Sia che tu stia cercando di creare un singolo prototipo o prepararti per la produzione di massa, ridurre i costi di produzione è spesso una priorità assoluta quando si tratta di lavorazione a CNC.
Fortunatamente, come designer, le tue decisioni possono influire notevolmente sui prezzi finali. Seguendo il design per i suggerimenti di lavorabilità in questo articolo, è possibile produrre parti ottimizzate per ridurre al minimo i costi e soddisfare comunque i requisiti di progettazione.
Cosa influisce sul costo delle parti CNC?
Il prezzo delle parti lavorate a CNC dipende dai seguenti fattori:
● Tempo di elaborazione: più a lungo ci vuole per elaborare una parte, più costoso sarà. Nel CNC, il tempo di lavorazione è spesso il principale conducente di costo.
● Costi di avvio: questi sono correlati alla preparazione dei file CAD e alla pianificazione del processo e sono di grande significato per la produzione di piccoli batch. Questo costo è fisso e c'è un'opportunità per ridurre il prezzo unitario sfruttando le "economie di scala".
● Costo del materiale: il costo dei materiali e la difficoltà della lavorazione dei materiali hanno un grande impatto sul costo complessivo. L'ottimizzazione del design considerando alcuni fattori materiali può ridurre significativamente il prezzo.
● Altri costi di produzione: quando si progetta una parte con requisiti speciali (ad esempio, quando si definiscono tolleranze strette o si progettano pareti sottili), possono essere necessari utensili speciali, controllo della qualità più stretto e più passaggi di lavorazione (per ridurre la velocità di elaborazione). Naturalmente, questo ha un impatto sul tempo di produzione totale (e sul prezzo).
Ora che la fonte del costo del CNC è chiara, vediamo come ottimizzare il design per minimizzarlo ...
Suggerimento 1: aggiungi un raggio ai bordi verticali interni
Tutti gli strumenti di fresatura CNC hanno una forma cilindrica e creano un raggio quando si taglia il bordo della tasca.
Utilizzare uno strumento di diametro inferiore per ridurre il raggio d'angolo. Ciò significa che più passaggi a velocità più basse - gli strumenti più piccoli non possono rimuovere il materiale così rapidamente in un singolo passaggio come quelli più grandi, aggiungendo a tempo di lavorazione e costi.
Ridurre al minimo il costo:
● Aggiungi un raggio di almeno 1/3 della profondità della cavità (più grande è meglio).
● È meglio utilizzare lo stesso raggio su tutti i bordi interni.
● Nella parte inferiore della cavità, specificare un raggio piccolo (0,5 o 1 mm) o nessun raggio.
Idealmente, il raggio d'angolo dovrebbe essere leggermente più grande del raggio dello strumento utilizzato per macchiare la tasca. Ciò ridurrà il carico sullo strumento e ridurrà ulteriormente i costi di produzione. Ad esempio, se il tuo design ha una cavità profonda di 12 mm, aggiungi un raggio di 5 mm (o più) agli angoli. Ciò consentirà a un taglierino Ø8mm (raggio di 4 mm) di tagliarli più velocemente.
Suggerimento 2: limitare la profondità della cavità
Se hai bisogno di un bordo interno con angoli affilati (ad esempio, quando una parte rettangolare deve adattarsi a una cavità), usa una forma con un sottosquadro invece di ridurre il raggio del bordo interno, in questo modo:
La lavorazione di cavità profonde può influire notevolmente sul costo delle parti CNC, poiché devono essere rimosse grandi quantità di materiale, che richiede tempo.
È importante ricordare che gli strumenti CNC hanno lunghezze di taglio limitate: in generale, funzionano meglio quando sono 2-3 volte profondi come il loro diametro. Ad esempio, un cutter Ø12 può tagliare in modo sicuro tasche fino a 25 mm di profondità.
Le cavità più profonde (fino a 4 volte il diametro dell'utensile o più) possono essere tagliate, ma ciò aggiunge costi a causa della necessità di strumenti specializzati o di un sistema CNC multi-asse.
