Các bộ phận kim loại được gia công CNC: Quy trình, dung sai và lựa chọn sản xuất

Các bộ phận kim loại được gia công CNC được sản xuất bằng cách loại bỏ vật liệu khỏi kho kim loại hoặc phôi bán thành phẩm theo đường chạy dao đã được lập trình, trong khi các bộ phận dập CNC được hình thành bằng cách tác dụng lực thông qua các khuôn chuyên dụng. Việc lựa chọn quy trình chính xác phụ thuộc vào đặc tính vật liệu, dung sai kích thước, hình học, yêu cầu bề mặt và khối lượng sản xuất. Đối với nhóm mua hàng OEM, việc kết hợp lộ trình sản xuất với yêu cầu bản vẽ sẽ giúp kiểm soát chi phí đơn vị, sự thay đổi kích thước và tuổi thọ của bộ phận.

Sản xuất cơ khí chuyển đổi nguyên liệu thô thành các bộ phận có hình dạng, kích thước và điều kiện bề mặt xác định. Cắt, biến dạng dẻo và gia công phi truyền thống đều giải quyết các vấn đề sản xuất khác nhau; không có quy trình nào là tối ưu cho mọi bộ phận.

Phay và tiện CNC cho các bộ phận CNC kim loại chính xác

Phay CNC sử dụng các công cụ cắt quay để tạo ra các rãnh, hốc, bề mặt phẳng, đường viền và các đặc điểm ba chiều phức tạp. Tiện CNC quay phôi so với dụng cụ cắt và phù hợp với trục, ống lót, chốt, bộ phận có ren và các bộ phận khác có tính đối xứng quay.

Các biến gia công chính bao gồm tốc độ cắt, tốc độ tiến dao, độ sâu cắt, hình dạng dụng cụ, độ cứng phôi và điều kiện làm mát. Các biến này ảnh hưởng đến lực cắt, sinh nhiệt, hình thành gờ, độ ổn định kích thước và độ bóng bề mặt.

Các yêu cầu bản vẽ điển hình có thể chỉ định dung sai kích thước là ±0,01 mm, dung sai vị trí là 0,02 mm hoặc độ nhám bề mặt là Ra 1,6 μm. Những giá trị này là mục tiêu phụ thuộc vào ứng dụng, không phải là sự đảm bảo chung. Khả năng thực tế phải được xác nhận dựa trên vật liệu, đặc điểm hình học, thiết bị và phương pháp kiểm tra.

Khoan, mài và hoàn thiện thứ cấp

Khoan tạo ra các lỗ cho ốc vít, chốt định vị, đường dẫn chất lỏng và kết nối điện. Đường kính lỗ, độ tròn, độ vuông góc và vị trí phải được kiểm soát khi sự liên kết của cụm lắp ráp hoặc tiếp xúc điện phụ thuộc vào chúng.

Quá trình mài loại bỏ một lượng nhỏ vật liệu để cải thiện độ chính xác về kích thước và độ bóng bề mặt. Nó rất hữu ích cho các thành phần và tính năng bằng thép cứng yêu cầu độ phẳng được kiểm soát hoặc hình dạng hình trụ. Việc mài nhẵn, đánh bóng, anod hóa, mạ và các hoạt động hoàn thiện khác có thể diễn ra sau quá trình gia công, tùy thuộc vào các yêu cầu về bảo vệ chống ăn mòn, độ mài mòn, độ dẫn điện và hình thức bên ngoài.

Rèn, đùn và dập khuôn lũy tiến

Các quá trình biến dạng dẻo tạo thành vật liệu mà không dựa chủ yếu vào việc loại bỏ phoi. Việc rèn có thể tinh chỉnh sự phân bố vật liệu và tạo ra dòng hạt thuận lợi, trong khi quá trình ép đùn tạo ra các mặt cắt dài với mặt cắt ngang nhất quán. Dập khuôn lũy tiến phù hợp với việc sản xuất khối lượng lớn các thiết bị đầu cuối kim loại tấm, giá đỡ, tấm chắn, lò xo và các bộ phận mang tiếp điểm điện.

