Parti tornite CNC: come la selezione dei materiali influisce su costi, precisione ed efficienza produttiva

Per i componenti torniti CNC , è importante notare che la scelta del materiale ha un impatto silenzioso sui costi dei componenti torniti CNC, sui limiti di precisione e sull'efficienza produttiva sulla linea di produzione. Una piccola modifica nella scelta del materiale può comportare una durata imprevedibile degli utensili del tornio CNC, una crescita esponenziale degli scarti o tempi di consegna imprevedibili.

Quando cerchi un fornitore affidabile di componenti torniti CNC, è in grado di lavorare il tuo pezzo o di fornirti un consulente esperto in grado di ottimizzare la catena di fornitura? Anni di esperienza come fornitore di servizi nel settore della tornitura CNC mi hanno insegnato che la scelta dei materiali è la base diretta per costi, precisione ed efficienza nella produzione dei pezzi.

Questo manuale unisce le conoscenze pratiche di JS Precision alle più recenti conoscenze del settore, nel tentativo di informarvi sul modo in cui le caratteristiche dei vari materiali influenzeranno l'intero processo produttivo, in modo da evitare qualsiasi rischio al momento della scelta dei materiali.

Tabella delle risposte principali

Punti chiave

Il materiale è il primo fattore determinante per la determinazione dei costi: il costo del materiale, la facilità con cui può essere lavorato e gli utensili necessari determinano il costo di un pezzo tornito tramite CNC.

La lavorabilità è un fattore che determina precisione e velocità, poiché la durezza, la tenacità e le caratteristiche di temperatura di un materiale influiscono direttamente sulla stabilità dimensionale, sulla qualità della superficie e sui tempi di produzione.

Una collaborazione tempestiva è essenziale per ridurre i costi: collaborare con un produttore di componenti torniti CNC fin dalle prime fasi del processo di progettazione, come JS Precision, consente di massimizzare la conoscenza del processo.

Lavorabilità dei materiali nella produzione a basso volume: quando si tratta di produzione a basso volume, la lavorabilità dei materiali gioca un ruolo ancora più importante nei componenti torniti CNC. Nei componenti torniti CNC a basso volume, la lavorabilità dei materiali deve essere massimizzata.

I fornitori affidabili offrono soluzioni sistematiche: un fornitore di componenti torniti CNC di alto livello dovrebbe avere una conoscenza approfondita della scienza dei materiali, dell'ingegneria dei processi e delle basi della gestione della catena di fornitura per poter offrire le migliori opzioni.

Esperienza di precisione JS: la selezione dei materiali per i pezzi torniti CNC influisce sui costi e sulla precisione

Grazie a 15 anni di esperienza nel settore della tornitura CNC, la nostra azienda è riuscita a soddisfare le richieste di oltre 5.000 clienti internazionali e a portare a termine più di 8.000 progetti.

Conosciamo bene le proprietà di oltre 300 gradi di materiali per tornitura , come la lega di alluminio 6061, comunemente nota come lega di alluminio 6061 di grado industriale, le cui proprietà meccaniche di lavorazione e le condizioni di trattamento termico sono specificate con precisione nella norma ASTM B221/B221M-24 . Tutto ciò ci aiuta a identificare il grado di materiale più adatto in base all'idoneità delle condizioni applicative.

Ad esempio, abbiamo ottimizzato la velocità di lavorazione, la velocità del mandrino e il sistema di raffreddamento per la lavorazione di connettori in lega di titanio. Questo progetto riguardava uno dei nostri clienti che si occupava di apparecchiature medicali.

I nostri ingegneri sono riusciti a ridurre del 18% i tempi di lavorazione per pezzo e a raddoppiare la durata degli utensili. Infine, mantenendo la stessa precisione di ±0,01 mm, i tempi di lavorazione hanno consentito di ridurre del 15% i costi totali di lavorazione.

Questo articolo contiene un riassunto delle nostre esperienze personali, tratte da innumerevoli situazioni simili verificatesi in passato. Tutti questi punti sono stati testati in produzione , pertanto potete fidarvi di queste informazioni. Ci auguriamo che, grazie a queste esperienze passate, possiamo fornirvi alcuni consigli utili per evitare problemi nella scelta dei materiali per i componenti torniti CNC.

