Lehtmetallitootmine vs CNC-töötlemine vs valamine tööstusseadmete konstruktsiooniosadele: kuidas valida geomeetria, mahu, tolerantsi ja tarneaja järgi

Jätke välja protsessid, mis ei suuda seda geomeetriat valmistada

Enne kui hakkate kulusid või tarneaega võrdlema, kontrollige, kas protsess suudab seda kuju üldse valmistada. Valamine on tee suletud sisemiste õõnsuste, kõverate vooluteede ja võreliste struktuurideni, sest sulametall täidab keeruka vormiõõnsuse ühe sammuga⁸.

Töötlemine on lahutav: see algab täismaterjalist ja eemaldab materjali, mistõttu sügavad sooned ja allalõiked nõuavad eritööriistu, mitmeteljelisi masinaid või mitut operatsiooni, mis lisab tarneaega ja kulusid⁸. Kui joonisel nõutakse kitsaid sisemisi nurki või väga teravaid servi, annab töötlemine selleks vajaliku täpsuse ja korratavuse⁸.

Lehtmetall piirdub lihtsamate 3D-geomeetriatega ega suuda ilma lisasammudeta hõlpsasti valmistada sügavaid või väga keerukaid 3D-detaile²². Üks läbitöötatud näide teeb selle filtri käegakatsutavaks.

Suletud sisemise vooluteega detaili ei saa töödelda ega lehtmetallist vormida, seega on valamine kolmest ainus, mis suudab selle valmistada⁸. Teravat sisemist nurka nõudvat detaili ei saa valada ilma töötlusvaruta, mistõttu valamise teekond sisaldab teisest töötlusoperatsiooni⁸.

Paksud ristlõiked on probleemiks mõlemale: valamisel võivad need põhjustada ebaühtlast jahtumist ja kokkutõmbumisdefekte ning töötlemisel võtavad need lihtsalt rohkem aega ja tööriistu⁸. Rakendage seda filtrit kõigepealt ja loobuge igast protsessist, mis selle läbi kukub, sest ükski mahusoodustus ega tarneaja eelis ei korva geomeetriat, mida protsess valmistada ei suuda⁸²².

Kontrollige, kas tolerants ja pinnaviimistlus sunnivad valima CNC-töötluse

Tolerants ja pinnaviimistlus on teine filter. CNC-töötlemine annab ranged tolerantsid, allikates viidatud ±0.001 in, ja ülekaaluka pinnaviimistluse, mis sageli välistab järeltöötluse²⁰.

Lehtmetall piirdub mõõdukate tolerantside ja lihtsate viimistlustega ning detailidele võivad jääda tööriistajäljed, kriimud või servajämed, mille tõttu on välimuse või korrosiooninõuete täitmiseks vaja värvimist, pulbervärvimist või poleerimist²⁰²². Suruvalu asub nende vahel: olenevalt materjalist ja detaili konstruktsioonist on saavutatavad tolerantsid kuni ±0.1 mm 25 mm kohta¹³ (tarnija esitatud näitaja).

Ja see annab sageli siledama pinnaviimistluse kui teised valamismeetodid, kuid detailide täpsustamiseks või rangemate mõõtmenõuete täitmiseks võidakse lisada täiendav CNC-töötlus¹³. Üks läbitöötatud näide näitab, kus tekib teisene operatsioon.

Valatud kujul ±0.1 mm 25 mm kohta hoidev suruvalandetail vajab siiski töötlusläbimist, kui joonisel nõutakse ±0.05 mm¹³¹⁸. See läbimine ei ole tasuta: see lisab teekonnale teise protsessi, teise seadistuse ja teise tarnija või osakonna.

Lehtmetalli puhul määravad praktilise tolerantsivahemiku lõikamise ja vormimise etapid. Ühe tarnija prototüübiandmetes on lasernõikamise tolerantsiks viidatud ±0.2 mm ja paindenurgaks ±1.0°¹⁵.

Kui joonis nõuab sellest peenemat või viimistlust, mis tuleb masinast otse, osutab tolerantsifilter töötlemisele²⁰.

Määrake aastane mahuruum, mille juures iga protsess on majanduslikult otstarbekas

Kui geomeetria ja tolerants lubavad rohkem kui ühte protsessi, otsustab maht. Suruvalu nõuab märkimisväärset algset vormiriistade investeeringut, mis muutub kulutõhusaks alles suurte mahtude juures, allikates viidatud 5,000 kuni 500,000+ ühikut seeria kohta¹³¹⁸.

CNC-töötlemine ei nõua eritööriistu, mis vähendab lühikeste seeriate ettemaksumust, kuid muutub väga suurte mahtude juures vähem kulutõhusaks, sest töötlemisajad ja tööriistade kulumine kuhjuvad²⁰²⁶. Lehtmetallitootmist kirjeldatakse kulutõhusana väikeste ja keskmiste mahtude juures ning väga tõhusana lihtsate detailide seeriatootmises, kus ühiku hind on suurte mahtude juures madalam²⁰²².