Đối với các bộ phận điện, thiết kế dập phải tính đến độ dày tấm, bán kính uốn cong, độ đàn hồi, hướng gờ, khe hở khuôn và hướng hạt. Những yếu tố này ảnh hưởng đến tính nhất quán về kích thước, đặc tính mỏi và độ lắp ráp.

Sự lựa chọn giữa gia công và dập phải dựa trên hình dạng bộ phận, việc sử dụng vật liệu, đầu tư dụng cụ, dung sai có thể đạt được và nhu cầu dự kiến ​​​​hàng năm.

Khi các bộ phận tiện phay gia công CNC phù hợp

Gia công CNC thường phù hợp với khối lượng sản xuất từ ​​thấp đến trung bình, nguyên mẫu, các tính năng ba chiều phức tạp, lỗ ren và các bộ phận yêu cầu nhiều mốc gia công. Nó cũng hỗ trợ các kết hợp vật liệu như hợp kim nhôm, hợp kim đồng, đồng thau và thép có thể gia công.

Ví dụ, vỏ nhôm có thể yêu cầu các mặt lắp được phay, lỗ khoan, ren ren và giao diện được điều khiển để lắp ráp. Gia công cho phép các tính năng này được tạo ra từ một thiết lập phôi hoặc một chuỗi thiết lập theo kế hoạch, tùy thuộc vào yêu cầu về khả năng tiếp cận và độ chính xác.

Khi các bộ phận dập CNC mang lại lộ trình sản xuất tốt hơn

Việc dập trở nên hấp dẫn khi thiết kế chủ yếu bao gồm các tấm mỏng, các biên dạng lặp đi lặp lại, các đường uốn cong và các lỗ đục lỗ. Sau khi khuôn lũy tiến đủ tiêu chuẩn, cấp liệu tự động và tạo hình tuần tự có thể hỗ trợ sản lượng cao với hình dạng bộ phận nhất quán.

Đối với các thiết bị đầu cuối điện bằng hợp kim đồng, việc xem xét thiết kế nên xem xét độ dẫn điện, nhiệt độ, bán kính uốn cong, độ đàn hồi, vị trí gờ và khả năng tương thích của lớp mạ. Chỉ riêng dung sai kích thước danh nghĩa không đủ để thiết lập sự phù hợp về mặt chức năng; các tính năng quan trọng cũng phải được đánh giá trong điều kiện lắp ráp.

Việc lựa chọn vật liệu ảnh hưởng đến khả năng gia công, độ mài mòn của dụng cụ cắt, độ giãn nở nhiệt, độ bền, khả năng chống ăn mòn và khả năng tương thích hoàn thiện. Bản vẽ phải xác định loại vật liệu và điều kiện áp dụng thay vì dựa vào tên vật liệu chung chung.

Dung sai kích thước và GD&T

Bản vẽ các bộ phận kim loại được gia công CNC phải phân biệt giữa kích thước chung và các tính năng chức năng quan trọng. Dung sai ±0,01 mm có thể phù hợp với một tính năng gia công cụ thể, nhưng không phải mọi kích thước đều yêu cầu độ chính xác như nhau.

Kích thước và dung sai hình học (GD&T) xác định mối quan hệ giữa các mốc, vị trí, hướng, biên dạng và hình thức. Đối với các bộ phận ghép nối, sơ đồ tham chiếu chuẩn giúp thiết lập cách các bộ phận sẽ được định vị trong quá trình kiểm tra và lắp ráp.

Các phương pháp kiểm tra có thể bao gồm micromet đã hiệu chuẩn, thước đo lỗ khoan, thước đo chiều cao, máy đo tọa độ (CMM) và hệ thống đo quang học. Phương pháp kiểm tra phải có độ phân giải phù hợp và độ không đảm bảo đối với dung sai quy định.

Hoàn thiện bề mặt, kiểm soát gờ và bảo vệ chống ăn mòn

Độ nhám bề mặt ảnh hưởng đến độ kín, ma sát trượt, độ bám dính của lớp phủ và hành vi giao diện điện. Ra 1,6 μm là mục tiêu vẽ phổ biến cho một số bề mặt gia công, nhưng giá trị được yêu cầu phụ thuộc vào chức năng và phải được chỉ định thay vì giả định.

