Beim CNC-Bearbeiten wirkt sich die Herstellbarkeit komplexer Teile direkt auf die Produktionseffizienz, die Kosten und die Produktqualität aus. Heute wird Elite Mold Tech ein typisches komplexes Hohlraumteil aus Aluminiumlegierung als Beispiel verwenden, um praktische Lösungen für die CNC-Bearbeitungs-Design für die Herstellbarkeit zu teilen, einschließlich Konstruktionsdesign, Toleranzspezifikationen, Maßmessung und Qualitätssicherung. Durch die Nutzung unseres professionellen technischen Teams und unserer umfangreichen Bearbeitungserfahrung bieten wir End-to-End-Dienstleistungen vom Design bis zur Nachbearbeitung und helfen Kunden, Bearbeitungsherausforderungen zu meistern und eine effiziente Produktion zu erreichen.
I. Grundlegende Informationen zum Fallteil
Wie in der Abbildung unten gezeigt, ist das analysierte Teil ein großes Hohlraumteil mit den Abmessungen 328×272×87,5 mm, hergestellt aus AL6061. Aus struktureller und funktionaler Sicht ist dieses Teil clever konstruiert:
- Seite A verfügt über einen Kühlkörper, der während des Betriebs Wärme ableitet und die Stabilität während des Dauerbetriebs gewährleistet.
- Auf jeder Seite des Teils befinden sich zwei tiefe Löcher (orangefarbene Löcher). Diese tiefen Löcher dienen als Kühlmittelzirkulationskanäle und bilden einen vollständigen Kreislauf durch den kleinen Hohlraum auf Seite B (orange), wodurch die Wärmeableitungseffizienz weiter verbessert wird.
- Die restliche Innenstruktur dient in erster Linie dazu, Platz für die Montage anderer Komponenten zu schaffen.
- Eine große Anzahl von Gewindelöchern und -stiften befinden sich an der Außen- und Innenseite und bieten eine entscheidende Befestigung, wenn sie mit anderen Komponenten montiert werden, wodurch die Stabilität der gesamten Baugruppe gewährleistet wird.
In Bezug auf die Produktionsmethoden verwendet dieses Teil differenzierte Strategien, die auf der Produktionsstufe basieren:
- Prototypen & Kleinserienproduktion: CNC-gefertigt aus massivem Material.
- Massenproduktion: Wechselt zu Druckguss + CNC-Bearbeitung, um Produktionseffizienz und Kostenkontrolle in Einklang zu bringen.
II. Strukturanalyse: Optimierungsrichtungen für die CNC-Bearbeitung
Da dieses Teil für die Massenproduktion Druckguss + CNC-Bearbeitung verwendet, priorisierten die Konstrukteure zunächst Strukturen, die mit dem Druckguss kompatibel sind. Während der frühen Konstruktionsverifizierung und der Kleinserienproduktion (wenn die vollständige CNC-Bearbeitung verwendet wird), standen jedoch einige strukturelle Merkmale im Widerspruch zu den CNC-Anforderungen, was eine gezielte Optimierung erforderte.
(I) Freiraumprobleme zwischen Gewindestiften und Kühlkörpern
Die Gewindestifte auf Seite B erstrecken sich bis zu Seite A, mit einem konstruierten Spalt von mehreren Millimetern zwischen den Stiften und dem Kühlkörper – wodurch zahlreiche schmale, tiefe Strukturen entstehen. Die vollständige Bearbeitung dieser Bereiche würde kundenspezifische, extra lange Werkzeuge mit kleinem Durchmesser erfordern. Jedoch:
- Solche Werkzeuge überschreiten die Grenzen der anpassbaren Spezifikationen.
- Selbst wenn es widerwillig verwendet wird, würde die geringe Steifigkeit des Werkzeugs Werkzeugsprung verursachen und die Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenqualität beschädigen.
Nach Rücksprache mit den Konstrukteuren verwendeten wir herkömmliche verlängerte Werkzeuge mit kleinem Durchmesser zur Eckreinigung (keine weitere Bearbeitung). Wie in der Abbildung gezeigt, sind die Stifte und Kühlkörper auf Seite A nicht vollständig verbunden – dies gewährleistet die grundlegende Teilefunktionalität und vermeidet gleichzeitig Bearbeitungsrisiken.
(II) Spaltprobleme durch die Stifttiefe verursacht
Die Gewindestifte im Hohlraum der Seite B haben eine große Tiefe, wodurch Spalte zu benachbarten Oberflächen entstehen und enge Räume entstehen. Dieses Problem hat die gleiche Ursache wie das oben genannte: Werkzeugbeschränkungen führen zu Abweichungen zwischen den tatsächlichen Bearbeitungsergebnissen und dem 3D-Modell.
Empfehlung für zukünftige Designs: Berücksichtigen Sie die Kompatibilität der CNC-Werkzeuge vollständig und kontrollieren Sie die Stifttiefe und die Spaltgrößen zu benachbarten Oberflächen vernünftig.
(III) Richtige Gestaltung der inneren Winkel und Schrägen des Hohlraums
Der Hohlraum der Seite B hat zahlreiche innere Eckradien (R). Für den Druckguss können kleine R-Werte in tiefen Hohlräumen mit Schrägen erreicht werden. Für die CNC-Bearbeitung gilt jedoch:
- Der R-Wert bestimmt direkt den Werkzeugdurchmesser, der für die Endbearbeitung/Eckreinigung verwendet wird.