Üks läbitöötatud näide ühest allikast: 10,000 ühiku juures annab suruvalu allika andmeil CNC-ga võrreldes aastase kokkuhoiu üle $300,000¹⁹. See näitaja pärineb ühest allikast ja seda ei tohiks käsitleda üldise tasuvuspiiri reeglina; see sõltub detaili suurusest, sulamist ja konkreetsest CNC-teekonnast, millega võrdlus tehti¹⁹.

Kasutage mahuruumi nende protsesside väljajätmiseks, mille vormiriistu ei ole teie aastakoguse juures võimalik amortiseerida, ja järjestage allesjäänud hinnapakkumustest saadud ühiku hinna järgi. Allikad ei anna ühtset tasuvuspiiri analüüsi kõigi kolme protsessi kohta, seega tuleb teie detaili murdepunkt võtta teie enda hinnapakkumustest¹⁹²⁰.

Võrrelge tellimusest tarneni kuluvaid tähtaegu koos vormiriistadega

Tarneaeg jaguneb kaheks väga erinevaks kellaks: vormiriistade kell ja detaili kell. Lehtmetalli prototüüpimine kulgeb päevades — tavaliselt 2 kuni 5 tööpäeva, kus ainuüksi lasernõikamine võtab 1 kuni 2 päeva ning lõikamine koos painutamisega 2 kuni 3 päeva¹⁵ (tarnija esitatud näitaja).

Ja kogu tootmine koos keevitamise ja viimistlemisega 4 kuni 7 päeva¹⁵. Suruvalu on teises suurusjärgus: vormiriistad koos esimeste detailidega võtavad 8 kuni 16 nädalat, sealhulgas valuproov ja termiline valideerimine¹⁸.

Üks läbitöötatud näide: lehtmetallist prototüübi saab lõigata ja painutada 2 kuni 3 tööpäevaga, samas kui esimene suruvalu detail valmib 8 kuni 16 nädala pärast¹⁵¹⁸. Kui teie programmi ajakava mõõdetakse nädalates, mitte kvartalites, võib see vahe üksi valamise välja lülitada juba enne kuludest rääkimist.

CNC-töötlemine jääb vormiriistade kella järgi nende kahe vahele — eritööriistu ei nõuta, seega valuvormi ei tule ehitada. Kuid seadistusaeg on lehtmetallist pikem, sest lisanduvad CAD/CAM-programmeerimine ja kinnitusvahendid²⁰.

Allikad ei anna CNC-tootmisdetailidele võrreldavat numbrilist tarneaega, vaid ainult kvalitatiivseid kirjeldusi, seega tuleks tarnijalt küsida pakkumises toodud tarneakent, mitte seda eeldada²⁰.

Kontrollige materjali ja seinapaksust iga protsessi vastu

Materjal ja seinapaksus võivad protsessi välistada ka siis, kui geomeetria ja maht seda lubavad. Lehtmetallitootmine on optimeeritud õhukesele kuni mõõdukalt paksule materjalile, allikates viidatud 0.5 mm kuni 6 mm²² (tarnija esitatud näitaja).

Paksemaid detaile saab vormida, kuid see võib nõuda suure jõudlusega seadmeid või mitut etappi, mis on vähem tõhus ja kallim²². 10 mm konstruktsiooniplaat jääb sellest tõhusast vahemikust välja ja osutab pigem töötlemisele või valamisele²².

Valamise puhul otsustab sulam masina. Kuumkambrisuruvalu töötab väga kiirete tsüklitega, allikates viidatud ligikaudu 15+ tsüklit minutis, kuid piirdub madala sulamistemperatuuriga sulamitega nagu tsink ja magneesium³⁰.

Külmkambrisuruvalu töötleb kõrge sulamistemperatuuriga sulameid, sealhulgas alumiiniumi ja vaske, aeglasemate tsüklitega ning suudab valmistada suuri, keerukaid ja tugevaid detaile³⁰. Kui teie detail on alumiiniumist, on see külmkambri teekond³⁰.

Töötlemise puhul määrab kulu materjali kõvadus. Kõvemad materjalid on üldiselt tugevamad, kuid nõuavad spetsiaalseid lõiketööriistu, aeglasemat töötlemisaega ja kõrgemaid tööjõukulusid³¹.

Tihedus vastab otseselt komponendi massile, mistõttu kasutatakse väiksema tihedusega materjale, nagu alumiinium, seal, kus mass on oluline³¹. Kinnitage sulam ja ristlõike paksus protsessi vahemiku vastu enne teekonna lukustamist, sest materjal, mida on lihtne vormida, võib olla aeglane töödelda ja vastupidi²²³⁰³¹.

Kinnitage tugevuse ja väsimuse eeldused, millest konstruktsioon sõltub

Tugevus on koht, kus tõendusmaterjal on kõige hõredam, seega käsitlege seda kontrollisammuna, mitte valikukriteeriumina. Ükski selle kogumi allikas ei anna lehtmetalli, töötlemise ja valamise võrdlevat tugevuse ja massi suhet valmistatud konstruktsiooniosade kohta, seega ei saa neid kolme avaldatud andmete põhjal eritugevuse järgi järjestada¹²⁹³¹.

