Vật liệu gia công CNC: Sự lựa chọn vật liệu của bạn quyết định dung sai, tuổi thọ dụng cụ và chi phí bộ phận như thế nào
Bạn đã chỉ định 6061-T6, vẽ một bức tường 0,6mm trên sàn túi và gọi độ phẳng là 0,05mm. DFM quay trở lại:cần giảm căng thẳng trước khi về đích; tường có thể di chuyển khi nhả kẹp.Tài liệu không chỉ gây ra những vấn đề đó-mà còn đặt ra những điều kiện giới hạn khiến những vấn đề đó không thể tránh khỏi.
Đó là những gìvật liệu gia công cncLựa chọn thực sự là: bạn không chọn một bảng thông số kỹ thuật, bạn đang chọn một bộ ràng buộc tuân theo bộ phận đó trong mỗi lần thiết lập, mỗi lần thay đổi công cụ và mỗi dòng trên báo cáo kiểm tra. Nhận nó sớm và phần gần như tự máy. Hãy hiểu sai và bạn đang định giá lại giữa-lần chạy.
Đây là cách chúng tôi nghĩ về việc lựa chọn vật liệu tạiĐộ chính xác TRUNG-trên các loại hợp kim nhôm, lớp titan, dòng không gỉ và nhựa kỹ thuật được vận chuyển qua cửa hàng của chúng tôi hàng ngày.
Năm kỹ sư gia công vật liệu gia công CNC đạt được mục tiêu đầu tiên
Xếp hạng khả năng gia công tồn tại trên một phổ và chi phí cũng vậy. Bảng bên dưới ánh xạ các họ mà chúng tôi xử lý thường xuyên nhất dựa trên các biến quan trọng trên bản vẽ của bạn.
| Vật liệu | Chỉ số khả năng gia công | Tầng dung sai (phay) | Có thể đạt được | Công cụ tương đối mòn | Lĩnh vực tiêu biểu |
|---|---|---|---|---|---|
| Al 6061-T6 | ~100% | ±0,005mm (±0,002mm w/ lỗ khuôn) | 0,4µm (cắt bay 0,1µm-) | Thấp | Chất bán dẫn, tự động hóa công nghiệp |
| Al 7075-T651 | ~70% | ± 0,005mm | 0.4µm | Thấp–Trung bình | Khung hàng không vũ trụ, cánh tay chịu lực- |
| Ti-6Al-4V Gr.5 | ~22% | ±0,008mm (±0,005mm w/chăm sóc) | 0,8µm (có thể là 0,4µm) | Cao | Cấu trúc hàng không, cấy ghép y tế |
| Thép không gỉ 316L | ~45% | ± 0,008mm | 0.4µm | Trung bình-Cao | Ống dẫn chất lỏng, dụng cụ phẫu thuật |
| 17-4PH H900 | ~38% | ± 0,008mm | 0.4µm | Cao | Phụ kiện hàng không vũ trụ, trục có độ bền-cao |
| PEEK | ~75% | ±0,02mm (phụ thuộc vào độ ẩm{1}}) | 0.8µm | Thấp | Y tế, chất bán dẫn, hóa chất |
Chỉ số khả năng gia công được tham chiếu đến 160 thép gia công-không có HB=100%.
Một điểm khác biệt mà bảng không hiển thị: "có thể đạt được" và "có thể lặp lại trong một đợt" không bằng nhau. Việc đạt ±0,002mm trên một bộ phận bằng nhôm là điều đơn giản trong môi trường thích hợp. Giữ nó trên 80 miếng với kẹp tiêu chuẩn và sự thay đổi nhiệt độ môi trường là một vấn đề về thiết kế quy trình, không phải là khoảng cách về năng lực.
Gia công CNC nhôm và Titan: Nơi thực sự tồn tại sự đánh đổi{0}}
Phổ biến nhấtlựa chọn vật liệu gia công cncquyết định mà chúng tôi thấy từ các khách hàng hàng không vũ trụ và y tế là quyết định này. Các kỹ sư theo bản năng so sánh các con số về độ bền kéo, nhưng đó không phải là điểm khác biệt về chi phí.
Gia công nhôm và titan cnccó ba yếu tố liên kết: tốc độ cắt, quản lý nhiệt và chiến lược gắn dụng cụ.
Với 6061-T6 hoặc 7075-T651, bạn chạy tốc độ trục chính trên 10.000 vòng/phút, tiếp xúc hướng tâm mạnh mẽ và xả phoi nhanh bằng chất làm mát không khí hoặc ngập nước. Vật liệu không giữ nhiệt ở vùng cắt.
