Jak przygotować detal pod obróbkę CNC?

 

Jak przygotować detal pod obróbkę CNC, żeby nie przepłacać? Najczęstsze błędy projektowe, które zwiększają koszt produkcji

Wielu konstruktorów i zamawiających usługi obróbki CNC zakłada, że koszt wykonania detalu zależy przede wszystkim od rodzaju materiału oraz czasu pracy obrabiarki. W praktyce ostateczna cena jest często przesądzona znacznie wcześniej – już na etapie projektowania elementu.

Nawet niewielkie zmiany konstrukcyjne mogą skrócić czas obróbki o kilkanaście lub kilkadziesiąt procent, ograniczyć liczbę operacji technologicznych i zmniejszyć zużycie narzędzi. Z drugiej strony nieprzemyślany projekt może sprawić, że wykonanie prostego detalu stanie się czasochłonne i kosztowne.

Największym kosztem w obróbce CNC bardzo często nie jest godzina pracy maszyny, ale detal zaprojektowany bez uwzględnienia możliwości technologicznych procesu produkcyjnego.

Dlaczego projekt detalu ma tak duży wpływ na koszt?

Obrabiarki CNC należą obecnie do najbardziej wydajnych urządzeń wykorzystywanych w przemyśle. Osiągają wysokie prędkości obróbki, zapewniają dużą dokładność i umożliwiają wykonywanie bardzo skomplikowanych elementów.

Nie oznacza to jednak, że każda geometria jest równie łatwa do wykonania.

Technolog przygotowujący proces produkcyjny musi dobrać:

• sposób mocowania detalu,
• kolejność operacji,
• narzędzia,
• parametry skrawania,
• liczbę zamocowań,
• strategię obróbki.

Każda dodatkowa operacja oznacza kolejne minuty pracy maszyny, większe ryzyko błędów oraz wyższy koszt wykonania.

To właśnie dlatego dwa elementy o podobnych wymiarach mogą różnić się ceną nawet kilkukrotnie.

Projektowanie pod produkcję – czym jest Design for Manufacturing?

Coraz więcej przedsiębiorstw stosuje zasadę Design for Manufacturing (DFM), czyli projektowania z uwzględnieniem możliwości procesu produkcyjnego.

Jej celem nie jest uproszczenie produktu za wszelką cenę, ale takie zaprojektowanie detalu, aby był możliwie prosty do wykonania przy zachowaniu wszystkich wymaganych funkcji.

Projektant powinien już na początku odpowiedzieć sobie na kilka pytań:

• Czy wszystkie powierzchnie wymagają obróbki?
• Czy wszystkie tolerancje są rzeczywiście potrzebne?
• Czy detal można wykonać w jednym zamocowaniu?
• Czy zastosowana geometria nie wymusi użycia specjalistycznych narzędzi?

Im wcześniej zostaną zadane te pytania, tym większa szansa na ograniczenie kosztów produkcji.

Zbyt ostre naroża – jeden z najczęstszych błędów

Jednym z najczęściej spotykanych problemów są ostre naroża wewnętrzne.

W obróbce frezarskiej praktycznie nie istnieje możliwość wykonania idealnie ostrego kąta przy użyciu standardowego frezu. Każde narzędzie ma określoną średnicę, dlatego pozostawia promień odpowiadający jego geometrii.

Jeżeli dokumentacja wymaga idealnego naroża, wykonawca musi zastosować:

• bardzo małe frezy,
• dodatkowe operacje,
• obróbkę elektroerozyjną,
• ręczne prace wykończeniowe.

Każde z tych rozwiązań znacząco zwiększa koszt wykonania.

W większości zastosowań wystarczy zaprojektować odpowiedni promień naroża, który nie wpływa na funkcjonalność elementu, a pozwala znacznie uprościć produkcję.

Nadmiernie dokładne tolerancje

To jeden z największych problemów współczesnych projektów.

Często wszystkie wymiary otrzymują bardzo wysoką dokładność, mimo że tylko kilka z nich ma rzeczywiste znaczenie dla pracy gotowego wyrobu.

Każde zaostrzenie tolerancji powoduje:

• wydłużenie czasu obróbki,
• konieczność wykonywania dodatkowych pomiarów,
• większe zużycie narzędzi,
• wyższe ryzyko odrzucenia detalu.

W praktyce warto stosować zasadę, że wysoką dokładność należy przewidywać wyłącznie tam, gdzie jest ona rzeczywiście niezbędna.

Projektowanie „na zapas” niemal zawsze prowadzi do wzrostu kosztów produkcji.

Trudno dostępne powierzchnie

Kolejnym problemem są miejsca, do których standardowe narzędzia mają ograniczony dostęp.

