Odlewanie – ma ponad 6000 lat i nadal jest powszechnie stosowane. Postępy w technologii tego procesu umożliwiły odlewanie wysokiej jakości części o wąskich tolerancjach. Obróbka CNC jest również wszechobecna, ale znacznie nowsza. Czy kiedykolwiek myślałeś o skrawaniu swoich zwykłych odlewów? A może zastanawiasz się jaką metodę wybrać, aby zrealizować swój projekt? W tym artykule przedstawimy dwa procesy produkcyjne i omówimy zalety i wady każdego z nich. Stal nierdzewna, żeliwo ciągliwe i inny materiał mają konkretne właściwości w przedmiocie obrabianym. Jak wdrażać zalety geometrii płytek? Lepsze jest odlewanie, czy obróbka stali nierdzewnej? Jakie wiążą się z tym wady i zalety? O tym piszemy poniżej!
Co to jest odlewanie?
Odlewanie to starożytne rzemiosło, które jest nadal używane w wielu formach. Istnieje wiele rodzajów odlewów, ale wszystkie wykorzystują formy. Stopiony metal jest następnie wlewany lub umieszczany w takiej matrycy, gdzie stygnie i twardnieje do swojej ostatecznej postaci. Rdzenie lub wkładki mogą tworzyć złożone geometrie wewnętrzne. Po utwardzeniu część jest czyszczona i poddawana przebiegu obróbki cieplnej do pożądanego wykończenia powierzchni. Czasami ta dodatkowa operacja obejmuje opracowanie przy pomocy CNC w celu uzyskania węższych tolerancji. Przykładami takich odlewów są koła pociągów, pedały autobusów, łopatki turbin i bloki silników. Są używane w prawie każdej branży, w tym w motoryzacji, lotnictwie, produktach konsumenckich i urządzeniach medycznych. Odlewanie stosowane jest na żeliwo sferoidalne hartowane izotermicznie.
Co to jest obróbka i toczenie CNC?
Obróbka CNC, czy toczenia CNC są należą do technologii produkcji zwaną metodą subtraktywną, co oznacza, że narzędzie skrawające usuwa materiał w celu uzyskania pożądanej geometrii. Program komputerowy używający kodu mówi maszynie, gdzie ma się poruszać i jak ciąć. Taki proces może produkować bardzo precyzyjne części, które wykorzystywane są praktycznie wszędzie. Metalowe obudowy laptopów, drobne elementy wewnątrz telefonów komórkowych, podzespoły lotnicze i motoryzacyjne, a także osprzęt i przyrządy produkowane są metodą obróbki CNC.
Wybór metody produkcji na podstawie geometrii – CNC, czy odlewanie
Podczas projektowania części zwykle zaczyna się od metody produkcji, aby można było zaplanować realistyczne, osiągalne cechy, które są dobrze dopasowane do sposobu pracy. Z drugiej strony funkcja części może wymagać określonego rozmiaru, kształtu lub geometrii, co z kolei może wręcz dyktować konkretny proces produkcyjny. Obróbka CNC i odlewanie są dostosowane do konkretnej specyfikacji.
Na przykład niektóre projekty wymagają znacznego usunięcia materiału z początkowego bloku metalowego. Zajęłoby to dużo czasu i doprowadziłoby do nadmiernego marnotrawstwa tworzywa, więc taki przypadek może być dobrym kandydatem do odlewania. Dobrym przykładem są puste części o cienkich ściankach i dużych wnękach. Złożone figury są również dobrymi kandydatami do odlewania, ponieważ wymagają skomplikowanych rozwiązań i długich czasów obróbki.
Odlew to świetny proces upraszczania projektu pojedynczej części lub całego zespołu. Zamiast obrabiać wiele małych elementów, a następnie je montować, można odlać całość jednorazowo i uniknąć wielu etapów montażu.
Jednak niektóre funkcje są trudniejsze do osiągnięcia wybierając tę metodę. Podcięcia lub elementy wewnętrzne będą złożone i wymagają skomplikowanych form z rdzeniami i wkładkami. Odlewy obligują również, aby wszystkie części miały kąt spirali. Do obróbki CNC lepiej nadają się duże lub nietypowo grubościenne części. Podczas odlewania te geometrie są trudne do wypełnienia i równomiernego chłodzenia. Skrawanie CNC jest idealne dla grubych części, które wymagają dużej precyzji. Pamiętajmy jednak, że cięcie może tworzyć opory skrawania, które utrudniają cięcie. CNC wykorzystuje płytki węglikowe, które działają w strefie skrawania.
