En el mecanizado CNC, la capacidad de fabricación de piezas complejas impacta directamente en la eficiencia de la producción, el costo y la calidad del producto. Hoy, Elite Mold Tech utilizará una pieza de cavidad compleja de aleación de aluminio típica como ejemplo para compartir soluciones prácticas para el diseño de mecanizado CNC para la fabricación, que abarca el diseño estructural, las especificaciones de tolerancia, la medición dimensional y el aseguramiento de la calidad. Aprovechando nuestro equipo técnico profesional y nuestra amplia experiencia en mecanizado, brindamos servicios integrales desde el diseño hasta el posprocesamiento, ayudando a los clientes a superar los desafíos de mecanizado y lograr una producción eficiente.
I. Información básica de la pieza del caso
Como se muestra en la figura a continuación, la pieza analizada es una pieza de cavidad grande con dimensiones de 328×272×87.5 mm, hecha de AL6061. Desde una perspectiva estructural y funcional, esta pieza está inteligentemente diseñada:
- El lado A presenta un disipador de calor, que disipa el calor durante el funcionamiento y garantiza la estabilidad durante el funcionamiento prolongado.
- Dos orificios profundos (orificios naranjas) se encuentran a cada lado de la pieza. Estos orificios profundos sirven como canales de circulación de refrigerante, formando un circuito completo a través de la pequeña cavidad en el lado B (naranja), lo que mejora aún más la eficiencia de la disipación de calor.
- La estructura interna restante sirve principalmente para crear espacio para el montaje de otros componentes.
- Una gran cantidad de orificios roscados y espárragos se encuentran en el exterior y el interior, proporcionando una fijación crucial cuando se ensamblan con otros componentes, lo que garantiza la estabilidad del conjunto general.
En términos de métodos de producción, esta pieza utiliza estrategias diferenciadas basadas en la etapa de producción:
- Prototipos y producción de lotes pequeños: Mecanizado CNC a partir de material macizo.
- Producción en masa: Cambia a fundición a presión + mecanizado CNC para equilibrar la eficiencia de la producción y el control de costos.
II. Análisis del diseño estructural: direcciones de optimización para el mecanizado CNC
Dado que esta pieza utiliza fundición a presión + mecanizado CNC para la producción en masa, los diseñadores inicialmente priorizaron las estructuras compatibles con la fundición a presión. Sin embargo, durante la verificación de ingeniería temprana y la producción de lotes pequeños (cuando se utiliza el mecanizado CNC completo), algunas características estructurales entraron en conflicto con los requisitos de CNC, lo que requirió una optimización específica.
(I) Problemas de espacio libre entre los postes roscados y los disipadores de calor
Los postes roscados en el lado B se extienden hasta el lado A, con un espacio diseñado de varios milímetros entre los postes y el disipador de calor, creando numerosas estructuras estrechas y profundas. El mecanizado completo de estas áreas requeriría herramientas personalizadas, extra largas y de pequeño diámetro. Sin embargo:
- Tales herramientas exceden los límites de las especificaciones personalizables.
- Incluso si se usa a regañadientes, la poca rigidez de la herramienta causaría rebote de la herramienta, dañando la precisión del mecanizado y la calidad de la superficie.
Después de consultar con los diseñadores, utilizamos herramientas convencionales extendidas de pequeño diámetro para la limpieza de esquinas (sin más mecanizado). Como se muestra en la figura, los postes y los disipadores de calor en el lado A no están completamente conectados; esto garantiza la funcionalidad básica de la pieza al tiempo que evita los riesgos de mecanizado.
(II) Problemas de espacio causados por la profundidad del poste
Los postes roscados en la cavidad del lado B tienen una gran profundidad, creando espacios con las superficies adyacentes y formando espacios estrechos. Este problema comparte la misma causa raíz que el anterior: las limitaciones de la herramienta conducen a discrepancias entre los resultados reales del mecanizado y el modelo 3D.
Recomendación para diseños futuros: Considere completamente la compatibilidad de la herramienta CNC y controle razonablemente la profundidad del poste y los tamaños de espacio con las superficies adyacentes.
(III) Diseño adecuado de los ángulos internos de la cavidad y los ángulos de inclinación
La cavidad del lado B tiene numerosos radios de esquina internos (R). Para la fundición a presión, se pueden lograr valores R pequeños en cavidades profundas con ángulos de inclinación. Sin embargo, para el mecanizado CNC:
- El valor R determina directamente el diámetro de la herramienta utilizada para el acabado/limpieza de esquinas.
Guía clave: Recomendamos controlar la proporción de R máximo a profundidad dentro de 10:1. Para esta pieza, la proporción alcanzó ~40:1 en su punto más profundo, superando con creces el rango razonable, por lo que tuvimos que aumentar el valor R durante el mecanizado.
