Советы по проектированию для мелкосерийного производства станков с ЧПУ

В производственном бизнесе больше денег, вложенных в производство, обычно означает меньшую прибыль или более высокие цены для клиентов. Но тщательное планирование и принятие информированных решений о вашем проекте помогут сэкономить время и деньги в процессе обработки с ЧПУ.

Затраты на обработку с ЧПУ можно разделить на две основные категории: единовременные затраты и поштучные затраты. Единовременные затраты относятся ко всем первоначальным затратам, необходимым для запуска любого производственного цикла (большого или малого); эти затраты амортизируются в зависимости от объема производства. Поштучные затраты — это расходы, связанные с каждой отдельной деталью, и масштабируются в зависимости от количества. Итоговая стоимость производства одной детали, принимая во внимание все сегменты затрат, часто называется полностью обремененной стоимостью детали.

Если выразить это в математических терминах:

Стоимость полностью загруженной детали = единовременные затраты / количество + поштучные затраты

К единовременным затратам относятся:

Поштучная стоимость включает в себя:

Следуя приведенному выше уравнению, при меньших объемах единовременные затраты амортизируются на меньшее количество деталей, что означает, что расходы на одну деталь выше. Например, если единовременные затраты на работу составляют 5000 долларов, а объем производства составляет 100 деталей, то каждая деталь будет иметь бремя единовременных расходов в размере 50 долларов. С другой стороны, если та же самая работа будет заказана для количества в 200 деталей, это приведет к единовременной нагрузке всего в 25 долларов за деталь, что может привести к значительной разнице в затратах. Хорошей новостью является то, что вы можете минимизировать затраты на обработку с ЧПУ для более коротких производственных циклов за счет оптимизации конструкции ваших деталей.

Советы по дизайну для небольших тиражей

Чтобы максимально сэкономить время и бюджет, попробуйте эти советы по дизайну для небольших тиражей:

Используйте стандартные, простые конструкции

Старайтесь, чтобы ваш дизайн был максимально простым и стандартизированным. Чрезмерно сложные конструкции деталей могут потребовать многократных ручных поворотов и перемещений, более дорогих систем ЧПУ или специализированных инструментов. Имея это в виду, может оказаться целесообразным разбить сложную деталь на более простые компоненты, которые можно будет собрать позже.

Вы также захотите:

Избегайте тонких стен, высоких стен и узких карманов.

Обработка с ЧПУ может быть деликатной и трудоемкой операцией, особенно если у вас тонкие стенки, высокие стенки или узкие карманы.

Поскольку они могут увеличить риск отклонения фрезы, деформации, ухудшения качества поверхности и поломки детали, а также затруднить соблюдение установленных допусков, тонкие стенки, как правило, менее стабильны и более дороги в обработке. Помимо этих соображений, вашему оператору может потребоваться выполнить множество проходов по детали, чтобы создать тонкую стенку без случайного разрушения или поломки ее из-за чрезмерных вибраций, что, конечно, еще больше увеличит время и затраты на обработку.

Существуют варианты решения проблемы увеличения времени обработки, повышения производственных затрат и риска разрушения, связанного с тонкими стенками. Например, если у вас есть металлическая деталь, постарайтесь спроектировать стенки толщиной не менее 0,8 мм. Для пластиковых деталей старайтесь делать стенки толщиной не менее 1,5 мм. Точно так же вам следует избегать включения высоких стен, глубоких полостей и узких карманов в вашу деталь, поскольку эти функции требуют более длинных режущих инструментов и удаления большего количества отходов. Как и проблемы, связанные с тонкими стенками, эти проблемы могут привести к увеличению отклонения режущего инструмента, вибрации, неточностям, сокращению срока службы инструмента и неудовлетворительному качеству поверхности, что увеличивает конечную стоимость детали.

Избегайте ненужного текста или завершающих процессов

Добавление текста к вашей части позволит вам четко пронумеровать компоненты, включить описание или применить логотип компании. Хотя обработанный текст выглядит эстетично и может быть полезен с функциональной точки зрения, это дорогостоящий и трудоемкий процесс, поскольку вам нужно будет отслеживать каждый символ с помощью небольшой концевой фрезы или гравировального инструмента. К сожалению, добавление выпуклого текста на деталь еще медленнее и дороже, так как для достижения эффекта нужно будет отшлифовать еще больше материала от детали.

