Prelucrarea prototipurilor CNC

Un proces de prelucrare a prototipurilor, cum ar fi CNC, implică producerea de piese prototipate utilizând mașini controlate de calculator în locul metodelor de producție la scară largă utilizate în mod obișnuit. Prototipurile CNC sunt de obicei operaționale și rezistente și sunt produse din materiale de producție, spre deosebire de prototiparea rapidă prin imprimare 3D, care permite inginerului să experimenteze comportamentul în lumea reală, toleranțele și comportamentul materialelor.

Prototiparea nu are doar aspectul de a asigura aspectul, ci și potrivirea, forma și viabilitatea, descoperirea dificultăților de fabricație și prevenirea erorilor costisitoare în producție.

Ce este prelucrarea CNC?

Prelucrarea CNC (Computer Numerical Control) este un proces de producție substractiv. O piesă brută este așezată în straturi, uneltele de tăiere rotindu-se sub controlul computerului, creând piese incredibil de precise cu toleranțe foarte strânse.

Oferte de prelucrare CNC:

• Precizie dimensională bună (+-0,01 mm sau mai mare)
• Finisaj excelent al suprafeței
• Capacitatea de a crea geometrii complexe.
• Repetabilitatea execuției loturilor mici sau mari.

Importanța prototipării în dezvoltarea produselor

Prototiparea permite firmelor să:

Verificarea funcționalității și a aspectului modelelor.

• Determinarea constrângerilor în procesul de producție în etapele inițiale.
• Testarea performanței materialului
• Raportarea cerințelor de proiectare către părțile interesate.
• Minimizați cheltuielile și timpii de dezvoltare.

Prototipurile CNC sunt deosebit de utile deoarece pot fi testate în medii de operare reale.

Proces complet de prelucrare a prototipurilor CNC

Procesul de prelucrare CNC a prototipurilor este un proces de lucru sistematic care convertește un design digital într-un prototip fizic, utilizabil. Fiecare etapă este importantă din punct de vedere al preciziei dimensionale, performanței și fabricabilității.

1. Proiectare CAD (Computer-Aided Design)

Atunci când operațiunea de prototipare CNC este în curs de desfășurare, aceasta începe cu stabilirea unui model CAD, care este utilizat ca bază digitală a întregului proces de fabricație. Acesta este un model 3D care stabilește geometria, dimensiunile, toleranțele și caracteristicile funcționale ale piesei.

Prototipuri importante Obiective de proiectare CAD.

• Descrieți corect scopul real al componentei.
• Stabilirea toleranțelor critice și non-critice.
• Asigurați compatibilitatea cu componentele de asamblare.
• Determinarea timpurie a constrângerilor de fabricație.

Proiectare pentru manufacturabilitate (DFM)

La proiectarea CAD, inginerii trebuie să aibă în vedere principiile DFM, astfel încât piesa să poată fi prelucrată eficient. Acestea includ:

• Aceasta are rolul de a preveni pereții foarte subțiri, care sunt susceptibili de a se deforma în timpul prelucrării.
• Minimizarea buzunarelor adânci și înguste pentru care va fi nevoie de unelte lungi.
• Reducerea unghiurilor interne dure (filetul le direcționează)
• Accesibilitatea elementelor folosind unelte de tăiere normale.

De asemenea, este posibil să se utilizeze programele actuale de proiectare asistată de calculator pentru a verifica interferențele, grosimea pereților sau analiza schițelor, pentru a ajuta proiectanții să creeze o piesă fără probleme înainte de atelierul mecanic.

2. Programare CAM (fabricație asistată de calculator)

După finalizarea modelului CAD, acesta este convertit într-un program CAM, care este convertit în coduri lizibile de mașină (cod G). În cadrul programării CAM, se definește producția piesei pe mașina CNC.

Generarea traseului sculei

Traseele sculelor produse de software-ul CAM definesc:

• Tăierea direcției și a secvenței.
• Adâncimea de tăiere per trecere
• Strategii de intrare și ieșire
• Comandați caracteristicile de prelucrare.

Mișcările optime ale sculei minimizează timpul de prelucrare, uzura și defectele.