Với Ti-6Al-4V, bạn làm điều ngược lại. Tốc độ bề mặt thường đạt trong khoảng 40–80 m/phút - khoảng 1/5 tốc độ bạn chạy trên 6061. Lý do không chỉ là độ cứng; đó là tính dẫn nhiệt. Titan dẫn nhiệt ở mức xấp xỉ 7 W/m·K so với 167 W/m·K của nhôm. Nhiệt vẫn ở cạnh cắt chứ không phải ở chip. Điều đó làm phân hủy cacbua nhanh chóng nếu các thông số hoặc áp suất chất làm mát của bạn bị hiệu chỉnh sai.
Đây là cách chúng tôi đưa ra quyết định phay trochoidal và phay phay{1}}trong các hoạt động tạo lỗ-một quyết định hiếm khi xuất hiện trên các bảng thông số kỹ thuật nhưng ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian chu trình và tuổi thọ dao cụvật liệu gia công cnc:
Phay trochoidal (-hiệu suất cao)được ưu tiên cho túi titan rộng hơn ~ 15mm. Sự ăn khớp xuyên tâm diễn ra ở mức 10–15% đường kính dụng cụ với độ sâu trục cao và chất làm mát ngập thanh 60+. Vòng cung ăn khớp nhất quán sẽ ngăn chặn sự cọ xát và tạo thành-cạnh làm mất hạt dao cacbua.
Phay nhấntiếp quản khi tỷ lệ chiều sâu-trên-chiều rộng của túi vượt quá khoảng 3:1 hoặc khi độ cứng của bộ phận không đủ. Lực cắt dọc trục thấp hơn lực cắt hướng tâm-điều này quan trọng khi bạn ở độ sâu 40mm và bộ phận đã bị lệch trong vật cố định.
Đối với bạnlựa chọn vật liệu gia công cnc: nếu tính năng titan kết hợp các túi sâu hơn 25 mm với thành mỏng hơn 3 mm, hãy gắn cờ nó trước khi đóng băng thiết kế. Những sự kết hợp đó yêu cầu các hoạt động được sắp xếp lại- theo trình tự và các bước giảm căng thẳng trung gian không thể thấy được trong ước tính thời gian chu kỳ tiêu chuẩn.
Khả năng dung sai theo vật liệu: Ý nghĩa thực sự của các con số
| Loại thiết lập | Al 6061/7075 | Ti-6Al-4V | 316L / 17-4PH |
|---|---|---|---|
| Phay tiêu chuẩn, thiết lập đơn | ± 0,010mm | ± 0,015mm | ±0,012mm |
| 5 trục với khả năng cố định chính xác | ± 0,005mm | ± 0,008mm | ± 0,008mm |
| Các lỗ quan trọng (khoan/ream) | ± 0,003mm | ± 0,005mm | ± 0,005mm |
| Hoạt động chính xác (xoay-Thụy Sĩ, lỗ khoan khuôn) | ± 0,002mm | ± 0,003mm | ± 0,003mm |
| Bề mặt đất | ± 0,001mm | ± 0,002mm | ± 0,001mm |
Điều bất ngờ đối với nhiều kỹ sư thiết kế:nhôm khó giữ được dung sai chặt chẽ hơn mức đánh giá khả năng gia công của nó, bởi vì nó hoạt động rất nhanh và mở rộng rất tự do. CTE của nhôm dao động trong khoảng 23,6 µm/m·K. Trên một bộ phận 100mm có độ dao động xung quanh 10 độ trong thời gian dài hoạt động, độ lệch chiều đó là khoảng 24µm-đã là mức dung sai 5× a ±0,005mm chỉ tính riêng nhiệt độ.
Quy trình làm việc tiêu chuẩn của chúng tôi dành cho các bộ phận bằng nhôm chặt hơn ±0,005 mm: thô → ổn định nhiệt độ (20–30 phút trong vùng được kiểm soát) → bán-hoàn thiện → ổn định lại → hoàn thiện. Khoảng cách giữa quá trình hoàn thiện thô và bán{5}}là lúc ứng suất dư do quá trình cán tấm trước đó bắt đầu giảm bớt. Bỏ qua nó dưới áp lực lịch trình và bạn sẽ có được một bộ phận đo chính xác trên CMM, sau đó vượt quá mức cho phép một giờ sau khi nó nguội.
Bước ổn định giữa hoàn thiện thô và bán hoàn thiện-không phải các thông số cắt-là nguyên nhân cốt lõi phổ biến nhất của việc gia công lại nhôm trong công việc có-có dung sai chặt chẽ.
