Детали, обрабатываемые на станках с ЧПУ: Руководство инженера-конструктора по материалам, допускам и сочетанию процессов

Детали, обрабатываемые на станках с ЧПУ: Руководство инженера-конструктора по материалам, допускам и сочетанию процессов

Ваш отзыв DFM только что пришел. Стенка толщиной 0,4 мм на втулке 6061-T6 -, как говорят в магазине, после разжима будет дребезжать и пружинить. Цилиндричность ±0,01 мм на канале ствола? Достижимо, но не при той же настройке, что и профиль OD, если только вы не хотите взять на себя затраты на переустановку. Звучит знакомо?

БольшинствоДетали для обработки с ЧПУСбои происходят из-за тех же трех решений, принятых слишком рано в цикле проектирования: материал, зафиксированный до рассмотрения процесса, допуски, скопированные из предыдущего чертежа без проверки функций, и предположения о процессе, сделанные без знания фактического диапазона возможностей машины. В этом руководстве рассматриваются все три -, но не на основе рекламной брошюры, а на основе отзывов DFM, которые мы пишем каждую неделю.

Почему выбор материала влияет не только на стоимость

Инстинкт выбрать 6061-T6 для всего алюминия вполне разумен - он дешев, обрабатывается быстро, и он есть в каждом магазине. Но на тонкостенныхдетали для обработки с ЧПУГеометрия тонких стенок алюминиевых деталей, обрабатываемых на станке с ЧПУ, создает специфическую проблему, которую не может решить один только выбор материала: остаточное напряжение.

Горячекатаный-и даже некоторые листовые заготовки подвержены градиентам внутренних напряжений. Когда вы удаляете материал асимметрично -, обрабатывая одну сторону стенки толщиной 0,5 мм раньше другой -, вы снимаете это напряжение неравномерно. Деталь движется. Не заметно во время резки, но заметно при осмотре: поверхность, которая читается на станке ровно, показывает 0,03–0,08 мм, изогнутая тридцать минут спустя при комнатной температуре.

Работают два подхода. Во-первых, укажите пластину,-снятую или предварительно-растянутую (7075-T651, а не 7075-T6, если решающим фактором является прочность; литая инструментальная пластина MIC-6 для креплений и конструкционных кронштейнов, где плоскостность имеет решающее значение. Во-вторых, последовательность операций: черновая обработка с точностью до 0,5 мм от конечного размера, дайте детали постоять - в идеале на ночь, а затем закончите. Второй проход, сделанный на небольшой глубине, врезается в уже расслабленный материал. Упругий возврат отсутствует, поскольку резервуар напряжений был опорожнен на этапе черновой обработки.

Дляпрецизионная обработка деталей с ЧПУ для аэрокосмической отраслиВ тех случаях, когда важны как прочность, так и стабильность размеров, Ti-6Al-4V накладывает свой собственный набор ограничений. Низкая теплопроводность титана означает, что тепло концентрируется на кончике инструмента, а не уходит вместе со стружкой. Это меняет все в том, как вы пишете процесс:

Скорость резания: 40–60 м/мин для твердого сплава без покрытия, до 80 м/мин для инструмента с покрытием TiAlN-

Подача на зуб: 0,05–0,12 мм - оставайтесь в этом окне; слишком легкий трет, а не режет, и работа-упрочняет поверхность

СОЖ: высокое-давление через-шпиндель (минимум 70 бар), направленное на зону резания, а не заливающая СОЖ, направленная на тело детали.

Срок службы инструмента: агрессивные интервалы замены; изношенный инструмент на титане выделяет больше тепла, а не меньше

Если заменить эти параметры «заливом охлаждающей жидкости и замедлением», титановые детали в конечном итоге получат-упрочненные поверхности и отверстия,-выходящие за-допуски.

Индекс обрабатываемости относительно 6061-Т6=100%; Значения допусков представляют собой достоверные производственные значения на исправных обрабатывающих центрах без шлифования.

Создание реалистичного бюджета допусков для деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ

Самая дорогая строка в котировке часто представляет собой допуск, который никто никогда не сможет измерить в полевых условиях. Прежде чем выпустить рисунок, выполнитестек допусков деталей на станке с ЧПУ-upдля каждой жесткой выноски: какую функцию сборки она защищает и что происходит на границе MMC/LMC?