Parametrii de tăiere

Parametrii critici de prelucrare urmează, de asemenea, în programarea CAM și includ:

• Viteza axului (RPM)
• Viteza de alimentare
• Adâncimea de tăiere
• Utilizarea lichidului de răcire

Acești parametri depind de material, de tipul sculei și de finisajul suprafeței necesare.

Simulare și verificare

Simularea este unul dintre cele mai importante lucruri în CAM. Simulează întregul proces în avans, astfel încât:

• Detectarea coliziunilor dintre unelte
• Evitați blocajele sau reparațiile mașinii.
• Determinați zonele de suprasarcină a sculei.
• Verificați precizia dimensiunilor.

Acest lucru va contribui în mare măsură la minimizarea riscului de rebuturi de piese și de deteriorare a mașinii - acest lucru este de o importanță vitală, în special în prelucrarea prototipurilor, unde piesele sunt de obicei complexe și costisitoare.

3. Selectarea materialelor

Alegerea materialului este o decizie foarte importantă atunci când se prelucrează prototipuri cu mașini CNC, deoarece are o influență directă asupra prelucrabilității, costului, performanței și validității testului.

Factorii care influențează alegerea materialului

• Proprietăți mecanice (rezistență, duritate, flexibilitate)
• Caracteristici termice (rezistență la căldură, dilatare)
• prelucrabilitate (uzura sculei, viteza de tăiere)
• Costuri și disponibilitate
• Seamănă cu materialul de producție.

Materiale comune pentru prototipuri CNC

Aceste materiale pot include;

Prototipuri vs. Materiale de producție

Prototipurile pot fi realizate chiar din materiale de înlocuire mai ieftine pentru a fi testate mai întâi. În alte aplicații, în special în domeniul aerospațial sau medical, prototipul trebuie să fie prelucrat din material de producție pentru a testa în mod realist performanțele.

Alegerea materialelor influențează alegerea sculelor, parametrii de tăiere și cerințele de postprocesare.

4. Operații de prelucrare

Operațiile de prelucrare sunt operațiuni fizice reale în care materialul este îndepărtat din piesa de prelucrat pentru a-i da forma prototipului final. Un prototip poate implica un număr de operațiuni și configurații ale mașinii, în funcție de nivelul de complexitate.

4.1 Frezare

Folosim instrumente de tăiere rotative pentru a sculpta:

• Suprafețe plane
• Fante și buzunare
• Forme 3D curbe și libere.

Frezarea pe mai multe axe permite sculptarea geometriei complicate folosind mai puține configurații. Astfel, crește precizia și rentabilitatea.

4.2 Întoarcerea

Componentele rotaționale la care se aplică strunjirea CNC includ:

• Arbori
• Bucșe
• Carcase cilindrice
• Piese filetate

Unealta de tăiere nu se mișcă, iar piesa de prelucrat se rotește, rezultând o concentricitate și un finisaj superior al suprafeței.

4.3 Perforare și filetare

• Perforarea produce găuri exacte pentru fixarea elementelor de fixare sau a fluidelor.
• Filetarea taie firul interior al șuruburilor și bolțurilor.
• Poziționarea găurilor, adâncimea și perpendicularitatea sunt deosebit de importante în prototipurile funcționale.

4.4 Șlefuire și lustruire

Procesele secundare, cum ar fi șlefuirea și lustruirea, sunt utilizate în cazul pieselor care au toleranțe strânse sau finisaje de suprafață netede. Acestea sunt operațiuni tipice de:

• Piese mecanice precise.
• Piese medicale și optice
• Suprafețe de etanșare sau cu uzură ridicată.

4.5 Prelucrarea și fixarea în mai multe etape

Prototipurile complexe pot necesita:

• Configurarea mai multor mașini
• Fitinguri sau dispozitive personalizate
• Reorientarea piesei

În fiecare instalare, există o posibilă eroare, iar planificarea și alinierea corespunzătoare vor fi necesare pentru a menține precizia.

5. Post-procesare

Post-procesarea îmbunătățește operațiunile, stabilitatea și aspectul prototipurilor CNC. În timp ce forma și dimensiunea sunt modelate în timpul prelucrării, post-procesarea se asigură că piesa corespunde cerințelor.

