Винаги има повече от един начин да направите поръчките си на компоненти, а огромният списък с налични опции може да бъде озадачаващ. Освен това, вашият избор би бил решаващият фактор за вашия бюджет, срокове и производителност на крайния продукт.
В тази статия ще ви представим подробно сравнение между два от най-разпространените методи на производство: CNC обработка и леене под налягане. Нека разгледаме какви предимства предлагат те и как да ги изберем.
Какво е CNC обработка?
Как работи
CNC (компютърно-цифрово управление) обработката е субтрактивен производствен процес: режещ инструмент отстранява материал от плътна заготовка или плоча въз основа на прецизни цифрови инструкции. Многоосните машини позиционират инструменти и детайли, за да издълбаят сложни форми, джобове и отвори. Тъй като следват цифров модел, настройката е сравнително бърза, често само с фиксиране и програмиране на траекторията на инструмента, което я прави идеална за итеративни цикли на проектиране и персонализирани части.
В какво се отличава
- Висока прецизностБлагодарение на усъвършенстваната изчислителна мощност на съвременните CNC системи, фрезите и струговете могат да поддържат строги допуски за критични характеристики, с отлична позиционна точност и постоянство.
- Гъвкавост на дизайнаС правилния достъп до инструмента и стратегия, CNC обработката създава сложни вътрешни елементи като дълбоки джобове и променлива дебелина на стените.
- Лесни промени в дизайна: Използването на CNC обработка елиминира опасенията за разхищение на форми и допълнителни разходи, тъй като е напълно възможно да се изреже една геометрия днес и да се проектира нова, ревизирана версия утре, без да е необходима нова инструментална екипировка.
- Широко покритие на материалитеТочката на топене вече не е проблем. От меки пластмаси до алуминий, стомана и медни сплави, CNC обработва широк набор от материали.
Ограничения
- По-бавно за масово производствоВсяка част изразходва машинно време. С увеличаване на обемите, времето за цикъл доминира върху разходите в сравнение с леенето.
- По-висока единична цена в голям мащабБез използването на инструментална екипировка, цените на детайл остават по-високи за големи поръчки в сравнение с еквивалентите, получени чрез леене под налягане.
- Изваждане на излишък: Частите се изрязват от плътни блокове, което води до прекомерно количество стружки и повече отпадъци, особено при скъпи метали като титан, който може да се рециклира, но е свързан с допълнителна енергия, разходи и потенциална загуба на стойност на материала.
Какво е леене под налягане?
Как работи
Леенето под налягане е производствен процес, използван за производство на плътни метални части, и се отличава с високопрецизна обработка и възможност за многократна употреба, за разлика от традиционното леене в пясъчни форми. Процесът на леене под налягане включва впръскване на разтопен метал под високо налягане в стоманена форма за многократна употреба, известна като матрица. Този процес започва със създаването на самата матрица, чиято кухина приема формата на желаните отливки. След като матрицата е завършена, разтопен метал - обикновено цветни сплави като алуминий, цинк, или магнезий, се инжектира в него, като бързо запълва кухината на формата и след това бързо се втвърдява. След като металът се охлади, матрицата се отваря и новообразуваната отливка се изхвърля.
В какво се отличава
- Висока производителностВремената за цикъл, измерени в секунди до минути, правят леенето под налягане крайъгълен камък за масово производство.
- Сложна геометрияТънки стени, ребра, издатини и интегрални елементи се оформят лесно.
- Атрактивно повърхностно покритиеОтливаните повърхности често са достатъчно гладки, за да се намали последващата обработка; покритията и боите се захващат добре.
- Ефективно използване на материалитеВодачите и вратите могат да се рециклират, което означава, че има по-малко присъщи отпадъци, отколкото при машинна обработка от плътен материал.
Ограничения
- Предварителни разходи за инструментиПроектирането и производството на стоманени матрици изисква значителен капитал и време за изпълнение.
- Материални ограниченияЧерните сплави и металите с висока точка на топене не са типични.
- Трудна инженерна промянаПромените в дизайна след инструменталната обработка могат да бъдат скъпи; големите ревизии може да изискват преработка на матрици или нови вложки.
Избор: Цена и хибридна стратегия
Фактори на разходите за леене под налягане и CNC обработка
Решението между CNC обработка и леене под налягане зависи основно от компромиса между първоначалната инвестиция и дългосрочната цена на единица. CNC обработката избягва значителни първоначални разходи за инструменти, но води до по-висока цена на детайл поради по-бавния и по-трудоемък процес. Леенето под налягане, за разлика от това, изисква значителна първоначална инвестиция в закалени стоманени форми (инструменти), за да се постигне много ниска пределна цена на детайл по време на производство с голям обем.
Тази икономическа динамика по същество прави избора самообясним. За създаване на прототипи, малки серии или всеки случай, когато дизайнът все още се усъвършенства, CNC обработката е по-добрият избор. Гъвкавостта му го прави идеален за бързи итерации и тестове, в допълнение към предлагането на по-широк избор от инженерни материали.
След като дизайнът е финализиран и годишните обеми на производство са достатъчно високи, за да оправдаят първоначалните разходи за инструментална екипировка, леенето под налягане се превръща в най-икономичния вариант. За илюстрация, ако един CNC детайл струва $50, докато леенето под налягане изисква инвестиция в инструментална екипировка от $80 000 с цена на детайла $10, точката на рентабилност е около 2000 единици. Трябва да се отбележи обаче, че това е основен пример, който изключва много фактори, а анализите на разходите в реалния свят обикновено са много по-сложни.