Các gờ có thể cản trở quá trình lắp ráp, làm hỏng lớp cách điện, tạo ra các mảnh vụn dẫn điện hoặc gây ra sự tập trung ứng suất. Các cạnh tới hạn phải có các yêu cầu mài mòn xác định, bao gồm cả điểm gãy cạnh hoặc chiều cao gờ tối đa khi cần thiết.

Để bảo vệ chống ăn mòn, các tùy chọn hoàn thiện bao gồm anodizing nhôm, mạ các kim loại đã chọn và áp dụng các lớp phủ chuyển đổi tương thích.Độ dày lớp phủ, vùng che phủ, sự tích tụ kích thước và các yêu cầu liên kết điện phải được xem xét trước khi đưa vào sản xuất. ASTM B117 có thể được sử dụng để thử nghiệm tiếp xúc với phun muối khi được chỉ định, nhưng nó không thiết lập độc lập tuổi thọ sử dụng của bộ phận.

Một số hình học hoặc vật liệu thành phần yêu cầu các quy trình ngoài tiện, phay và khoan thông thường. Gia công phóng điện (EDM) có thể tạo ra các tính năng phức tạp trong vật liệu dẫn điện, bao gồm cả thép công cụ cứng. Xử lý bằng laser hỗ trợ cắt hoặc đánh dấu chính xác, trong khi gia công siêu âm được sử dụng cho các vật liệu cứng, giòn được chọn.

Việc lựa chọn quy trình nên xem xét khả năng tương thích của vật liệu, vùng chịu ảnh hưởng nhiệt, chất lượng cạnh, ứng suất dư và các hoạt động hoàn thiện cần thiết.

Xử lý EDM và Laser cho các tính năng phức tạp

EDM loại bỏ vật liệu dẫn điện thông qua việc phóng điện có kiểm soát. Nó rất hữu ích cho các khoang phức tạp và các tính năng trong vật liệu cứng khó gia công thông thường. Tuy nhiên, EDM có thể để lại lớp đúc lại hoặc tình trạng bề mặt bị thay đổi, do đó việc hoàn thiện thứ cấp có thể cần thiết đối với các bề mặt có độ chính xác cao hoặc nhạy cảm với mỏi.

Cắt laser có hiệu quả đối với các cấu hình kim loại tấm và các tính năng cắt mỏng được chọn. Độ rộng kerf, độ biến dạng nhiệt, cặn và vùng bị ảnh hưởng nhiệt phải được đánh giá khi bộ phận có mạng lưới hẹp hoặc yêu cầu vị trí chặt chẽ.

Sản xuất đa quy trình và kiểm soát quy trình kỹ thuật số

Một bộ phận có thể kết hợp phay CNC, tiện, khoan, dập, hàn và xử lý bề mặt. Ví dụ, một cụm điện chính xác có thể sử dụng vỏ được gia công, thiết bị đầu cuối dẫn điện được đóng dấu và thao tác nối để tạo ra bộ phận cuối cùng.

Sản xuất có sự hỗ trợ của máy tính (CAM), giám sát tuổi thọ dụng cụ, thăm dò trong quá trình và kiểm tra tự động có thể làm giảm sự khác biệt trong thiết lập và cải thiện khả năng truy xuất nguồn gốc sản xuất. Tuy nhiên, tự động hóa không thay thế việc đánh giá chất lượng quá trình, kiểm soát hệ thống đo lường hoặc các tiêu chí chấp nhận được ghi lại.

Đối với chuỗi cung ứng liên quan đến ô tô, việc lập kế hoạch chất lượng có thể tuân theo các yêu cầu IATF 16949 nếu áp dụng theo hợp đồng. Giấy chứng nhận vật liệu, nhận dạng lô, hồ sơ kiểm tra và kiểm soát thay đổi phải được thống nhất trước khi sản xuất hàng loạt. Các yêu cầu RoHS và REACH phải được đánh giá dựa trên sản phẩm, thị trường hiện hành và phạm vi quy định hiện hành.