Interessati a ricevere informazioni sul caso di studio sui materiali per tornitura CNC di JS Precision, selezionati in modo ottimale in base agli standard ISO? Contattateci e forniteci i criteri di utilizzo e le prestazioni del vostro prodotto: riceverete una consulenza personalizzata e gratuita per evitare errori nella scelta dei materiali.

In che modo la durezza del materiale determina la precisione dei componenti torniti CNC?

Dopo aver compreso la nostra esperienza pratica, discuteremo l'aspetto molto importante della durezza dei materiali, poiché questo è un fattore determinante nel livello di difficoltà del processo di tornitura CNC e, a sua volta, influenzerà il livello di precisione delle parti tornite CNC.

I materiali ad alta durezza sono resistenti all'usura, ma richiedono una pressione elevata per la lavorazione, mentre i materiali morbidi sono facili da tagliare, ma possono compromettere la resistenza e la stabilità dimensionale. Raggiungere l'equilibrio è un compito arduo.

Influenza della durezza sull'usura degli utensili e sulle variazioni dimensionali

Durante la lavorazione di un pezzo con un valore di durezza pari o superiore a HRC30 , l'usura dell'utensile si verifica sulla superficie laterale della fresa, con il risultato che il contatto tra l'utensile e il pezzo cambia e ciò porta a una variazione nelle dimensioni delle parti tornite CNC.

Come il calore di taglio riduce la precisione nei materiali morbidi

La bassa resistenza al taglio e il facile accumulo di calore sono proprietà dei materiali teneri come le leghe di alluminio. Fluidi o condizioni di taglio inadeguati possono causare un'espansione localizzata dovuta al riscaldamento, che successivamente si contrae a causa del raffreddamento. Ciò può portare a una perdita di controllo delle dimensioni e al mancato rispetto degli standard di precisione.

Stabilità dei materiali: precisione e stress a lungo termine

La barra trafilata a freddo presenterà sollecitazioni di lavorazione residue, mentre il pezzo grezzo forgiato presenterà sollecitazioni distribuite uniformemente.

Durante il processo di tornitura CNC, il rilascio di stress può causare piccole deformazioni nei pezzi e la norma ISO 286-2:2010 richiede esplicitamente che le fluttuazioni dimensionali a lungo termine dei pezzi di precisione siano controllate entro il 30% dell'intervallo di tolleranza, il che impone requisiti rigorosi sulla stabilità del materiale dei pezzi torniti di precisione CNC.

In che modo i principali produttori di componenti torniti CNC ottimizzano la resa dei materiali?

L'utilizzo dei materiali ha un impatto diretto sui costi di produzione. I migliori produttori di componenti torniti CNC utilizzano l'ottimizzazione multidimensionale per ottimizzare l'utilizzo dei materiali. JS Precision vanta una vasta esperienza in questo settore.

Nesting intelligente e ottimizzazione degli spazi vuoti: riduzione degli sprechi fin dall'inizio

Basta inserire esattamente le specifiche delle barre richieste per i pezzi, disporre più pezzi utilizzando un software di nesting e concentrarsi sul pezzo grezzo più piccolo possibile. Il consumo di materiale potrebbe essere ridotto del 30%.

Ottimizzazione del percorso di processo: raggiungimento degli obiettivi con tagli ridotti

È necessario allocare razionalmente i processi di tornitura di sgrossatura e finitura, utilizzare grezzi con forma quasi netta e ridurre al minimo il volume di materiale durante la tornitura. Ciò consentirà di utilizzare il materiale oltre il 25%.

Gestione dei rifiuti a valore aggiunto: riciclaggio ed economia circolare dei chip

È necessario istituire un sistema di riciclo categorizzato per la vendita di trucioli di materiali diversi. Ciò si traduce direttamente in una riduzione dei costi per i clienti dei prodotti realizzati, in una situazione vantaggiosa per tutti: produzione ecologica e risparmio sui costi.