Dotyczy to między innymi:

• głębokich kieszeni,
• bardzo wąskich rowków,
• wysokich ścianek,
• otworów o dużym stosunku głębokości do średnicy.

W takich przypadkach konieczne jest zastosowanie długich narzędzi, które pracują mniej stabilnie, są bardziej podatne na drgania i wymagają obniżenia parametrów skrawania.

Efekt jest prosty – czas obróbki rośnie, a koszt wykonania detalu zwiększa się.

Liczba zamocowań ma ogromne znaczenie

Jednym z głównych celów technologa jest wykonanie możliwie największej liczby operacji podczas jednego zamocowania.

Każde kolejne ustawienie detalu oznacza:

• dodatkowy czas przygotowania,
• kolejne pomiary,
• większe ryzyko błędów bazowania,
• możliwość pogorszenia dokładności.

Już na etapie projektowania warto zastanowić się, czy wszystkie powierzchnie rzeczywiście muszą być obrabiane z różnych stron.

Czasami niewielka zmiana konstrukcji pozwala ograniczyć liczbę zamocowań z trzech do jednego, co znacząco skraca czas produkcji i poprawia powtarzalność.

Geometria, która utrudnia produkcję

Niektóre elementy są poprawne z punktu widzenia konstrukcyjnego, ale wyjątkowo trudne technologicznie.

Do takich rozwiązań należą między innymi:

• cienkie ścianki,
• bardzo głębokie kieszenie,
• duże przewieszenia,
• skomplikowane powierzchnie przestrzenne,
• liczne małe promienie.

Ich wykonanie wymaga wolniejszej obróbki, specjalnych narzędzi i większej liczby przejść roboczych.

Dlatego już na etapie projektu warto zastanowić się, czy wszystkie elementy geometrii rzeczywiście są niezbędne.

Wybór materiału również wpływa na koszt

Projektanci często skupiają się wyłącznie na właściwościach użytkowych materiału, pomijając jego wpływ na proces produkcji.

Tymczasem dwa gatunki stali o podobnych parametrach wytrzymałościowych mogą znacząco różnić się skrawalnością.

Materiały trudnoskrawalne powodują:

• większe zużycie narzędzi,
• dłuższy czas obróbki,
• większe zużycie energii,
• wyższy koszt jednostkowy.

Dlatego decyzję o wyborze materiału warto konsultować nie tylko z konstruktorem, ale również z technologiem i wykonawcą.

Co powinien wiedzieć konstruktor?

Najlepszy projekt nie zawsze jest najbardziej skomplikowany.

Dobry konstruktor projektuje detal tak, aby spełniał wymagania funkcjonalne, ale jednocześnie był prosty w produkcji.

Każda niepotrzebna operacja technologiczna oznacza wzrost kosztów, dlatego warto regularnie konsultować dokumentację z technologami oraz wykonawcami usług CNC.

Co powinien wiedzieć dział zakupów?

Najniższa cena wykonania detalu nie zawsze oznacza najlepszą ofertę.

Jeżeli projekt jest nieoptymalny, wszyscy wykonawcy będą musieli ponieść dodatkowe koszty związane z jego produkcją.

Znacznie większe oszczędności można osiągnąć poprzez niewielką zmianę konstrukcji niż negocjowanie ceny z dostawcą.

Dlatego warto angażować wykonawcę już na etapie przygotowania dokumentacji technicznej.

Najczęstsze błędy zwiększające koszt obróbki CNC

Do najczęściej spotykanych błędów należą:

• projektowanie ostrych naroży wewnętrznych,
• stosowanie zbyt dokładnych tolerancji,
• nadmiernie skomplikowana geometria,
• projektowanie detali wymagających wielu zamocowań,
• brak konsultacji z technologiem,
• dobór materiału wyłącznie pod kątem właściwości użytkowych.

Większości z nich można uniknąć jeszcze przed rozpoczęciem produkcji.

Wnioski

Koszt obróbki CNC zaczyna się na etapie projektowania, a nie w momencie uruchomienia maszyny. To właśnie dokumentacja techniczna w największym stopniu decyduje o liczbie operacji, czasie obróbki i stopniu wykorzystania możliwości obrabiarki.

Firmy, które wdrażają zasady projektowania pod produkcję (Design for Manufacturing), nie tylko obniżają koszt wykonania detali, ale również skracają czas realizacji zleceń, poprawiają powtarzalność produkcji i ograniczają liczbę problemów technologicznych.

Współpraca konstruktora, technologa i wykonawcy już na etapie projektowania jest jedną z najskuteczniejszych metod zwiększenia konkurencyjności przedsiębiorstwa oraz ograniczenia kosztów produkcji.