5.1 Debavurare

Marginile ascuțite sau bavurile sunt rezultate frecvente ale prelucrării. Debavurare:

1. Îmbunătățește siguranța
2. Îmbunătățește potrivirea ansamblului
3. Evită concentrațiile de stres.
4. Acest lucru se poate face manual sau automat.

5.2 Finisarea suprafeței

Tratamentele de suprafață sporesc performanța și aspectul, cum ar fi:

• Sablare
• Lustruire
• Periajul
• Anodizare (pentru aluminiu)

Finisajul suprafeței poate influența rezistența la uzură, calitatea vizuală și frecarea.

5.3 Tratament termic

În cazul prototipurilor metalice, ar putea fi necesar un tratament termic:

• Creșterea durității
• Îmbunătățirea rezistenței
• Reducerea tensiunilor interne

Acest lucru este necesar în special atunci când sunt testate performanțele mecanice.

5.4 Acoperiri și placare

Acoperirile au alte proprietăți, care includ:

• Rezistență la coroziune
• Conductivitate electrică
• Rezistență la uzură îmbunătățită
• Aspect decorativ

Cele mai populare sunt acoperirea cu pulbere, galvanizarea și acoperirea PVD.

Considerații de proiectare pentru prototipurile CNC

Pentru a putea obține eficiență în procesul de prelucrare a unei piese, menținând în același timp nevoile funcționale și de performanță, prototipurile CNC trebuie proiectate astfel încât să poată fi prelucrate eficient.

1. Toleranțe

În prototipurile CNC, precizia dimensională este controlată cu toleranțe care sunt esențiale pentru potrivire și funcționalitate.

2. Finisaj de suprafață

Finisajul suprafeței influențează performanța, asamblarea și aspectul prototipurilor CNC. Se bazează pe parametrii mașinii, pe scule și pe caracteristicile materialului. Procesele secundare precum lustruirea, sablarea sau acoperirea sunt utilizate pentru a îmbunătăți calitatea la suprafață atunci când prelucrarea nu este suficientă pentru a satisface cererea.

3. Geometria pieselor

Geometria pieselor este un factor foarte important în influențarea prelucrabilității și a preciziei. Pereții pot fi adânci, colțurile interne pot fi ascuțite și groase, ceea ce poate duce la devierea sculei și la deformarea pieselor. Producerea unei grosimi similare a pereților și simplificarea caracteristicilor complicate sporesc stabilitatea prelucrării și reduc cheltuielile.

4. Accesibilitatea caracteristicilor

Uneltele de tăiere trebuie să aibă capacitatea de a accesa toate elementele fără a se ciocni sau a se repoziționa frecvent. Lipsa accesibilității poate implica aranjamente suplimentare, fixări complicate sau prelucrare pe mai multe axe. Crearea unor trasee distincte pentru unelte sporește precizia și eficiența mașinii.

5. Proprietățile materialelor

Parametrii de tăiere și toleranțele pot depinde de proprietățile materialului în ceea ce privește duritatea, dilatarea termică și prelucrabilitatea. Metalele precum aluminiul se prelucrează ușor, în timp ce metalele din titan și oțel inoxidabil necesită unelte specializate, viteze mai mici și configurații mai rigide pentru a asigura precizia.

Tipuri de prelucrare a prototipurilor CNC

Prelucrarea prototipurilor CNC are o varietate de tehnici de prelucrare, fiecare dintre acestea fiind adecvată geometriei anumitor piese și nevoilor funcționale. Alegerea tipului corect de prelucrare asigură îndepărtarea eficientă a elementului, o precizie ridicată și utilizarea unui termen de execuție mai scurt și calitatea prototipului.

1. Frezare

Frezarea CNC este perfectă pentru realizarea de suprafețe plane, buzunare, fante și geometrii 3D complexe. Aceasta implică rotirea instrumentelor de tăiere pentru a tăia materialele și poate fi efectuată pe o mașină cu 3, 4 sau 5 axe, în funcție de complexitatea piesei. Frezarea este, de asemenea, frecventă în cazul prototipurilor cu contururi importante, caracteristici fine și dimensiuni mici.