Обмисляне на хибридна стратегия
До тази част разглеждахме леенето и машинната обработка като отделни техники. Напълно възможно е обаче и двете да работят съвместно.
CNC обработката е идеална за производство на мостове, доставяйки части за пазарни тестове или ранни продажби, докато се произвеждат постоянните форми за леене под налягане. Най-добрата практика е да се валидира дизайн с CNC части, преди да се поемат разходите за леярски инструменти. Освен това е обичайна практика да се подлагат отлети под налягане части до селективни CNC последващи и довършителни процеси за постигане на критични допуски върху елементи като уплътнителни повърхности, отвори за лагери или резбовани отвори. Този подход използва предимствата на разходите и геометрията на леенето под налягане за основната част, като същевременно използва CNC обработка за постигане на прецизност там, където е необходима.
Правене на избор: геометрия, материали и контрол на качеството
Геометрични съображения
Всеки процес предлага различни предимства за оформяне на детайл. Леенето под налягане се отличава с производството на тънки, равномерни стени, подсилени с ребра, геометрия, която е трудна и отнема време за машинна обработка. То може също така да образува определени подкоси, използвайки странични действия във формата, въпреки че това добавя сложност и разходи.
Обратно, CNC обработката се справя с лекота с различна дебелина на стените и дълбоки джобове, но е ограничена от физическия обхват и диаметъра на режещия инструмент, което затруднява много тънки стени или малки вътрешни радиуси. Тя може да достигне до подкоси чрез многоосни движения и да произвежда директно висококачествени, прецизни резби.
Избор на материали и производителност
CNC обработката предлага несравнима гъвкавост на материалите, способна да обработва огромно портфолио от метали, от различни пластмаси и алуминий до високоякостни стомани, неръждаеми стомани и температуроустойчиви сплави като титан. Това я прави незаменима за приложения, изискващи специфични механични свойства, устойчивост на корозия или биосъвместимост.
За разлика от това, леенето под налягане е специализирано в леенето на метали за цветни метали, предимно алуминий, цинк и магнезийТе са избрани заради отличната си лееемост, течливост и силно съотношение якост-тегло, което ги прави идеални за леки компоненти с голям обем.
Контрол на качеството
По отношение на качеството, двата процеса се отличават в различни области, но и двата като цяло са прецизни и усъвършенствани благодарение на съвременната наука. CNC обработката е превъзходна за постигане на строги геометрични допуски и сложни структури директно от дигитален файл, което я прави еталон за прецизни компоненти. Леенето под налягане, след като параметрите на процеса са оптимизирани и матрицата е усъвършенствана, осигурява изключителна повторяемост от част до част при много големи производствени обеми. Въпреки че допустимите отклонения в отливката обикновено са по-широки от тези на CNC, то произвежда силно консистентни форми с отлична повърхностна козметика.
Правене на избор: Устойчивост
Това, което често се пропуска при изчисляването на разходите, са рециклируемостта и устойчивостта на методите на обработка. От гледна точка на устойчивостта, и двата процеса имат потоци от рециклируеми материали, но се различават по генерирането на отпадъци. CNC е субтрактивен процес, генериращ стружки (острилки) като отпадък. Въпреки че тези стружки са напълно рециклируеми, процесът включва присъщи загуби на материал, особено за метали с по-високи точки на топене.
Леенето под налягане е по-ефективно от гледна точка на материалите в основната си операция, тъй като каналите и леяците (излишният материал от инжекционните канали) могат да бъдат претопени и използвани повторно директно в леярната, което води до много високи нива на оползотворяване на материалите. И двата процеса значително се възползват от затворените системи за рециклиране, допринасяйки за намаляване на общия екологичен отпечатък.
Заключение
За да се върнем към разглеждания въпрос, ще стигнем до заключението, че няма универсален победител, тъй като леенето под налягане и CNC обработката имат своите предимства в различните области на производството. CNC обработка е изборът за гъвкавост, прецизност и производство с малък обем, докато гт.е. кастинг отличава се с високопроизводително и рентабилно производство на сложни геометрии.
Не забравяйте да вземете решение въз основа на обема на производство, стабилността на дизайна и функционалните изисквания. Като внимателно прецените тези фактори, можете уверено да изберете най-ефективния и рентабилен производствен път за вашето приложение.
Често задавани въпроси
За поръчка на среден обем части, кой процес е по-подходящ?
Въпреки че споменахме „нисък обем“ и „висок обем“ многократно в статията, те никога не са някакви числа, избрани от фиксиран диапазон. За да анализирате точката на безубыточност и да намерите най-добрия подход към вашите нужди, дизайнът и сложността на частите са приоритет.
По-проста част може да е по-евтина за CNC обработка, докато сложна част би оправдала по-бързо разходите за инструменти за леене под налягане. Ако имате поръчка от части и не сте сигурни в нея, опитайте свързване с индустриални експерти, тъй като това ще ви предостави по-професионални познания.
Освен рециклирането на метал, има ли други фактори за устойчивост, които трябва да се вземат предвид между тези процеси?
Да, консумацията на енергия също трябва да се вземе предвид. CNC обработката, особено за твърди метали, може да бъде много енергоемка на детайл, тъй като машинният инструмент и охладителните системи работят през целия цикъл. Леенето под налягане има висок първоначален разход на енергия за създаване на матрицата и разтопяване на метала, но много бързите цикли могат да доведат до по-ниски разходи за енергия на детайл при големи обеми. „По-екологичният“ вариант зависи силно от обема на производство и специфичния енергиен микс на производителя.