Вопрос, стоящий за вопросом
«Обрабатывать эту деталь на станке, отливать металл под давлением или лить пластик в форму?» — на самом деле это вопрос о количестве, сроках и о том, насколько прочна конструкция. Каждый процесс имеет разный баланс первоначальной стоимости оснастки и стоимости каждой детали. При малом объеме процесс без инструментов обычно выигрывает. При большом объеме выигрывает процесс с наименьшей стоимостью на деталь, даже если его оснастка дорогая. Точка пересечения зависит от детали, поэтому в этом руководстве объясняются факторы, а не приводятся фиксированные цифры.
Три процесса вкратце
Обработка на ЧПУ
Вырезает деталь из твердого материала. Никакой специфической для детали оснастки, кроме приспособлений, поэтому первая деталь может быть изготовлена за несколько дней. Затраты на часть зависят от машинного времени и материала, и они остаются довольно неизменными по мере роста количества.
Литьё металлов под давлением
Впрыскивает расплавленный металл, обычно алюминиевые или цинковые сплавы, под высоким давлением в закаленную стальную матрицу. Затраты на штамп являются существенными, а срок изготовления штампа измеряется в неделях. Как только матрица существует, детали выходят быстро, с низкой ценой за деталь.
Литьё пластмасс под давлением
Впрыскивает расплавленный пластик в стальную или алюминиевую форму. Как и литью металлов под давлением, ему сначала нужна оснастка, после чего детали изготавливаются быстро и недорого. Инструментарий варьируется от более простых алюминиевых прототипов до многополостных форм для производства закаленной стали.
Как ведут себя кривые затрат
Общая стоимость цикла равна стоимости оснастки плюс стоимость каждой детали, умноженная на количество. Разделите на количество, чтобы получить стоимость за деталь.
- Механическая обработка начинается с низкой оснастки или без нее, поэтому стоимость одной детали разумна даже для одной детали, но она медленно падает с количеством
- Литьё металлов и литьё пластмасс под давлением начинаются с высокой стоимости оснастки, поэтому первые несколько деталей очень дороги за деталь, но цена за деталь резко падает, поскольку оснастка распределяется по большему количеству деталей
- Где-то вдоль оси количества кривые пересекаются; за пределами этой точки инструментальный процесс дешевле
Точка пересечения перемещается с размером детали, сложностью, материалом и допуском. Небольшой простой пластиковый зажим может способствовать формованию нескольких сотен деталей, в то время как большой сложный алюминиевый корпус может обрабатываться тысячами.
Факторы, которые перемещают кроссовер
| Фактор | Толкает к механической обработке | Подталкивает к инструментальным процессам |
|---|---|---|
| Годовое количество | Низкий, неопределенный или одноразовый | Высокий и стабильный в течение многих лет |
| Зрелость проекта | Все еще изменяется | Замороженные и валидированные |
| Допуски | Очень тесно по многим характеристикам | Умеренный, с несколькими механически обработанными функциями |
| Размер части | Большие детали с длительным временем цикла дорого обрабатывать; большие штампы также дорого обходятся | Средние и мелкие детали |
| Существенные аспекты | Специфические деформируемые сплавы или высокоэффективные пластмассы | Стандартные литейные сплавы или формовочные смолы |
| Время на изготовление первых деталей | Дни | От недель до месяцев для оснастки |
| Геометрия | Глубокие карманы, доступные с нескольких сторон | Тонкие стенки, ребра и сложные формы за один выстрел |
Существенные различия
Сплавы, отлитые под давлением, отличаются от деформируемых сплавов. Обычные алюминиевые литейные сплавы, такие как A380, содержат больше кремния для текучести, имеют более низкую пластичность, чем деформируемые 6061, и обычно содержат некоторую пористость. Они плохо анодируются, давая серую, неровную отделку, поэтому литые детали чаще окрашиваются или покрываются порошковым покрытием. Отливки из цинка обеспечивают мелкие детали и отличную отделку поверхности для мелких деталей.
Формованные пластиковые марки также отличаются от обработанного пластика. Многие смолы доступны только в качестве формовочных марок, в то время как некоторые высокопроизводительные материалы обрабатываются легче, чем формованные. Наполнители, такие как стекловолокно, улучшают жесткость, но влияют на отделку поверхности и анизотропию.
Если обработанный прототип приведет к получению литой или формованной производственной детали, проведите испытание с использованием производственного материала как можно скорее.
Геометрические различия
Обработанные детали могут иметь практически любую толщину стенки, острые внешние края и особенности во многих направлениях, но внутренние углы всегда имеют радиус резца, а глубокие узкие карманы медленные.