Zalety i wady
Oprócz różnic w geometrii procesy odlewania i obróbki mają swoje zalety i wady.
Odlewanie – wady i zalety
- Odlewanie zmniejsza straty materiału. W procesie wykorzystuje się tylko tworzywa potrzebne do wykonania końcowej części, z niewielką ilością metalu przepływającego przez bramy, szyny i prowadnice. Nadmiar materiału można łatwo usunąć i ponownie stopić w celu wykorzystania raz jeszcze w innej sekcji.
- Jest również szybkim procesem, gdy forma jest gotowa. Dzięki temu nadaje się do produkcji części o dużej objętości. Formy jednorazowe są używane do niektórych rodzajów rozwiązań. Jednak w odlewaniu ciśnieniowym przy użyciu stałej formy czas i koszt na część maleją wraz ze wzrostem jej objętości.
- Może być również szybkim, powtarzalnym procesem. Powtarzalność jest ważna w produkcji, a odlewanie daje bardzo zbliżone części. Po wybraniu formy i obróbce każdy detal może być wykonany dokładnie tak samo.
- Podczas odlewania ciśnieniowego aluminium tolerancje mogą być utrzymywane do +/- 0,25 mm na do 25,4 mm i 0,05 dla odlewania precyzyjnego (0,01″ na do 1″ dla standardowego i 0,002″ dla precyzji). Będzie się to różnić w zależności od materiału. Aluminium ma wyższą temperaturę topnienia niż na przykład cynk, więc wymaga wyższego ciśnienia wtrysku i ogólnie bardziej agresywnego procesu. W związku z tym podczas odlewania cynku można czasami zachować jeszcze węższe tolerancje.
Obróbka CNC wady i zalety
- Z drugiej strony obróbka CNC zapewnia szybszy zwrot przy mniejszej liczbie części. Nie trzeba czekać na produkcję form. Wszystko czego potrzebujesz to model CAD, program CAM i maszyna CNC.
- Zmiany w projekcie są łatwiejsze dzięki skrawaniu CNC. Kiedy koncept ciągle się zmienia, wszystko, co musisz zrobić, to przemodelować rozwiązanie i przerobić program CAM zamiast przebudowywać go lub tworzyć od nowa.
- Obróbka CNC to również bardzo powtarzalny proces. W przypadku standardowego skrawania metali 0,025 mm (0,001 cala) to rozsądna oczekiwana tolerancja.
Odlewanie, czy obrabianie?
Znając powyższe fakty wybrałbyś odlewanie nad obróbką lub odwrotnie? Kilka kluczowych rzeczy do rozważenia to etap rozwoju, liczba wymaganych części, zmienność wymagań i omówiona wcześniej geometria części.
- Etap rozwoju jest związany ze stopniem, w jakim projekt elementów ulega ciągłym ewolucjom. Na początku procesu projektowania można powtarzać to wiele razy. W tym przypadku obróbka CNC byłaby lepszym wyborem ze względu na względną efektywność zmian tego procesu.
- Ważna jest również liczba wymaganych części. Wcześniej w prototypowaniu może nie być potrzebnych wiele elementów, więc obróbka CNC może mieć większy sens.
- Kolejną rzeczą do rozważenia jest zmienność Twoich potrzeb. Jak często faktycznie potrzebujesz tych części? W przypadku wahań popytu lepszym rozwiązaniem może być obróbka CNC. Elementy obrabiane CNC są dostępne szybciej, zwłaszcza w miarę postępu transformacji cyfrowej. Może to być dobra opcja z ekonomicznego punktu widzenia, ponieważ można zamawiać je w razie potrzeby, zamiast próbować przewidywać, czego będziesz potrzebować, i skończyć z nadmiernymi zapasami.
- Możesz być zmuszonym do posiadania większej liczby części po zakończeniu projektu i w produkcji. W tym momencie odlewanie jest dobrym wyborem, ponieważ jest bardziej odpowiednie do produkcji tysięcy lub więcej elementów.