Mida allikad kinnitavad, on lähtematerjali omadus: külmvaltsitud süsinikterasleht standardi ASTM A1008 järgi katab konstruktsiooniklassid SS Grade 25 (170 MPa) kuni SS Grade 80 (550 MPa), kusjuures määratud tõmbetugevust ja voolavuspiiri katsetatakse tõmbe ja painde teel¹.

Pehme terase (AISI 1018) voolavuspiir on umbes 50 ksi ja tihedus 0.283 lb/in³, mis teeb selle samast alumiiniumitükist kolm korda jäigemaks²⁹. Üks tootmisdetail on väsimuse seisukohalt oluline.

Painutatud nurgad lehtmetallis pakuvad sageli paremat väsimustugevust kui keevitatud ühendused, sest metall säilitab konstruktiivse pidevuse ilma termiliste pingeteta⁹. Seetõttu võivad samast lehest keevitatud kinnitusklambril ja painutatud kinnitusklambril olla erinevad väsimuse eluead, kuna keevis toob sisse termilise pinge, mida paine ei tekita⁹.

Küsige tarnijalt konkreetse teekonna tugevuse ja väsimuse aluse kohta — sulam, termotöötlus, soojustöötlus ja ühendusmeetod — selle asemel, et eeldada, et protsessi nimi kannab endas tugevusklassi. Allikad ei võrdle valatud, töödeldud ja lehtmetallist detailide väsimus- ega löögikindlust identsete koormuste korral¹⁹²⁹.

Kirjutage kontrolli-, sertifitseerimis- ja konstruktsioonimuudatuste kontrollid hinnapäringusse

Ükski allikas ei anna NDT-võimekust ega tüüpilisi defektimäärasid kolme protsessi kohta, seega tuleb need määrata teil endal, mitte eeldada protsessi nime põhjal. Alljärgnevad kontrollid on need, mida tõendusmaterjal toetab kui otsustuskriitilisi enne hinnapäringu väljastamist.

• ✓Määratlege kontrolliplaan kogusevahemike kaupa: põhimõõtmed prototüüpide koguse 1 kuni 20 tüki juures, määratletud kvaliteedikontrolli plaan tootmiskoguste juures kümnetest sadadeni või enam.
• ✓Nõudke materjalitõendeid ja jälgitavust, kui detail on ohutusega seotud; just nende nõuete tõttu on lennundus- ja kaitsetööde hinnad ärilistest hindadest 20-50% kõrgemad.
• ✓Küsige, kas tarnijal on AS9100D ja ITAR, kui lõppkasutus on lennunduses või kaitsetööstuses, sest need võivad vähendada teie enda auditeerimis- ja järelevalvekoormust.
• ✓Kinnitage, et konstruktsioon on stabiilne, enne kui kohustute seeriatootmise vormiriistadega, sest konstruktsioonimuudatusi on prototüüpide koguse juures lihtne teha ja need tuleks enne tootmist külmutada.
• ✓Paluge tarnijal määrata valitud protsessi NDT-meetod ja vastuvõtukriteeriumid, sest allikad ei kinnita defektimäärasid ühegi kolme protsessi kohta.

Kus allikad on vastuolus ja mida hinnapakkumustega kontrollida

Kaks vastuolu tõendusmaterjalis mõjutavad mahutsuustust otseselt ja kumbagi ei lahenda allikates sisalduv kontekst.

Esimene on see, kas lehtmetallitootmine jääb tõhusaks suure mahu juures: üks allikas paigutab selle väikeste ja keskmiste mahtude juurde, kus suured kogused on kallimad²¹, samas kui kaks teist kirjeldavad seda väga tõhusana seeriatootmises, kus ühiku hind on suurte mahtude juures madalam²⁰²².

Teine on CNC kulupositsioon suure mahu juures: üks allikas nimetab seda kulutõhusaks väikeste ja keskmiste mahtude tootmises²⁰, teine ütleb, et see on väga suurte mahtude juures vähem kulutõhus kui stantsimine või valamine²⁶.

Käsitlege mõlemat oma detaili jaoks lahtise küsimusena ja lahendage need hinnapakkumustega teie tegeliku aastakoguse juures, sest vastuolu puudutab seda, kus murdepunkt asub, mitte seda, kas see olemas on^20212226.

Before you request a quote

• Ask the supplier for model-specific evidence and record the condition that would change your buying decision.
• Ask the supplier for model-specific evidence and record the condition that would change your buying decision.
• Ask the supplier for model-specific evidence and record the condition that would change your buying decision.
• Ask the supplier for model-specific evidence and record the condition that would change your buying decision.
• Ask the supplier for model-specific evidence and record the condition that would change your buying decision.
• Ask the supplier for model-specific evidence and record the condition that would change your buying decision.
• Ask the supplier for model-specific evidence and record the condition that would change your buying decision.
• Ask the supplier for model-specific evidence and record the condition that would change your buying decision.