2. Întoarcerea

Strunjirea CNC se aplică foarte bine pieselor prelucrate cilindrice și rotative, cum ar fi arborii, bucșele, piesele filetate etc. Piesa de prelucrat se rotește în acest proces, iar scula de tăiere este menținută în repaus, permițând astfel o concentricitate ridicată și o finisare netedă a suprafeței, pe lângă precizia în producerea canelurilor și a filetelor.

3. Prelucrarea pe mai multe axe

Prelucrarea pe mai multe axe crește flexibilitatea și precizia prin intermediul geometriei. Prelucrarea pe mai multe axe este utilizată pentru a tăia piesa de-a lungul a numeroase unghiuri și poate fi aplicată în forme mai simple, în timp ce prelucrarea pe 5 axe oferă posibilitatea de a roti unealta de tăiere și, de obicei, axele mai simple sunt utilizate, dar cu o precizie sporită, pentru a tăia forme complicate, decupaje și caracteristici unghiulare.

Scule și dispozitive de fixare pentru prototipuri

Prelucrarea prototipurilor CNC necesită o prelucrare precisă, stabilă și repetabilă, care necesită unelte și dispozitive de fixare eficiente.

1. Selectarea uneltelor

Alegerea sculei se bazează pe tipul de material, geometria caracteristicilor și finisarea suprafeței acestora. Cele utilizate pe scară largă sunt frezele frontale, frezele cu bile, burghiurile și frezele speciale cu caracteristici complexe. Durata de viață a sculei este îmbunătățită prin acoperirea sculei cu material specializat, de exemplu TiAlN aplicat pe oțel sau acoperire specifică aluminiului, iar acumularea de căldură, precum și comportamentul de tăiere, sunt menținute constante.

2. Fixare

În timpul prelucrării, fixarea corespunzătoare asigură că piesa de prelucrat nu se mișcă, ceea ce este foarte important pentru precizia dimensională. Soluțiile obișnuite de fixare sunt vizele, clemele și masa vidată, precum și dispozitivele speciale. Dispozitivele de fixare bine realizate vor minimiza vibrațiile, vor spori repetabilitatea și, de asemenea, vor permite mai puține setări pentru prototipurile complicate.

3. Strategii de prelucrare

Planurile de prelucrare sunt de obicei împărțite în prelucrare de degroșare și prelucrare de finisare. Prelucrarea de degroșare este foarte eficientă în extragerea materialului în vrac cu parametri de tăiere aproximativi, în timp ce finisarea este concepută pentru a extrage toleranțe precise și finisaje de suprafață fine. Traseele de scule adaptive high-end sunt utilizate pentru a optimiza sarcinile de tăiere, a minimiza durata ciclului și a prelungi durata de viață utilă a sculelor, ceea ce le face deosebit de utile în prelucrarea prototipurilor CNC.

Prelucrarea prototipurilor CNC vs imprimarea 3D: Principalele diferențe

Atât prelucrarea CNC a prototipurilor, cât și imprimarea 3D sunt tehnici de prototipare foarte răspândite, deși ambele diferă în ceea ce privește procesul, caracteristicile materialelor și caracterul adecvat al aplicației:

Avantajele prelucrării prototipurilor CNC

Avantajele sale pot include;

• Precizie și acuratețe ridicate
• Prototipuri de produse funcționale, de producție.
• Lot mic repetabil.
• Selecție largă de materiale.
• Suportă geometrii multifațetate.

Provocări și limitări

Contraindicațiile sale pot include;

• Mai costisitoare decât anumite prototipuri aditive.
• Risipă de materiale din cauza metodei substractive.
• Implică programarea CAM și cunoștințe de operare.
• Configurarea și fixarea sunt consumatoare de timp.

Aplicații industriale

Următoarele sunt diferite aplicații ale prelucrării prototipurilor CNC;

1. Piese auto: suporturi, carcase, piese de motor.
2. Aerospațial: Palete de turbină, structură.
3. Medical: implanturi, echipamente chirurgicale.
4. Electronică: Carcase, conectori.
5. Produse de consum: Prototipuri, testarea produselor.