- Wreszcie liczy się jakość. Obróbka CNC jest w stanie zachować węższe tolerancje na częściach, dzięki czemu jest to bardziej precyzyjny proces. Precyzyjne skrawanie CNC może wytwarzać je w tolerancji +/- 0,0002 cala, podczas gdy precyzyjne odlewy aluminiowe są bardziej jak 0,002 cala. Jeśli ten poziom dokładności jest niezwykle ważny dla Twojej aplikacji, obróbka CNC może być dla Ciebie lepszym wyborem.
- Proces produkcyjny zawsze zależy od konkretnego zapotrzebowania. Możesz znaleźć się z wyjątkową kombinacją wymagań, która zmusza Cię do kreatywności i znajdowania innowacyjnych rozwiązań.
Obróbka CNC stała się bardzo powszechnym rzemiosłem, ale wciąż jest miejsce na odlewanie! Każda metoda produkcji ma swoje zalety. Zamiast prowadzić działalność jak zwykle, spróbuj ponownie ocenić swój projekt, aby sprawdzić, czy lepiej nadaje się do odlewania lub do obróbki CNC w oparciu o atrybuty takie jak: geometria części, ilość, potrzeby jakościowe i harmonogram.
Przewaga obróbki stali nierdzewnej przy użyciu CNC
Czynniki, które sprawiają, że obróbka CNC jest lepsza niż odlewanie stali nierdzewnej.
Oto kilka przykładów dla obróbki CNC stali nierdzewnej, które czynią ją lepszą alternatywą dla odlewów ze stali nierdzewnej.
- Brak kosztów formy: w przeciwieństwie do odlewania obróbka CNC nie wymaga form. Maszyny CNC do kształtowania produktów wykorzystują różne narzędzia tnące sterowane cyfrowym kodem komputerowym. Dlatego pozwala zaoszczędzić koszty oprzyrządowania.
- Produkcja w jednym miejscu: Obróbkę CNC można zastosować do małej i złożonej produkcji części. Jednak odlewanie ma ograniczenia, które nie są odpowiednie do wytwarzania skomplikowanych części. Stosowanie odlewów do złożonych produktów może prowadzić do błędów wymiarowych i chropowatych powierzchni.
Skrawanie CNC odbywa się przy stałych posuwach, odpowiednim oprzyrządowaniu i kodowaniu wymiarowym o niskiej tolerancji, dzięki czemu przy użyciu produktów ze stali nierdzewnej można wydajnie je realizować do złożonej, ale precyzyjnej produkcji. - Szybszy cykl produkcyjny: Obróbka CNC stali nierdzewnej jest szybszym procesem produkcyjnym w porównaniu do odlewania tego materiału. Wyrównanie matrycy jest czasochłonną operacją, po której następuje topienie i chłodzenie metalu oraz wyrzucenie końcowego produktu. Natomiast obróbka CNC obejmuje generowanie kodu komputerowego, ustawianie przedmiotu obrabianego i poprodukcyjne wyrzucanie części ze stali nierdzewnej.
- Dokładność i stabilność wymiarowa: Operacje CNC są zarządzane przez komputer, co zmniejsza ryzyko błędu ludzkiego w dokładności wymiarowej. Odlew ze stali nierdzewnej może wymagać ekstremalnego ogrzewania i chłodzenia, co może zmienić dokładność wymiarową produktu końcowego.
Natomiast obróbka CNC może być wykonana z niskimi tolerancjami wymiarowymi. Dodatkowo nie wymaga ekstremalnego nagrzewania ani ochłodzania blachy ze stali nierdzewnej. Dlatego w procesach CNC wyklucza się zmiany wymiarowe spowodowane wahaniami temperatury.
Ze względu na wyżej wymienione zalety obróbki CNC stali nierdzewnej, odlewy ze stali nierdzewnej zostały szybko nią zastąpione i okazały się przydatne w wielu zastosowaniach.
Podsumowanie tematyki CNC i odlewania
Ogólnie rzecz biorąc, frezowanie CNC jest alternatywą dla odlewania stali nierdzewnej, ponieważ zapewnia szybkie tworzenie produktu, zachowuje błyszczące wykończenie powierzchni oraz zapewnia wysoką wytrzymałość i trwałość produktom z tego materiału. Jednak w przypadku różnych części można również zastosować różne technologie, takie jak CNC, toczenie, wiercenie itp.