Vuoi sfruttare al meglio l'utilizzo dei materiali? Carica i disegni dei tuoi componenti su JS Precision e i nostri ingegneri di processo combineranno nesting intelligente e ottimizzazione dei processi per sviluppare un piano personalizzato per il risparmio di materiali, rendendo la produzione di componenti torniti CNC più conveniente.

Quali materiali sono ideali per la produzione di pezzi torniti di precisione CNC?

Affinché i pezzi torniti di precisione CNC possano davvero essere considerati prodotti di alta qualità, è necessario utilizzare un materiale idoneo. Questi materiali sono già ottimizzati per processi di tornitura ad altissima precisione.

Storia di base - Leghe da taglio libero: la "formula" nata

L'acciaio e l'ottone da taglio automatico contengono additivi come piombo e zolfo che riducono la resistenza dell'utensile, facilitano la rottura dei trucioli e migliorano la finitura superficiale, rendendoli una scelta di materiali economica per pezzi torniti di precisione CNC.

Il re della stabilità: acciaio inossidabile temprato per precipitazione e lega di alluminio a bassa sollecitazione

Il processo 17-4PH offre resistenza alle alte temperature, buona robustezza e resistenza alla corrosione. Il processo 6061-T651 nella lega di alluminio elimina qualsiasi stress interno, rendendolo ideale per lavorazioni precise con deformazioni minime.

Opzioni di fascia alta: acciaio per utensili a bassa deformazione e lega Invar

È noto che l'acciaio per utensili pretemprato a bassa deformazione garantisce un buon grado di stabilità dimensionale ; inoltre, è noto che la lega Invar possiede un coefficiente di dilatazione termica di valore basso.

Indeciso su quale materiale scegliere per realizzare i tuoi pezzi torniti di precisione CNC? JS Precision ti consiglierà la soluzione più adatta e ti fornirà anche un servizio di taglio di prova in piccoli lotti per verificare l'efficienza di lavorazione del materiale.

Figura 1 La tornitura a controllo numerico può lavorare vari materiali, tra cui metalli (come alluminio, acciaio, ottone e titanio), materie plastiche e materiali compositi.

In che modo la scelta del materiale può accelerare o ritardare la consegna di pezzi torniti personalizzati?

I tempi di consegna dei pezzi torniti personalizzati dipendono direttamente dal materiale utilizzato per il prodotto. Anche l'accessibilità del materiale, la pre-lavorazione richiesta e la difficoltà del processo di lavorazione contribuiscono a determinare i tempi di consegna.

Cronologia della catena di fornitura: materiali standard in magazzino vs. materiali su ordinazione speciale

Materiali comuni come leghe di alluminio 6061 e acciaio inossidabile 303 sono comunemente reperibili in magazzino e il tempo di approvvigionamento è di 1-3 giorni, mentre materiali speciali come leghe di titanio e leghe ad alta temperatura necessitano di un approvvigionamento speciale, che richiede dalle 4 alle 8 settimane.

Tempo di attesa pre-lavorazione: 'Riposo' indispensabile e trattamento termico

Alcuni materiali necessitano di un periodo di riposo per alleviare le tensioni, che può durare dalle 24 alle 48 ore, mentre per gli acciai ad alta resistenza è richiesto un trattamento termico di rinvenimento. Inoltre, potrebbe essere necessario un trattamento termico secondario se sono previste lavorazioni di sgrossatura, aggiungendo dai 3 ai 10 giorni al tempo totale.

Variazione dell'efficienza di lavorazione e post-elaborazione: dal tornio al trattamento superficiale

I materiali lavorabili hanno una velocità di taglio compresa tra 100 e 150 m/min, mentre per il gruppo delle leghe di titanio è di soli 10-20 m/min, e qualsiasi trattamento superficiale speciale richiede circa 5-7 giorni, ritardando così l'intero programma di consegna.

In che modo le proprietà dei materiali determinano il ciclo di vita e il costo degli utensili del tornio CNC?

La durata degli utensili del tornio CNC e il loro costo dipendono direttamente dal tipo di materiale, poiché materiali diversi causano diversi tipi di usura dell'utensile.