Si se requieren diseños de proporción extrema (debido a la funcionalidad del producto):
- Agregue un ángulo de inclinación de ≥3° para el mecanizado CNC. Esto crea una estructura de "parte superior abierta, parte inferior estrecha", que:
- Facilita la evacuación de virutas para las herramientas CNC.
- Permite el uso de herramientas de vástago cónico (mejora la rigidez de la herramienta y la estabilidad del mecanizado).
(IV) Impacto del diseño del radio de la ranura en la eficiencia del mecanizado
Algunas ranuras en la cavidad tienen radios en la muesca o en la parte inferior. Para la fundición a presión, este diseño no agrega ninguna dificultad, pero para el mecanizado CNC:
- Los radios requieren mecanizado 3D (aumenta la dificultad y el tiempo).
Nota de costo y eficiencia: El tiempo de mecanizado es un factor central en la contabilidad de costos de CNC. Las estructuras regulares (sin radios) pueden usar trayectorias de herramientas 2D, que son mucho más eficientes que las trayectorias de herramientas 3D.
Después de consultar con los diseñadores, ajustamos estas estructuras radiadas a formas regulares; esto mejoró significativamente la eficiencia del mecanizado y redujo los costos sin afectar la funcionalidad de la pieza.
III. Definición de especificación de tolerancia: equilibrio entre calidad y economía
Para las nuevas categorías de piezas (sin productos de referencia maduros), los diseñadores a menudo especifican en exceso los controles de tolerancia. Para esta pieza:
- El dibujo 2D marcó 267 dimensiones controladas (que abarcan 5 páginas).
Si bien la inspección de dimensiones/tolerancias 2D es esencial para las piezas mecanizadas, el control excesivo aumenta la carga de trabajo de inspección y los costos de producción. Para abordar esto:
- El equipo de Elite Mold Tech realizó una comunicación en profundidad con el cliente.
- Retuvimos dimensiones relacionadas con el ensamblaje y funcionales como elementos de inspección obligatorios.
- Convertimos ~2/3 de las dimensiones a dimensiones de referencia.
Este ajuste garantiza el rendimiento central y la precisión del ensamblaje al tiempo que agiliza los procesos de producción/inspección y reduce los costos generales.
IV. Medición dimensional y garantía de calidad: control preciso de la calidad del producto
Después de simplificar el número de dimensiones inspeccionadas, establecimos un sistema integral de garantía de calidad para controlar la calidad desde el pre-mecanizado hasta el pos-mecanizado.
(I) Desarrollo de especificaciones de inspección detalladas
Creamos una tabla de operación de inspección clara, que define:
- Herramientas de inspección correspondientes para cada dimensión.
- Métodos de inspección estandarizados.
Esto evita errores de procesos de inspección inconsistentes y garantiza resultados precisos y consistentes.
(II) Selección flexible de herramientas de medición profesionales
Para piezas de lotes pequeños, las máquinas de medición por coordenadas (CMM) son la herramienta principal. Las CMM ofrecen capacidades de medición integrales, lo que las hace ideales para piezas con pequeñas cantidades y múltiples dimensiones.
(III) Verificación de doble calidad (pre y pos-mecanizado)
|
Etapa
|
Método de verificación
|
|
Pre-mecanizado
|
Utilice software CAM profesional para simulaciones detalladas: Verifique las trayectorias de mecanizado para cortes excesivos o estructuras faltantes (evita errores en la fuente).
|
|
Pos-mecanizado
|
1. Compare los productos físicos con los modelos 3D (verifique la integridad estructural).
2. Verifique las dimensiones de referencia (confirme la precisión dimensional).
|
V. Resumen del caso: soluciones profesionales para una situación beneficiosa para el costo y la calidad
La pieza de la cavidad en este caso tiene:
- Una tasa de eliminación de material del 92% (largo tiempo de mecanizado, alto costo).
- Numerosas dimensiones controladas (mayor valor unitario que las piezas mecanizadas convencionales).
Ante estos desafíos, Elite Mold Tech:
- Aprovechó las capacidades profesionales de CNC y la experiencia de la industria.
- Colaboró estrechamente con el cliente para optimizar las estructuras incompatibles con CNC.
- Optimizó los controles de tolerancia y construyó un sistema eficiente de inspección de calidad.
El resultado: Cumplimos con los requisitos de calidad del cliente al tiempo que reducimos los costos de producción, logrando una situación beneficiosa para la rentabilidad y la calidad.
Póngase en contacto con Elite Mold Tech
Si necesita prototipos rápidos de CNC (mecanizado de piezas complejas o soluciones integrales desde el diseño hasta el posprocesamiento), comuníquese con:
- WhatsApp: +86 19860504405
¡Esperamos trabajar con usted para superar los desafíos de mecanizado y crear productos de alta calidad!
¡Su mensaje debe tener entre 20 y 3.000 caracteres!