Несколько ориентиров из данных наших проверок:

Алюминиевую деталь толщиной 100 мм, выдерживаемую с точностью ±0,005 мм при критическом диаметре отверстия, можно получить без шлифовки -, но для этого требуется специальный чистовой проход, среда измерения со стабилизированной температурой-(мы используем 20 градусов ±0,5 градуса) и 100 % контроль КИМ. Время цикла увеличивается примерно на 40% по сравнению с отклонением ±0,02 мм для той же функции. Если отверстие в любом случае сопрягается с подшипником, имеющим диаметральный зазор 0,015 мм, более узкая выноска не несет никакой пользы и увеличивает реальную стоимость.

Шлифование применяется, когда вам требуется точность более ±0,005 мм на закаленной детали или когда Ra менее 0,1 мкм требуется для герметизации контактных или оптических монтажных поверхностей. Наше поверхностное шлифование может выдерживать ±0,002 мм с Ra 0,02 мкм -, но это не номера ЧПУ по умолчанию, это чистовые операции поверх ЧПУ, и их можно использовать на чертеже только тогда, когда приложение действительно требует их.

Дерево практического решения:

±0,1 мм или грубее: стандартная обработка, без специального контроля, по умолчанию ISO 2768-m.

От ±0,05 мм до ±0,02 мм: контролируемый финальный проход, выборочная проверка КИМ

От ±0,01 мм до ±0,005 мм: специализированная финишная обработка, полная CMM для критически важных функций, управление температурой

±0,002 мм: шлифовка или притирка, 100% проверка, планирование более длительного времени выполнения заказа

Одна геометрическая выноска, заслуживающая особого внимания: биение на точеных элементах. Общее биение 0,01 мм на наружном диаметре вала относительно исходной точки отверстия больше, чем требуется для большинства зазоров подшипников, и это заставляет магазин шлифовать после точения. Если ваше приложение допускает толщину 0,025 мм, скажите так - и получите значительно более быструю и дешевую деталь.

Сопряжение процессов: сопоставление выреза с элементом

Не каждыйдетали для обработки с ЧПУРабота принадлежит 5-осному обрабатывающему центру. Правильное сочетание типа объекта и процесса — это то, что отличает 40-минутный цикл от 4-часового.

Карманы и открытые контуры: 3-осевое фрезерование охватывает большинство призматических элементов. Вопрос, который определяет, нужна ли вам 5-ось, заключается не в том, «сложна ли геометрия?» - это "сколько настроек требуется для 3-оси?" Деталь с элементами на пяти гранях, для которой требуется четыре повторных приспособления, часто получается дешевле и точнее на 5-осном станке за одну установку, поскольку каждое повторное приспособление вносит небольшую ошибку переноса данных, которая усугубляется.

Длинные тонкие валы: Швейцарская токарная обработка с направляющей втулкой является правильным решением для любых деталей, длина-к-диаметр которых превышает 12:1. Стандартное точение позволяет стержню без поддержки выступать за патрон, а отклонение под действием сил резания делает ненадежным контроль концентричности и диаметра. Втулка при токарной обработке поддерживает заготовку в пределах миллиметров зоны реза -, прогиб практически исчезает. Дляпрецизионная обработка деталей с ЧПУ для аэрокосмической отраслиКак и штоки гидравлических клапанов и штифты топливной системы, швейцарская токарная обработка часто является единственным жизнеспособным процессом для достижения концентричности ±0,003 мм на детали диаметром 150 мм и диаметром 6 мм.

Глубокие узкие прорези: Если соотношение глубины паза-к-ширине превышает 4:1, стандартные концевые фрезы начинают прогибаться и вибрировать. Две альтернативы: трохоидальное фрезерование, если паз открыт с обоих концов, или врезное фрезерование, если вы удаляете большой объем и доступ позволяет. Практичное пересечение: трохоидальное фрезерование превосходит по производительности врезное фрезерование, когда ширина паза меньше 1,5 диаметра фрезы; Врезное фрезерование выполняется быстрее для широких и глубоких карманов, где основным ограничением является скорость съема материала, а не качество стенок. Неправильное решение не всегда приводит к тому, что деталь отправляется на слом -, а получается деталь, которая проходит проверку, но стоит вдвое дороже, чем должна была бы иметь.

Где точность MID вписывается в ваш цикл проектирования

Мы проверяем файлы STEP перед тем, как цитировать. Это не линия продаж, - это то, как мы выявляем функции, которые утроят вашу-цену за деталь или продвинут доставку за пределы установленного вами этапа программы.