Литые и формованные детали должны иметь углы тяги на стенах, параллельных отверстию инструмента, равномерную толщину стенки, чтобы избежать раковины и пористости, большие радиусы и, в идеале, отсутствие подрезов. Для подрезов требуются слайды или подъемники, которые увеличивают стоимость инструмента. Ребра заменяют толстые сплошные секции.
Деталь, предназначенная для механической обработки, обычно нуждается в переработке, прежде чем ее можно будет эффективно формовать или отливать. Планируйте, что редизайн, а не обнаруживать его, когда инструмент цитируется.
Гибридные подходы
Выбор не всегда тот или иной процесс.
Литье и машина
Отливка под давлением формы, близкой к окончательной, затем механообработка ответственных отверстий, поверхностей и резьб. Это очень распространено для корпусов и кронштейнов.
Инструменты для моста
Используйте более простую прототипную форму или штамп для ранних объемов производства, пока конструкция оседает, а затем перейдите к производственному инструменту.
Сначала станок, затем инструмент
Запуск с обработанными деталями, сбор обратной связи на месте, а затем инвестирование в оснастку, как только спрос станет ясным. Механическая обработка позволяет избежать ставок на инструменты для дизайна, который все еще может измениться.
Семейные пресс-формы и инструменты с несколькими полостями
Объедините несколько связанных частей в один инструмент или создайте несколько полостей для более высокой производительности, чтобы распределить стоимость оснастки.
Отправная точка на основе объема
Эти диапазоны являются лишь приблизительными отправными точками и могут широко меняться в зависимости от специфики детали:
- Прототипы и очень низкие количества: обработка с ЧПУ или 3D-печать для проверки форм
- От низких до средних количеств с неустойчивой конструкцией: механическая обработка, возможно, с использованием мостовой оснастки для пластмасс
- Стабильное среднее и большое количество пластмассовых деталей: литьё пластмасс под давлением
- Стабильное среднее и большое количество металлических корпусов: литьё металлов под давлением, обычно с вторичной механической обработкой
- Очень большое количество мелких металлических деталей: литьё металлов под давлением или другие процессы, такие как штамповка, где позволяет геометрия
Всегда запрашивайте расчёт на реально планируемые количества. Расчёт на 100 штук нельзя пересчитать на 10 000 простым умножением.
Вопросы, которые необходимо решить перед выбором
- Какое количество необходимо сейчас, и каков реалистичный годовой объем в течение срока службы продукта?
- Насколько вероятно, что дизайн изменится в следующем году?
- Какие функции требуют допусков на уровне обработки?
- Должен ли материал быть конкретным деформируемым сплавом или инженерным пластиком?
- Как скоро понадобятся первые серийные детали?
- Можно ли перепроектировать деталь для сквозняков и однородных стен?
Скрытые затраты для включения
Инструментарий - не единственная первоначальная стоимость. Формованные и литые детали обычно нуждаются в проверке первого изделия и утверждении образца перед производством, техническом обслуживании инструмента в течение всего срока службы программы и, возможно, модификациях инструмента, если конструкция изменится. Обработанные детали имеют свои собственные затраты на настройку и программирование на партию, которые имеют значение для небольших повторных заказов. Учитывайте их при сравнении вариантов, а не только цены инструмента и цены детали.
Владение и хранение инструментов также стоит уточнить заранее, особенно для долгосрочных программ.
Качество и последовательность в течение пробега
Выбор процесса также меняет внешний вид качества. Обработанные детали измеряются по характеристикам, и каждая партия зависит от настройки и состояния инструмента, поэтому проверка первой детали и проверка в процессе производства имеют значение. После утверждения матрицы или пресс-формы детали, как правило, очень повторяются от выстрела к выстрелу, но износ инструмента и технологический дрейф все еще нуждаются в мониторинге, а литые детали могут нуждаться в проверке пористости, такой как рентгеновское излучение на критических участках.
Формованные пластмассовые детали могут сжиматься и деформироваться по-разному по мере изменения настроек процесса. Производственное формование обычно блокирует настройки процесса после утверждения образца, чтобы более поздние детали соответствовали утвержденным первым изделиям.
Устойчивость и отходы
Механическая обработка превращает большую часть сырья в стружку, которая обычно перерабатывается, но по-прежнему представляет собой материал и энергию. Литье и формование производят почти чистые формы с меньшим количеством отходов на деталь, а также бегуны и ворота, которые часто можно перемолоть или переплавить. При большом объеме эта эффективность является частью того, почему выигрывают инструментальные процессы.
Заключение
Механическая обработка выполняется быстро и гибко, идеально подходит для прототипов, небольших объемов и изменяющихся конструкций. Литье под давлением и литье под давлением стоят дороже, но делают большие объемы дешевле. Используйте реалистичные количества, необходимо выбрать зрелость конструкции и допуск, и не стесняйтесь начинать с механической обработки и переключаться, когда спрос оправдывает оснастку.