Đối với các trục dài mảnh có L/D > 20 bằng thép không gỉ hoặc titan, các bộ phận quay-Thụy Sĩ của chúng tôi chạy một ống lót dẫn hướng ngay sau vùng cắt, với trục chính và-phần còn lại được điều phối cách nhau trong khoảng 0,005mm. Nếu không có mối quan hệ đó, bộ phận sẽ uốn cong ở nhịp không được hỗ trợ dưới áp lực cắt và bạn sẽ mất độ tròn và hình trụ trước khi giảm được một nửa chiều dài.
Gia công CNC bằng thép không gỉ: Hoàn thiện bề mặt và quản lý dụng cụ
Gia công cnc inox hoàn thiện bề mặtcác yêu cầu thường quy định trình tự quy trình nhiều hơn dung sai kích thước. 316Dụng cụ phẫu thuật L mang Ra Nhỏ hơn hoặc bằng 0,4µm chú thích với tiêu chí 0-burr. 17-4Phụ kiện hàng không vũ trụ PH cần dung sai chặt chẽVàmột kết cấu bề mặt cụ thể để hỗ trợ độ bám dính PVD hoặc anodize cứng.
Hành vi gây khó khăn cho thép không gỉ là quá trình đông cứng. 316L cứng lại nhanh chóng nếu dụng cụ dừng lại, tốc độ tiến dao giảm xuống dưới ngưỡng hoặc hạt dao bị mòn. Khi bề mặt cứng lại, các bước tiếp theo sẽ tiếp xúc với vật liệu có độ cứng cao hơn so với lúc ban đầu. Điều này dẫn đến sự cố vỡ dụng cụ vàgia công cnc inox hoàn thiện bề mặtđiều đó gần như không thể phục hồi nếu không thêm đường chuyền ngoài kế hoạch.
Kiểm soát quy trình của chúng tôi đối với các thành phần có độ chính xác không gỉ:
Duy trì độ cào dương khi hoàn thiện các hạt dao-độ cào âm trên dụng cụ bị mòn gây ra sự cọ xát trước khi cắt. Không bao giờ dừng dụng cụ quay tiếp xúc với bề mặt không gỉ. Sử dụng cacbua submicron được phủ PVD-cho các đường chuyền hoàn thiện; không tráng phủ cho phần thô trên 17-4PH H900 để bảo toàn hình dạng của cạnh. Đối với Ra Nhỏ hơn hoặc bằng 0,2µm, hãy thêm một lớp hoàn thiện vi mô ở độ sâu trục Nhỏ hơn hoặc bằng 0,05mm với dòng chất làm mát.
Một yếu tố phụ thuộc xuôi dòng đáng theo dõi: nhiều bộ phận không gỉ y tế được đánh bóng bằng điện sau khi gia công. Nếu bề mặt trước-EP cao hơn Ra 0,8µm thì quá trình đánh bóng bằng điện thường sẽ không đưa nó đến thông số Ra 0,1µm-hóa học sẽ loại bỏ vật liệu một cách đồng đều và không lấp đầy các đỉnh. cácgia công cnc inox hoàn thiện bề mặtphải đóng lại trước khi bộ phận rời khỏi máy.
Các đánh giá DFM nắm bắt được những gì Bảng dữ liệu quan trọng không
Bảng dữ liệu vật liệu cho bạn biết vật liệu là gìlà. Đánh giá DFM cho bạn biết điều gì sẽ xảy ra khi bạn cố gắng cắt nó thành hình học cụ thể bằng chú thích cụ thể của mình.
TạiĐộ chính xác TRUNG, vật liệu là bộ lọc đầu tiên trong bất kỳ quá trình xem xét tệp STEP nào-nhưng nó luôn được đọc dựa trên hình học và ngăn xếp dung sai cùng nhau. Khả năng chịu đựng-chặt chẽ của nhôm là điều bình thường. Lỗ khoan tương tự với bức tường 0,8mm ở một bên là một vấn đề cố định và sắp xếp khác.
Cờ DFM xuất hiện thường xuyên nhấtvật liệu gia công cnc:
Bán kính góc nhỏ hơn so với độ sâu của túi.Túi sâu 10 mm có bán kính trong 0,3 mm yêu cầu dụng cụ có đường kính dưới 0,6 mm. Những công cụ đó chạy chậm, dễ hỏng và tăng thêm thời gian chu kỳ không tương xứng với diện tích bỏ túi. Việc tăng lên R1mm-hoặc điều chỉnh bán kính lên 55–65% độ sâu túi-sẽ cắt giảm đáng kể chi phí gia công dụng cụ. Nếu bán kính tồn tại chỉ để giải phóng mặt bằng, hãy mở nó.