1. Abrasione: "rettifica" in base alla durezza del materiale

Le leghe di alluminio ad alto contenuto di silicio e i materiali metallurgici in polvere contengono particelle dure che rendono rapidamente opaco il rivestimento e il substrato dell'utensile, garantendo così una durata pari a 1/5 di quella degli utensili rivestiti normalmente.

2. Usura termochimica: “fusione” e diffusione ad alte temperature

Nella tornitura di acciaio inossidabile e leghe a base di nichel, le temperature nella zona di taglio possono raggiungere gli 800-1000 °C. I legami tra i rivestimenti del pezzo in lavorazione e quelli dell'utensile, con la diffusione degli elementi, contribuiscono all'usura per craterizzazione.

3. Il costo dell'insufficienza di tenacità: microscheggiature durante la lavorazione di materiali fragili

Nel caso della tornitura di pezzi in ghisa e metallo duro, il tagliente tende a subire l'impatto delle forze, causando microscheggiature.

Vuoi ridurre i costi derivanti dall'utilizzo di utensili per torni CNC? Contatta JS Precision. Saremo in grado di fornirti consigli sulla tipologia di utensili da utilizzare in base al tipo di materiale da lavorare.

Figura 2 La qualità e la preparazione del materiale del pezzo influiranno sulla durata dell'utensile.

Come sfruttare i servizi di tornitura CNC per la massima efficienza dei materiali?

Per ottenere la massima efficienza nell'uso dei materiali, è essenziale affidarsi a professionisti per i servizi di tornitura CNC. JS Precision offre un piano olistico per l'efficienza dei materiali, dalle fasi di progettazione alla produzione in serie.

Progettazione per la producibilità – Progettazione per l'alleggerimento e forme quasi nette

Offrendo suggerimenti sulla progettazione per la producibilità (DFM) e adottando progetti come strutture cave e grezzi di forma quasi netta, il consumo di materiali potrebbe essere ridotto di oltre il 22%, abbassando così i costi unitari.

Strategia per l'aggregazione degli ordini e la condivisione degli spazi vuoti

Quando si tratta di pezzi torniti CNC in piccoli volumi, il raggruppamento di vari ordini e l'utilizzo di pezzi grezzi comuni con le stesse specifiche riducono gli scarti di materiale dal 15% a meno del 5%.

Implementazione di processi avanzati: riduzione degli sprechi – i vantaggi della formatura a freddo e della tornitura-fresatura

Grazie all'impiego della stampaggio a freddo e della zigrinatura per creare alcune caratteristiche e della tornitura-fresatura per ridurre al minimo i tempi di serraggio, la quantità di metallo rimosso è stata notevolmente ridotta e l'efficienza è stata migliorata.

Lavorabilità: la chiave del successo per i pezzi torniti CNC a basso volume

Nel caso di parti tornite CNC di piccole dimensioni , la lavorabilità del materiale è di importanza molto maggiore rispetto alla funzionalità delle prestazioni ottimali, in quanto influisce su costi, consegna e rischi.

Composizione del costo unitario: il motivo della maggiore sensibilità alla lavorabilità durante l'utilizzo di piccoli volumi

Per gli ordini di piccoli lotti, il costo dei costi fissi è del 60%-70%. I materiali che possono essere facilmente lavorati hanno tempi di lavorazione brevi e i costi di modifica e debug possono addirittura far sì che le differenze di costo per unità siano quasi doppie.

La velocità è tutto: la necessità di iterazione rapida e convalida del mercato

L'utilizzo di materiali semplici da lavorare, come l'acciaio 12L14 e la lega di alluminio 6061, durante la fase di ricerca e sviluppo ha consentito la rapida consegna dei prototipi in 3-5 giorni. Ciò ha accelerato il processo di validazione dello sviluppo del prodotto, che sarebbe stato ritardato di 2-3 settimane con materiali difficili da lavorare .

Riduzione delle barriere all'ingresso: stabilizzazione del processo

I materiali facili da lavorare hanno un tasso di qualificazione della valutazione superiore al 99%, il che attenua difficoltà quali l'instabilità dimensionale e i difetti sulla superficie dei materiali difficili da lavorare.