Inoltre, quando si taglia la cavità, lo strumento deve essere inclinato alla corretta profondità di taglio. Un'ingresso liscio richiede abbastanza spazio.
Ridurre al minimo il costo:
● Limitare la profondità di tutte le cavità a 4 volte la loro lunghezza (cioè la dimensione più grande del piano XY).
Suggerimento 3: aumentare lo spessore delle pareti sottili
Le sezioni solide spesse sono più stabili (meno costose per la macchina) e dovrebbero essere preferite a meno che il peso non sia il fattore principale.
Per evitare distorsioni o rotture durante la lavorazione di pareti sottili, sono necessari più passaggi a basse profondità di taglio. Le caratteristiche sottili sono anche soggette a vibrazioni, rendendole impegnative per la macchina con precisione e possono aumentare significativamente il tempo di lavorazione.
Ridurre al minimo il costo:
● Per le parti metalliche, lo spessore della parete di design è maggiore di 0,8 mm (più spesso è più spesso).
● Per le parti di plastica, mantenere lo spessore minimo della parete superiore a 1,5 mm.
Lo spessore minimo della parete raggiungibile è di 0,5 mm per metallo e 1,0 mm per la plastica. Tuttavia, la lavorazione di queste caratteristiche deve essere valutata caso per caso.
Suggerimento 4: limitare la lunghezza dei fili
La specifica di un thread più lungo del necessario può aumentare il costo della parte CNC a causa della possibile necessità di strumenti speciali.
Tieni presente che i fili più lunghi di 0,5 volte il diametro del foro non aumenteranno effettivamente la forza della connessione.
Ridurre al minimo il costo:
● Progettare un filo con una lunghezza massima di 3 volte il diametro del foro.
● Per i fili in fori ciechi, è meglio aggiungere almeno 1/2 del diametro della lunghezza non ridotta sul fondo del foro.
Suggerimento 5: progettare fori di dimensioni standard
I fori possono essere lavorati in modo rapido CNC e con elevata precisione usando esercitazioni standard. Per le dimensioni non standard, il foro deve essere lavorato con un mulino finale, che può aggiungere al costo.
Inoltre, limita la profondità di tutti i fori a 4 volte il loro diametro. Possono essere realizzati fori più profondi (fino a 10 volte il diametro), ma possono aggiungere costi perché sono difficili da macchina.
Ridurre al minimo il costo:
● Per i fori con un diametro inferiore o uguale a 10 mm e maggiore di 0,5 mm, l'incremento del diametro del foro di progettazione è 0,1 mm.
● Quando si progetta in pollici, utilizzare pollici frazionari tradizionali o fare riferimento a questo grafico delle dimensioni del trapano frazionario.
● Progettare un foro con una lunghezza fino a 4 volte il suo diametro.
Suggerimento 6: definire tolleranze strette solo quando necessario
La definizione di tolleranze strette aumenta il costo del CNC poiché aumenta il tempo di lavorazione e richiede l'ispezione manuale. Le tolleranze dovrebbero essere attentamente definite solo quando necessario.
Se non sono definite tolleranze specifiche sul disegno tecnico, la parte verrà lavorata utilizzando tolleranze standard (± 0,125 mm o superiore), che è sufficiente per la maggior parte delle caratteristiche non critiche.
Tolleranze strette sulle caratteristiche interne sono particolarmente difficili da raggiungere. Ad esempio, durante la lavorazione di fori o cavità che si intersecano, piccoli difetti (chiamati BURR) possono svilupparsi sui bordi a causa della deformazione del materiale. Le parti con tali funzionalità devono essere ispezionate e deburate, entrambe sono processi manuali (e all'ingresso nel tempo) che aggiungono costi.
Ridurre al minimo il costo:
● Specificare tolleranze più strette solo quando necessario.
● Definire un singolo dato (come una sezione trasversale di due bordi) come riferimento per tutte le dimensioni tollerate.
L'uso di dimensionamento geometrico e tolleranza (GD&T) in disegni tecnici come planarità, rettilità, rotondità e posizione reale può ridurre il costo della lavorazione del CNC in quanto di solito definiscono tolleranze allentate ma richiedono applicazione di conoscenze di progettazione avanzate.