Wichtige Richtlinie: Wir empfehlen, das Verhältnis von maximalem R zur Tiefe innerhalb von 10:1 zu kontrollieren. Für dieses Teil erreichte das Verhältnis an seinem tiefsten Punkt ~40:1 – weit über den vernünftigen Bereich hinaus – daher mussten wir den R-Wert während der Bearbeitung erhöhen.
Wenn extreme Verhältnisdesigns erforderlich sind (aufgrund der Produktfunktionalität):
- Fügen Sie eine Schräge von ≥3° für die CNC-Bearbeitung hinzu. Dies erzeugt eine "offene, schmale" Struktur, die:
- Die Spanabfuhr für CNC-Werkzeuge erleichtert.
- Die Verwendung von Werkzeugen mit konischem Schaft ermöglicht (verbessert die Werkzeugsteifigkeit und die Bearbeitungsstabilität).
(IV) Auswirkungen des Nutradius-Designs auf die Bearbeitungseffizienz
Einige Nuten im Hohlraum haben Radien an der Kerbe oder am Boden. Für den Druckguss fügt dieses Design keine Schwierigkeiten hinzu, aber für die CNC-Bearbeitung gilt:
- Radien erfordern 3D-Bearbeitung (erhöht den Schwierigkeitsgrad und die Zeit).
Hinweis zu Kosten und Effizienz: Die Bearbeitungszeit ist ein Kernfaktor bei der CNC-Kostenrechnung. Regelmäßige Strukturen (keine Radien) können 2D-Werkzeugwege verwenden, die weitaus effizienter sind als 3D-Werkzeugwege.
Nach Rücksprache mit den Konstrukteuren haben wir diese abgerundeten Strukturen an regelmäßige Formen angepasst – dies verbesserte die Bearbeitungseffizienz erheblich und senkte die Kosten, ohne die Teilefunktionalität zu beeinträchtigen.
III. Toleranzspezifikationsdefinition: Ausgleich von Qualität und Wirtschaftlichkeit
Für neue Teilekategorien (ohne ausgereifte Referenzprodukte) spezifizieren Konstrukteure häufig Toleranzkontrollen übermäßig. Für dieses Teil:
- Die 2D-Zeichnung markierte 267 kontrollierte Abmessungen (über 5 Seiten).
Während die 2D-Abmessungs-/Toleranzprüfung für bearbeitete Teile unerlässlich ist, erhöht die Überkontrolle den Inspektionsaufwand und die Produktionskosten. Um dies zu beheben:
- Das Elite Mold Tech-Team führte eine eingehende Kommunikation mit dem Kunden durch.
- Wir behielten montagebezogene und funktionale Abmessungen als obligatorische Prüfpunkte bei.
- Wandelte ~2/3 der Abmessungen in Referenzabmessungen um.
Diese Anpassung gewährleistet die Kernleistung und die Montagegenauigkeit, während gleichzeitig die Produktions-/Inspektionsprozesse rationalisiert und die Gesamtkosten gesenkt werden.
IV. Maßmessung und Qualitätssicherung: Präzise Steuerung der Produktqualität
Nachdem wir die Anzahl der zu prüfenden Abmessungen vereinfacht hatten, haben wir ein umfassendes Qualitätssicherungssystem eingerichtet, um die Qualität von der Vor- bis zur Nachbearbeitung zu kontrollieren.
(I) Entwicklung detaillierter Inspektionsspezifikationen
Wir haben eine übersichtliche Inspektionsoperationstabelle erstellt, in der Folgendes definiert ist:
- Entsprechende Inspektionswerkzeuge für jede Abmessung.
- Standardisierte Inspektionsmethoden.
Dies vermeidet Fehler durch inkonsistente Inspektionsprozesse und gewährleistet genaue, konsistente Ergebnisse.
(II) Flexible Auswahl professioneller Messwerkzeuge
Für Kleinserienteile sind Koordinatenmessmaschinen (KMM) das primäre Werkzeug. KMMs bieten umfassende Messmöglichkeiten und sind somit ideal für Teile mit kleinen Mengen und mehreren Abmessungen.
(III) Doppelte Qualitätsprüfung (Vor- und Nachbearbeitung)
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Stufe
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Verifizierungsmethode
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Vor der Bearbeitung
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Verwenden Sie professionelle CAM-Software für detaillierte Simulationen: Überprüfen Sie die Bearbeitungspfade auf Über- oder Fehlbearbeitung von Strukturen (vermeidet Fehler an der Quelle).
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Nach der Bearbeitung
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1. Vergleichen Sie physische Produkte mit 3D-Modellen (überprüfen Sie die strukturelle Integrität).
2. Stichprobenartige Überprüfung der Referenzabmessungen (Bestätigung der Maßgenauigkeit).
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V. Fallzusammenfassung: Professionelle Lösungen für Cost-Quality Win-Win
Das Hohlraumteil in diesem Fall hat:
- Eine Materialabtragsrate von 92% (lange Bearbeitungszeit, hohe Kosten).
- Zahlreiche kontrollierte Abmessungen (höherer Stückwert als bei herkömmlich bearbeiteten Teilen).
Angesichts dieser Herausforderungen hat Elite Mold Tech:
- Professionelle CNC-Fähigkeiten und Branchenerfahrung genutzt.
- Eng mit dem Kunden zusammengearbeitet, um CNC-inkompatible Strukturen zu optimieren.
- Toleranzkontrollen rationalisiert und ein effizientes Qualitätskontrollsystem aufgebaut.
Das Ergebnis: Wir haben die Qualitätsanforderungen des Kunden erfüllt und gleichzeitig die Produktionskosten gesenkt – ein Gewinn für Kosteneffizienz und Qualität.
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