Đánh giá nhà cung cấp nên bắt đầu bằng bản vẽ kỹ thuật, nhu cầu hàng năm, thông số vật liệu, kích thước quan trọng đối với chất lượng và xử lý bề mặt cần thiết. Báo giá chỉ dựa trên hình dạng bên ngoài có thể bỏ qua các tính năng bên trong, yêu cầu kiểm tra, dụng cụ, hoàn thiện và đóng gói.

Trước khi phê duyệt nhà cung cấp hoặc nhà máy sản xuất bộ phận kim loại CNC, hãy xác nhận những điều sau:

• Đánh giá bản vẽ:Xác định các kích thước quan trọng, tham chiếu chuẩn, GD&T, ren và các yêu cầu về độ hoàn thiện bề mặt.
• Truy xuất nguồn gốc vật liệu:Xác nhận cấp độ, nhiệt độ hoặc tình trạng và tài liệu cần thiết cho từng lô sản xuất.
• Khả năng xử lý:Yêu cầu bằng chứng cho thấy các tính năng quan trọng có thể được duy trì nhất quán trong các điều kiện sản xuất dự kiến.
• Kế hoạch kiểm tra:Xác định tần suất lấy mẫu, thiết bị đo lường, giới hạn chấp nhận và xử lý sự không phù hợp.
• Kinh tế sản xuất:So sánh thời gian chu kỳ, việc sử dụng vật liệu, khấu hao dụng cụ, chi phí hoàn thiện và khối lượng dự kiến ​​​​hàng năm.
• Thay đổi điều khiển:Thiết lập các thủ tục phê duyệt để thay thế vật liệu, thay đổi công cụ và sửa đổi quy trình.

Một nhà sản xuất gia công CNC của Trung Quốc có thể đưa ra tính kinh tế sản xuất cạnh tranh, nhưng quyết định mua hàng phải dựa trên năng lực đã được xác minh, tổng chi phí lắp đặt và tiêu chí chấp nhận nhất quán thay vì chỉ dựa trên đơn giá.

Q1. Các bộ phận kim loại được gia công CNC có thể đạt được dung sai nào?

Dung sai có thể đạt được phụ thuộc vào vật liệu, hình học, tình trạng máy, độ bám dính, độ ổn định nhiệt và phương pháp đo. Một số tính năng có thể được chỉ định ở mức ±0,01 mm hoặc chặt hơn, nhưng nhà cung cấp phải xác nhận tính khả thi so với bản vẽ thực tế và các yêu cầu kiểm tra trước khi báo giá.

Q2. Các bộ phận kim loại được gia công CNC có rẻ hơn các bộ phận dập CNC không?

Gia công CNC thường phù hợp với các nguyên mẫu và đơn đặt hàng có khối lượng thấp hơn vì chi phí dụng cụ chuyên dụng còn hạn chế. Việc dập khuôn lũy tiến thường trở nên kinh tế hơn với số lượng lớn hơn khi chi phí dụng cụ được trải đều trên nhiều bộ phận. Điểm hòa vốn phụ thuộc vào hình dạng, việc sử dụng vật liệu, thời gian chu kỳ và nhu cầu hàng năm.

Q3. Cần có thông tin gì để yêu cầu báo giá các bộ phận kim loại CNC từ nhà máy Trung Quốc?

Cung cấp bản vẽ kỹ thuật 2D, mô hình CAD 3D nếu có, loại vật liệu, yêu cầu xử lý bề mặt, dung sai tới hạn, nhu cầu hàng năm và các yêu cầu kiểm tra hoặc tuân thủ. Những đầu vào này cho phép nhà sản xuất đánh giá tính khả thi của quy trình, nhu cầu về dụng cụ, chi phí đơn vị và thời gian thực hiện.

Gửi bản vẽ và số lượng mục tiêu của bạn để xem xét kỹ thuậtBộ phận tiện phay gia công CNC, Tùy chọn dập CNC, lựa chọn vật liệu và yêu cầu hoàn thiện. Xác nhận tính khả thi của quy trình, kiểm soát kích thước tới hạn và năng lực sản xuất với nhóm sản xuất trước khi đưa ra đơn đặt hàng tiếp theo của bạn.