Độ dày của tường không phù hợp với độ cứng của vật liệu.Mô đun của titan (≈114 GPa) giúp các bức tường mỏng hơn có khả năng chống lại- lực lệch do cắt tốt hơn 6061 (≈69 GPa). Nhưng đặc tính sinh nhiệt của titan vẫn hạn chế mức độ mạnh mẽ mà bạn có thể đẩy dụng cụ đến gần một bức tường mỏng. Hai yếu tố không chỉ đơn giản là hủy bỏ.
Độ sâu ren không được điều chỉnh cho độ bền lớn.Đường kính danh nghĩa 1,5× là mặc định tiêu chuẩn. Trong PEEK hoặc nhôm mềm, 2× là loại bảo hiểm rẻ tiền chống lại tình trạng kéo ra- mà hầu như không mất phí trong thời gian chu kỳ.
gia công 5 trụcloại bỏ các thiết lập có thể buộc bạn phải thỏa hiệp về mặt hình học. Các tính năng không thể truy cập được từ hướng 3-trục thường được thiết kế lại-bán kính đơn giản hóa một cách không cần thiết, loại bỏ các đường gạch dưới, thêm các đường phân tách. Gửi cho chúng tôi BƯỚC trước khi bạn đơn giản hóa phần này.
Câu hỏi thường gặp
Tôi nên sử dụng bán kính góc nào để giữ chi phí dụng cụ hợp lý?
Nhắm mục tiêu bán kính bên trong ở mức Lớn hơn hoặc bằng 55% độ sâu túi hoặc bám sát các kích thước dao phay ngón tiêu chuẩn (R0.5, R1, R2, R3, R4, R5, R6mm). Dưới R0,5mm ở bất kỳvật liệu gia công cnccứng hơn nhôm, bạn đang ở trong-lãnh thổ thiết lập công cụ vi mô-riêng biệt, tốc độ chậm hơn, kiểm tra chuyên dụng. Bước thay đổi chi phí đó không tương xứng với diện tích bị cắt giảm. Nếu bán kính chật hẹp để giải phóng mặt bằng và không hoạt động thì hãy thay đổi nó.
Bạn có thể giữ ±0,005mm trên phần nhôm 100mm mà không cần mài không?
Có, với quá trình gia công thô ổn định nhiệt độ, thiết kế cố định phù hợp và trình tự ổn định được mô tả ở trên. Không cần mài đối với hầu hết các vật liệu nhôm ± 0,005 mm. Dưới ±0,003mm trên các bề mặt quan trọng, chúng tôi thêm một lỗ khoét khuôn gá-hoặc lỗ khoan chính xác-. Dưới ± 0,001mm, quá trình mài bắt đầu.
7075-T651 có luôn là lựa chọn tốt hơn 6061-T6 cho các bộ phận quan trọng về độ bền không?
Không tự động. 7075 có độ bền kéo cao hơn nhưng khả năng chống ăn mòn thấp hơn, anod hóa kém đồng đều hơn và thường không thể hàn được. Đối với các bộ phận kết hợp dung sai chặt chẽ, anodize cứng và hàn lắp ráp phía sau, 6061-T6 thường là chính xáclựa chọn vật liệu gia công cncngay cả khi FEA ở mức cận biên,-sự va chạm về độ dày của tường sẽ có chi phí thấp hơn so với lỗi bám dính của lớp phủ tại hiện trường.
Độ dày thành tối thiểu mà bạn có thể gia công đáng tin cậy trên Ti-6Al-4V là bao nhiêu?
Trong công việc sản xuất hàng không vũ trụ, các bức tường 0,8mm trong Ti-6Al-4V có thể đạt được bằnggia công CNC chính xáckhi thiết kế đồ gá gây ra rung động và đường chạy dao giữ mức độ tương tác xuyên tâm thấp trong suốt. Dưới 0,5mm, độ dẫn nhiệt của titan trở thành một vấn đề nghiêm trọng-nhiệt tích tụ ở tường, tường bị lệch và độ ổn định về kích thước bị phá vỡ qua vết cắt. Nếu thiết kế của bạn nhắm đến những bức tường titan có độ dày dưới 0,5 mm, hãy đưa chúng tôi vào cuộc trò chuyện trước khi bản vẽ hoàn thiện.
Chú thích tài liệu của bạn cũng là một kế hoạch quy trình. Dung sai bạn cần, độ hoàn thiện bề mặt mà bạn chỉ định và hình dạng bạn vẽ đều tương tác với vật liệu theo những cách không xuất hiện trên bất kỳ bảng dữ liệu nào.
Hãy gửi cho chúng tôi tệp STEP của bạn để chúng tôi xem xét DFM-các kỹ sư xử lý của chúng tôi sẽ đọc tài liệu, hình học và ngăn xếp dung sai của bạn cùng nhau rồi gửi lại báo giáVàmột ghi chú về khả năng sản xuất ở bất cứ nơi nào có vấn đề.
