на джоба също е 800 Hz, се образуват стоящи акустични вълни, които създават дълбоки следи от бъркотене и развалят покритието на повърхността, независимо от настройките на подаването.

Инженерно решение

· Прекъсване на симетрията:Вместо да проектирате четири еднакви стени на джоба с дебелина 2,0 mm, леко променяйте дебелината на стената (напр. стена A=2.0 mm, стена B=2.4 mm). Промяната на масата на напречното-сечение се измества fn през съседните стени, потискайки резонанса на стоящите вълни.

· Микро-ъгли на газене:Включете a0,5 градуса до 1,0 градуса ъгъл на газенена вътрешните стени на джоба. Заострената стена има непрекъснато променливо напречно-сечение по височината си, което предотвратява усилването на която и да е отделна резонансна честота по време на фрезоването.

Фиксиране, стратегия за изходна точка и техники за намаляване на настройката

Всеки път, когато операторът на машината освободи част, завърти я и я затегне отново в нова ориентация („настройка“), позиционната грешка се увеличава и времето на престой на машината увеличава единичната цена.

1. Оценка на икономиката на 3-осната спрямо . 5-осовата VMC икономика

· 3-осна обработка:Идеален за части с характеристики на едно лице или прости ориентации отгоре/отдолу. Изисква ръчно обръщане или множество приспособления. Ниска часова ставка на машината ($45 - $65/час).

· Използване на напредналиВъзможности за 5-осна CNC обработкае идеален за сложни органични контури, ъглови напречни-отвори или геометрии на работно колело или геометрии на работно колело. Елиминира множество настройки, но носи по-висока часова ставка на машината ($90 - $140/час).

За да минимизирате разходите, проектирайте части така, че всички критични функции (джобове, дупки, слотове) да са достъпни от един вектор, което позволява завършване в една настройка на 3-ос VMC (алуминиев cnc дизайн).

2. Консолидация на характеристиките и поставяне на отвора за данни

· Установете първична дата (дата A):Проектирайте голяма, плоска референтна повърхност сRa 0,8µm покритие и0,02 ммспецификация за плоскост.

· Включете отвори за инструменти:Добавете две не{0}}критични4,0 мм или 6,0 мм разширени отвори за дюбелина основното лице. Тези дупки служат като точки за физическо местоположение за CNC приспособления, ускорявайки подравняването на настройките в производствените серии.

· Осигуряване на затягащи фланци:За големи, тънки плочи добавете жертвени скоби или стъпаловидни външни рамена. Това дава на менгемето успоредни повърхности за захващане без изкривяване на готовата геометрия на детайла.

Матрица за избор на алуминиева сплав за CNC обработка

Изборът на правилната температура на сплавта пряко влияе върху скоростта на рязане, качеството на ръбовете и разходите за инструменти. За по-широка техническа разбивка на термичните обработки и устойчивостта на корозия вижте нашия разширенръководство за избор на алуминиева сплав за CNC обработка. качество на ръба и цялостнотопроцес на CNC обработка на алуминий.

1. Al6061-T6 / Al6061-T651

· Свойства:Отлична заваряемост, висока устойчивост на корозия, добра структурна здравина (насоки за проектиране на алуминиеви части).

· Обработваемост:Стружките се формират чисто с подходящи стружкочупачи; минимално износване на лепилото на инструмента.

· Най-добра употреба:Структурни рамки, машинни компоненти, монтажни скоби, оптични плочи.

2. Al7075-T6 / Al7075-T6511

· Свойства:Цинк{0}}сплавен високоякостен материал с механична граница на провлачване, съответстваща на структурни стомани (~500 MPa).

· Обработваемост:Изключителен. Произвежда къси, крехки чипове, които почистват лесно джобовете, позволявайки агресивни подавания и скорости.

· Най-добра употреба:Аерокосмически структурни скоби, високо{0}}натоварени роботизирани ръце, ефективни автомобилни компоненти.

3. Al5052-H32 / Al5083-H111

· Свойства:Високото съдържание на магнезий осигурява превъзходна устойчивост на корозия в солена вода. Силно пластичен.

· Обработваемост:Лош за прецизно фрезоване. Мекият алуминий има склонност да залепва жлебовете на фрезата, образувайки Built-Up Edge (BUE) и оставяйки неравности по изрязаните ръбове.

· Най-добра употреба:Морски заграждения, заварени ламаринени/обработени хибридни конструкции.

Механични свойства и индекс на обработваемост на алуминиеви сплави с ЦПУ

Внедряване на ранни DFM работни процеси с Dazao Machinery

Прилагайки тезинасоки за проектиране на алуминий cncпо време на първоначалното разработване на продукта елиминира скъпите поръчки за инженерни промени (ECO), след като инструментите са в ход.

ПриМашини Xiamen Dazao, нашият инженерен екип подкрепя купувачи и дизайнери в80% CAD фаза на завършване. Чрез извършване на автоматизирани CAM симулации на траектория на инструмента и анализи-на стек на толеранс преди нарязване на материала, Dazao помага на клиентите да постигнат:

1. Намаляване на времето за цикъл:Оптимизирането на вътрешните радиуси и дълбочините на джобовете намалява времето за обработка с 20% до 35%.

2. Осигуряване на качеството:НашитеIATF16949 процедури за прецизна проверка на качествотоосигурете пълни топлинни сертификати за суровини, проверка на размерите на CMM и тестване на габарита на оптични щифтове на всички резбови елементи и тестване на габарити на оптични щифтове на всички резбови елементи.

3. Прозрачно изчисляване на разходите:Идентифицирането на свръх-толерантни характеристики позволява на инженерите да разхлабят не-критичните спецификации преди започване на производството.