Suggerimento 7: mantenere al minimo il numero di impostazioni della macchina
Le parti di rotazione o riposizionamento aumenta i costi di produzione perché di solito deve essere eseguita manualmente. Inoltre, per geometrie complesse, potrebbero essere necessari apparecchi personalizzati, aumentando ulteriormente il costo. Le geometrie particolarmente complesse possono richiedere un sistema CNC multi-asse, aumentando ulteriormente il prezzo.
Prendi in considerazione la divisione di parti in geometria che possono essere lavorate a CNC in una configurazione, quindi imbullonati o saldati insieme. Questo vale anche per parti con cavità molto profonde.
Ridurre al minimo il costo:
● Parti di progettazione che possono essere lavorate solo in una configurazione.
● Se ciò non è possibile, dividere la geometria in parti per l'assemblaggio in seguito.
Suggerimento 8: evitare piccole caratteristiche con rapporti di aspetto elevati
Piccole caratteristiche con rapporti di aspetto elevati sono soggette a vibrazioni e sono particolarmente difficili da macchiare in modo accurato.
Per aumentare la loro rigidità, dovrebbero essere attaccati a pareti più spesse o rinforzate con costole di supporto per rinforzi (preferibilmente quattro: una su ciascun lato).
Ridurre al minimo il costo:
● Caratteristiche di progettazione con un rapporto di aspetto inferiore a 4.
● Aggiungere il rinforzo o attaccare piccole caratteristiche alle pareti per aumentare la loro rigidità.
Suggerimento 9: rimuovere tutto il testo e le lettere
L'aggiunta di testo alla superficie delle parti lavorate a CNC può aggiungere costi significativi a causa delle fasi di lavorazione aggiuntive e che richiedono tempo richieste.
I metodi di finitura superficiale, come la stampa o la pittura dello schermo di seta, sono un metodo più economico per aggiungere testo alla superficie delle parti lavorate a CNC.
Ridurre al minimo il costo:
● Elimina tutti i caratteri e le lettere su parti lavorate a CNC.
● Se è richiesto il testo, preferisci l'incisione piuttosto che l'imblicitazione, poiché quest'ultimo richiede più materiale da rimuovere.
Suggerimento 10: considera la lavorabilità del materiale
La lavorabilità si riferisce alla facilità con cui un materiale può essere tagliato. Maggiore è la machinabilità, più velocemente il CNC può elaborare il materiale, riducendo i costi.
La lavorazione di ciascun materiale dipende dalle sue proprietà fisiche. Generalmente, la lega di metallo più morbida (e più duttile), più facile è macchina.
Ridurre al minimo il costo:
Se puoi scegliere tra i materiali, sceglierne uno con una migliore lavorabilità (specialmente per gli ordini ad alto volume).
Suggerimento 11: considera il costo dei materiali sfusi
Il costo dei materiali è un altro fattore che può influire notevolmente sul prezzo delle parti lavorate a CNC.
L'alluminio 6.
Ridurre al minimo il costo:
● Scegliere materiali con basso costo di massa (specialmente per ordini batch di piccole dimensioni).
Suggerimento 12: evitare (multipli) trattamenti superficiali
I trattamenti superficiali migliorano l'aspetto e la resistenza delle parti lavorate a CNC in ambienti difficili, ma ne aumentano anche i costi.
Richiedere più finiture diverse sulla stessa parte aumenta ulteriormente il prezzo a causa dei passaggi aggiuntivi richiesti.
Ridurre al minimo il costo:
● Selezionare la finitura superficiale dopo l'elaborazione.
● Richiedi più finiture solo quando assolutamente necessario.
Suggerimento 13: considera la dimensione dello spazio bianco
La dimensione del vuoto può influire sul costo complessivo e per garantire una buona precisione, un po 'di materiale deve essere rimosso da tutti i bordi della parte. Ciò può avere un impatto significativo sui costi dei materiali (specialmente per gli ordini ad alto volume). Come regola generale, il bianco deve essere almeno 3 mm più grande della fine.
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