Общие флаги из нашей очереди DFM в этом году: радиусы внутренних углов 0,2 мм на карманах глубиной 15 мм- (вынуждает концевую фрезу 0,4 мм работать на не-производительной скорости), глубина резьбы при трехкратном номинальном диаметре из стали 316L (риск поломки метчика заложен в чертеже) и двусторонние выноски ±0,005 мм, применяемые глобально к не-сопряженным граням, поскольку блок допуска был скопирован. из предыдущей ревизии.

Мы бежимобработка с ЧПУпо 5-осям, токарно-токарному станку-фрезерному станку и электроэрозионной обработке проволоки — все под одной крышей, с управлением качеством в соответствии со стандартом ISO 13485 и цифровым отслеживанием каждой операции. Дляпрецизионные детали, обработанные на станке с ЧПУкоторые затрагивают цепочки поставок в аэрокосмической, медицинской или полупроводниковой промышленности, мы в стандартной комплектации предоставляем документацию FAI и полные отчеты CMM для первых изделий.

Если вы находитесь на этапе DFM, отправьте нам файл STEP. Мы вернем письменный отчет DFM в течение 24 часов - без каких-либо обязательств. Если вы продвинулись дальше и вам нужно обсудить бюджет допусков или выбор процесса, нашкоманда инженеров-технологовэто правильная отправная точка. Свяжитесь с нами по адресу bishenprecision.com, чтобы начать разговор.

Часто задаваемые вопросы

Какой угловой радиус мне следует указать, чтобы избежать дорогостоящих операций с мелким-инструментом?

Для глубины кармана D укажите минимальный радиус внутреннего угла D/4 - и никогда не делайте его менее 0,5 мм, если только функция не обусловлена ​​функциональными возможностями. Карман глубиной 12 мм- требует не менее R3, чтобы его можно было обрезать инструментом, который работает с высокой скоростью и выдерживает всю работу. Все, что крепче, требует использования концевой фрезы небольшого-диаметра: медленнее, больше отклонения, выше вероятность поломки. Если угловая геометрия не имеет функции сопряжения, увеличьте радиус и сэкономьте время цикла.

Можете ли вы удерживать ±0,005 мм на алюминиевой детали диаметром 100 мм без шлифовки?

Да - для отверстия или элемента наружного диаметра, в правильной последовательности. Мы обычно выдерживаем ±0,005 мм на алюминиевых отверстиях диаметром до 100 мм, используя специальный проход для чистового растачивания в среде с контролируемой температурой-с последующей проверкой на КИМ. Ограничение является тепловым: алюминий расширяется примерно на 23 мкм на градус на 100 мм длины, поэтому, если температура в цехе на 5 градусов превышает эталонную температуру в 20 градусов, а деталь не стабилизирована перед измерением, контрольный номер будет неверным независимо от того, насколько хорошо машина режет. Перед окончательным измерением дайте 30–60 минут термостабилизироваться.

Когда совокупность допусков деталей, обрабатываемых на станке с ЧПУ,-оправдает изменение-изменения допусков чертежа?

Когда сумма допусков отдельных элементов в пакете сборок превышает функциональный зазор на сопряженном интерфейсе. Сначала выполните арифметику наихудшего-случайного случая: если все функции одновременно работают на пределе, будет ли сборка работать? Если ответ отрицательный, уменьшите допуски, которые больше всего влияют на совокупность (обычно базовые элементы и основной диаметр сопряжения). Если ответ «да» с запасом, возможно, у вас чрезмерная -толерантность -, что требует денег без покупки функции.

Какую обработку поверхности следует указать на уплотняющей поверхности для канавки уплотнительного кольца?

Ra 0,8 мкм является стандартом для статических уплотнительных поверхностей уплотнительных колец; Ra 0,4 мкм для динамических уплотнений. И то, и другое достижимо с помощью контролируемого прохода чистового фрезерования -, шлифовка не требуется. Указание Ra 0,2 мкм или выше для канавки уплотнения приводит к необходимости шлифовки или притирки и значительно увеличивает стоимость. Если в руководстве по установке производителя вашего уплотнительного кольца указаны требования к отделке, используйте этот номер напрямую; если это не так, Ra 0,8 мкм оправдан для статических применений.