Figura 3 La lavorazione CNC in piccoli lotti si riferisce all'uso di apparecchiature CNC per produrre parti in piccole quantità, in genere comprese tra decine e migliaia di pezzi.

Riduzione dei costi del 28%: sostituzione dei materiali e ottimizzazione del processo per rimodellare la tornitura CNC di 10.000 alloggiamenti per sensori

Contesto e sfide

L'azienda coinvolta era un'azienda di sensori industriali che necessitava di 10.000 involucri per sensori. Inizialmente, il materiale utilizzato era l'acciaio inossidabile 304, al prezzo unitario di 8,5 dollari. Il problema principale che si è presentato è stato l'incrudimento, che ha causato una rapida usura degli utensili, causando problemi di efficienza e di budget.

Soluzione di precisione JS

Gli ingegneri di JS Precision hanno inizialmente eseguito un'analisi di ingegneria del valore per il materiale . Abbiamo tuttavia stabilito che l'ambiente operativo del cliente non prevedeva un'esposizione chimica estrema e che pertanto l'elevata resistenza alla corrosione dell'acciaio inossidabile 304 non era richiesta.

Di conseguenza, abbiamo proposto una modifica del materiale in acciaio inossidabile 416 con piombo per lavorazioni meccaniche libere. Questo materiale mantiene un buon livello di resistenza alla corrosione , ma le sue proprietà di lavorazione sono notevolmente migliorate per consentire velocità fino a 80 m/min.

Considerando la natura del materiale 416, è stato necessario ottimizzare le condizioni di taglio, variando l'avanzamento da 0,1 mm/giro a 0,2 mm/giro, adottando frese con rivestimento TiN più economiche. La durata dell'utensile, precedentemente di 200 pezzi/utensile, è stata ora aumentata a 800 pezzi/utensile.

Inoltre, in base alle dimensioni finali del pezzo, abbiamo calcolato con precisione il diametro della barra di acquisto da Φ32 mm a Φ30,5 mm, in modo da ridurre i trucioli prodotti per pezzo e aumentare l'utilizzo del materiale del 12%.

Risultati finali raggiunti

Il costo unitario è sceso a 6,12 $, in calo del 28%, con un risparmio di 23.800 $, la capacità di elaborazione è aumentata del 35%, i tempi di consegna sono stati ridotti da 25 a 18 giorni, generando un livello molto elevato di soddisfazione del cliente.

Interessato a ottenere risparmi sui costi simili? Condividi le tue esigenze e i tuoi punti deboli con JS Precision e progetteremo una strategia di risparmio sui costi personalizzata basata sulla sostituzione dei componenti o su altre tecniche, in modo che i servizi di tornitura CNC possano aggiungere più valore per te.

Figura 4 Parti di sensori personalizzati di alta qualità

In qualità di fornitore affidabile di componenti torniti CNC, in che modo JS Precision può guidarti nella scelta migliore?

Noi di JS Precision, uno dei principali fornitori di componenti torniti CNC , possiamo assistervi durante l'intero processo di scelta del materiale giusto.

• Una comunicazione dettagliata perfeziona i requisiti vaghi trasformandoli in termini specifici, come "resistenza alla corrosione" in relazione ai gradi appropriati di materiale.
• Fornire soluzioni alternative convenienti, come la sostituzione dell'acciaio inossidabile 303 con l'acciaio inossidabile 416 e dell'alluminio 7075 con l'alluminio 2024, senza sacrificare le prestazioni essenziali.
• Fornire una produzione di prova su piccola scala di parti tornite personalizzate per verificare la compatibilità tra materiali e processi, garantendo la fattibilità della produzione di massa.

Domande frequenti

D1: Quali sono le differenze tra la lavorazione delle leghe di alluminio e la lavorazione dell'acciaio inossidabile?

La principale distinzione è la rimozione del calore e l'incrudimento. L'alluminio è un buon conduttore di calore, quindi l'attenzione durante il processo di lavorazione è rivolta alla rimozione del truciolo e alla prevenzione del tagliente di riporto. Essendo poco conduttivo, il processo di raffreddamento deve essere efficiente e anche l'incrudimento deve essere evitato.