В качестве альтернативы механической обработке, если ваша деталь требует текста, надписи или логотипа, вы можете сэкономить время и деньги, используя метод финишной обработки поверхности после производства. Например, трафаретная печать, лазерная маркировка, тиснение резиновыми чернилами и покраска позволят вам добавлять текст на детали быстрее, чем прямая гравировка. Конечно, учитывая, что добавление любого процесса чистовой обработки с ЧПУ увеличит время обработки ваших деталей и общие затраты, лучше по возможности избегать текста и других некритических процессов чистовой обработки.

Выберите правильный материал

Выбор материала важен как для длинных, так и для коротких производственных циклов, поскольку использование неподходящего металла или пластика для ваших деталей может резко увеличить стоимость проекта. Некоторые материалы сложнее обрабатывать, чем другие, что означает более длительное время обработки и более высокие затраты на обработку. Даже если два материала одинаково поддаются обработке, есть вероятность, что один будет дороже другого.

Например, хотя титан идеально подходит для аэрокосмических приложений, он дорог и сложен в обработке. С другой стороны, более мягкие и менее дорогие металлы, такие как алюминий, легче поддаются механической обработке и достаточно прочны для всего, от деталей самолетов до архитектурных компонентов. Точно так же, если вы хотите создать пластиковую деталь, но не нуждаетесь в прочности или высокой термостойкости полиэфирэфиркетона (PEEK), вы можете сэкономить деньги, используя акрилонитрил-бутадиен-стирол (ABS) или другой высокоэффективный инженерный термопластик.

Проще говоря, если вам не очень нужны свойства дорогого и/или редкого материала, вы должны использовать менее дорогой и/или более распространенный материал. В качестве дополнительного преимущества использование более доступного материала также, вероятно, означает сокращение общего времени изготовления деталей. Стоит применить этот менталитет и на этапе прототипирования; например, если вам нужно только создать модель для проверки концепции, вы должны использовать наименее дорогой пластик, который все же продемонстрирует осуществимость вашей идеи.

Аддитивное производство как альтернатива мелкосерийному производству

Хотя проектирование с учетом сроков обработки на станках с ЧПУ может помочь сократить оборот и сократить расходы, в зависимости от ваших требований к материалам и размерам вашего тиража, аддитивное производство может представлять собой лучший вариант.

В отличие от обработки с ЧПУ, которая представляет собой субтрактивный процесс, включающий вырезание материала для придания формы конечному продукту, процесс аддитивного производства создает детали слой за слоем. Аддитивное производство, как правило, гораздо менее трудоемко, чем обработка на станках с ЧПУ, иногда требуется лишь ограниченное изменение положения в середине производства и ограниченная постобработка для повышения функциональности детали или достижения желаемой отделки. Как и обработка с ЧПУ, аддитивное производство может использоваться для изготовления металлических деталей, но аддитивное производство пластика встречается гораздо чаще. Фактически, многие пластмассы, используемые в аддитивном производстве, механически эквивалентны пластмассам, используемым в литье под давлением.

Как правило, аддитивное производство является лучшим выбором для очень мелкосерийного производства или для проектов, в которых готовые детали или прототипы должны быть доставлены быстро, а требования к допускам не являются жесткими. Напротив, обработка с ЧПУ больше подходит для мелкосерийного производства с количеством деталей, исчисляемым большими двузначными числами или небольшими сотнями, или для проектов, предъявляющих высокие требования к допускам.

Работа с опытным партнером-производителем

Каждый из наших советов по проектированию малых тиражей поможет вам сделать производственный процесс как можно более плавным, экономичным и быстрым. Тем не менее, при оптимизации деталей для мелкосерийного производства необходимо учитывать многое, поэтому работа с надежным партнером-производителем также является ценной возможностью снять часть груза с ваших плеч.

Когда вы работаете с BE-CU, от проектирования до реализации, наша команда опытных инженеров предоставит вам поддержку, необходимую для реализации вашего проекта. Наши облачные инструменты предназначены для того, чтобы помочь вам выявлять недостатки конструкции, определять оптимальные объемы заказа и находить подходящий материал для конкретного применения вашей детали. Просто создайте учетную запись и загрузите файлы деталей. Мы можем генерировать мгновенные расценки как для проектов аддитивного производства, так и для проектов обработки с ЧПУ, что означает, что вы можете начать создавать свои новые детали и продукты уже сегодня.

Посетите наш ресурсный центр, чтобы узнать больше о производстве, в том числе о процессе выбора материала для станков с ЧПУ, постобработке для предотвращения ржавчины и коррозии, о том, как оптимизировать процесс обработки на станках с ЧПУ и многом другом.