Factori de cost și optimizare

Următoarele sunt diferite tehnici de optimizare în ceea ce privește costul;

• Complexitatea pieselor crește costurile.
• Bugetul este influențat de alegerea materialului.
• Prelucrarea pe mai multe axe este mai costisitoare.
• Post-procesarea cauzează cheltuieli suplimentare.

Cele mai bune practici: Proiectare Ar trebui să se opteze pentru o proiectare simplificată, să se opereze mai multe prototipuri simultan și să se utilizeze materiale rentabile ori de câte ori este posibil.

Sfaturi pentru prelucrarea cu succes a prototipurilor CNC

Urmați sfaturile de mai jos pentru o prelucrare de succes a prototipurilor CNC.

• Parteneriat cu ateliere CNC dezvoltate.
• Maximizați designurile favorabile producției.
• Simulare pentru prevenirea coliziunilor.
• Luați în considerare sculele, dispozitivele de fixare și finisarea în timpul etapei de proiectare.
• Validarea timpurie a toleranțelor și a proprietăților materialelor.

 Tendințe viitoare în prototiparea CNC

Acestea pot include;

• Prelucrare aditivă-subtractivă, prelucrare hibridă.
• Eficiență: Programarea CAM bazată pe AI.
• Robotizare și automatizare.
• Prelucrarea aliajelor și compozitelor de înaltă tehnologie.
• Realizarea rapidă de prototipuri prin intermediul mașinilor multi-axă de mare capacitate.

De ce să alegeți CNM TECH Co., Ltd ?

Alegeți-ne datorită;

• Cunoștințe în domeniu: mulți ani de experiență în înaltă precizie, turnare sub presiune și mașini CNC garantează performanțe solide.
• Tehnologie înaltă: Echipat cu cele mai avansate echipamente și procese pentru a oferi cea mai mare precizie și finisare a suprafeței.
• Versatilitatea materialului: În măsură să lucreze cu zinc, aluminiu și alte tipuri de aliaje.
• Asigurarea calității: Liniile directoare stricte de inspecție sunt conduse la un nivel strict de toleranțe și standarde pentru fiecare piesă.
• Soluții personalizate: Oferă soluții personalizate de turnare și prelucrare pentru a satisface nevoile speciale de proiectare.

Concluzie

În concluzie, prelucrarea prototipurilor CNC este un amestec de precizie, multifuncționalitate și eficiență și, prin urmare, o etapă indispensabilă în dezvoltarea unui produs modern. Prin cunoașterea designului, a comportamentului materialelor și a prelucrării sculelor și mașinilor, inginerii ar fi capabili să producă prototipuri funcționale care sunt similare și mai reprezentative pentru piesele de producție, pentru a minimiza erorile și pentru a scurta timpul de lansare pe piață. Pe măsură ce tehnologia avansează, prototiparea CNC continuă să împingă limitele inovației în industrii.

Întrebări frecvente

1. Ce este prelucrarea prototipurilor CNC?

Este procedura de realizare a unor prototipuri precise și practice pe mașini controlate de calculator, astfel încât să poată fi efectuate teste înainte de producția la scară largă.

2. Care sunt materialele de prototipare CNC?

Acestea sunt în mod normal metale (aluminiu, oțel, titan), materiale plastice (ABS, policarbonat, PEEK) și materiale compozite (fibră de carbon) utilizate în mod obișnuit.

3. Care sunt toleranțele prototipului CNCs?

Toleranțele normale sunt cuprinse între +-0,01 mm și piese de înaltă precizie și +- 0,05 mm în cazul pieselor generale.

4. Care este diferența dintre prototiparea CNC și imprimarea 3D?

CNC este mai stabilă și are un finisaj de suprafață mai ridicat, împreună cu piese funcționale și de producție, în timp ce imprimarea 3D este mai rapidă și mai puțin robustă pentru testare.

5. Ce influențează costul prototipului CNC?

Complexitatea pieselor, selecția materialelor, prototipurile, tipul de mașină (3 sau 5 axe) și postprocesarea determină costurile.

6. Care sunt considerentele de proiectare în prototiparea CNC?

Proiectarea este importantă pentru manufacturabilitate, eliminarea coliziunilor dintre unelte, minimizarea timpului de prelucrare și precizia dimensională.