D2: Perché la superficie dell'acciaio lavorabile (come il 12L14) è più liscia?

I componenti additivi dell'acciaio da taglio automatico, come piombo e zolfo, creano uno strato lubrificante sui trucioli durante il processo di lavorazione, rendendo così la superficie del prodotto più liscia poiché ci sarebbe meno attrito tra l'utensile da taglio e i trucioli.

D3: Come mai i costi di produzione per piccoli lotti di componenti in lega di titanio sono così irragionevolmente elevati?

Il costo della lega di titanio in sé è elevato e la velocità di taglio deve essere molto bassa per evitare la combustione durante l'operazione. Le attrezzature necessarie per il taglio della lega di titanio devono essere molto costose e richiedere sistemi di raffreddamento ad alta pressione. Quantità di produzione più piccole non possono sostenere i costi associati alla messa a punto dei processi e delle attrezzature.

D4: Fornite certificati sui materiali?

Certamente. Rilasciamo certificati di materiale originale (MTC) per tutti i progetti critici, che ci forniscono informazioni sulla composizione chimica, la resistenza meccanica e altri valori del materiale, consentendo così la tracciabilità dell'origine e delle prestazioni del materiale. È un requisito fondamentale del nostro sistema di gestione della qualità.

D5: Qual è in genere il livello di precisione che si può ottenere nelle torniture?

Per pezzi torniti di precisione CNC di medie dimensioni, in produzione di massa, è possibile mantenere una tolleranza di diametro stabile entro ±0,005 mm e una rotondità di 0,003 mm. Le precisioni sopra indicate possono variare leggermente a seconda delle proprietà del materiale e delle tecniche di lavorazione.

D6: La tolleranza del diametro della barra inciderà sul costo dei miei pezzi?

Sì, certo. Possiamo acquistare barre di alta precisione con tolleranze ristrette (come h11). Questo sarà costoso, ma ridurrà il sovrametallo di lavorazione, risparmiando così tempo e costi associati agli utensili. Determineremo il valore ottimale della tolleranza della barra.

D7: La vostra azienda offre test di sostituzione dei materiali?

Sì. Nel caso di partner commerciali a lungo termine che necessitano di risparmi sui costi o di ottimizzazione, potremmo organizzare una produzione di prova su piccola scala per confrontare la fattibilità dell'alternativa in termini di precisione dimensionale, qualità della superficie, caratteristiche prestazionali o altri requisiti simili.

D8: Quali sono i principali vantaggi della collaborazione con JS Precision rispetto ad altri fornitori di servizi di tornitura nella vostra regione?

Offriamo un'ingegneria dei materiali altamente integrata, un'ottimizzazione complessiva dei costi dal punto di vista del DFM alla produzione di massa e un'esperienza collaborativa basata su una piattaforma digitale, che ci consente di offrirti la soluzione di tornitura CNC più conveniente, precisa e veloce.

Riepilogo

La selezione dei materiali è descritta come il volante invisibile della produzione di componenti torniti CNC. L'utilizzo del materiale appropriato si traduce in costi gestibili, dimensioni precise e consegne corrette ed efficienti, ma l'utilizzo di materiali sbagliati può causare numerosi problemi.

Dalla scelta dei materiali base più facili da lavorare nel contesto di parti tornite CNC a basso volume alla selezione della lega "campione" in base al parametro "più performante" nel contesto di componenti critici ad alto volume, ogni decisione si traduce nella creazione di "margini di vantaggio competitivo".

Non considerare le scelte materiali come eventi isolati.

Contattate oggi stesso lo staff tecnico di JS Precision e inviateci i disegni dei vostri componenti e le relative esigenze prestazionali. Vi forniremo un preventivo gratuito sui nostri servizi di tornitura CNC, oltre a un "Rapporto di raccomandazioni per la selezione dei materiali e l'ottimizzazione del processo" gratuito. Possiamo lavorare insieme per utilizzare al meglio ogni materiale e far sì che ogni pezzo conti il ​​massimo.