Детали, изготовленные на станках с ЧПУ: как выбор материала влияет на стоимость, точность и эффективность производства.

При обработке деталей на станках с ЧПУ следует отметить, что выбор материала оказывает косвенное влияние на стоимость, точность и эффективность производства. Небольшое изменение в выборе материала может привести к непредсказуемому сроку службы токарных инструментов, экспоненциальному росту брака или непредсказуемым срокам поставки.

Когда вы ищете надежного поставщика деталей, изготовленных на станках с ЧПУ, есть ли у него возможность обработать вашу деталь или предоставить вам консультанта, который сможет оптимизировать цепочку поставок? Многолетний опыт работы в сфере услуг по токарной обработке на станках с ЧПУ научил меня, что выбор материала напрямую влияет на стоимость, точность и эффективность производства деталей.

Данное руководство сочетает в себе практический опыт компании JS Precision с новейшими отраслевыми знаниями , стремясь проинформировать вас о том, как характеристики различных материалов влияют на весь производственный процесс, чтобы вы могли избежать любых рисков на этапе выбора материалов.

Таблица основных ответов

Основные выводы

Материал является основным фактором, определяющим стоимость: стоимость материала, легкость его обработки и необходимые инструменты влияют на цену деталей, изготовленных на станке с ЧПУ.

Обрабатываемость является фактором, определяющим точность и скорость, поскольку твердость, прочность и температурные характеристики материала напрямую влияют на стабильность размеров, качество поверхности и время производства.

Раннее сотрудничество имеет решающее значение для экономии затрат: взаимодействие с производителем деталей, изготовленных на станках с ЧПУ, на ранних этапах проектирования, например, с компанией JS Precision, позволяет максимально использовать их знания в области технологических процессов.

Обрабатываемость материала при мелкосерийном производстве: В мелкосерийном производстве обрабатываемость материалов играет еще более важную роль при обработке деталей на станках с ЧПУ. При мелкосерийном производстве деталей на станках с ЧПУ необходимо максимально повысить обрабатываемость материалов.

Надежные поставщики предлагают системные решения: ведущий поставщик деталей, изготовленных на станках с ЧПУ, должен обладать всесторонними знаниями в области материаловедения, технологического проектирования и основ управления цепочками поставок, чтобы предлагать оптимальные варианты.

Опыт компании JS Precision: выбор материала для деталей, изготовленных на станках с ЧПУ, влияет на стоимость и точность.

Обладая 15-летним опытом работы в сфере токарной обработки на станках с ЧПУ, наша компания смогла удовлетворить запросы более чем 5000 международных клиентов и завершить более 8000 проектов.

Мы хорошо осведомлены о свойствах более чем 300 марок материалов, используемых для токарной обработки , таких как алюминиевый сплав 6061, широко известный как промышленный алюминиевый сплав 6061, механические свойства и условия термообработки которого точно определены в стандарте ASTM B221/B221M-24 . Все это помогает нам определить подходящую марку материала в зависимости от условий применения.

Например, мы оптимизировали скорость обработки, скорость вращения шпинделя и систему охлаждения для обработки разъемов из титанового сплава. Это было сделано для одного из наших клиентов, занимающегося медицинским оборудованием.

Наши инженеры смогли сократить время обработки одной детали на 18% и увеличить срок службы инструментов более чем в 2 раза. Наконец, при той же точности ±0,01 мм, время обработки позволило снизить общую стоимость обработки на 15%.

В этой статье представлен обзор нашего собственного опыта решения многочисленных подобных ситуаций в прошлом. Все эти моменты были проверены в производственных условиях , поэтому вы можете доверять этой информации. Надеемся, что, опираясь на этот опыт, мы сможем дать вам полезные советы по предотвращению проблем при выборе материалов для деталей, изготовленных на станках с ЧПУ.

Хотите получить информацию о конкретных примерах оптимального выбора материалов для токарных деталей, изготовленных на станках с ЧПУ компанией JS Precision, в соответствии со стандартами ISO? Просто свяжитесь с нами, укажите область применения и характеристики вашей продукции, и вы получите бесплатную персональную консультацию, которая поможет избежать ошибок при выборе материалов.

Как твердость материала влияет на точность деталей, изготовленных на станке с ЧПУ?

После анализа нашего практического опыта мы обсудим очень важный аспект твердости материалов, поскольку это критический фактор, определяющий сложность процесса токарной обработки на станках с ЧПУ, что, в свою очередь, повлияет на точность изготавливаемых деталей.

Материал с высокой твердостью износостойкий, но требует высокого давления для обработки, а мягкий материал легко режется, но это может повлиять на прочность и стабильность размеров. Достичь баланса — непростая задача.

Влияние твердости на износ инструмента и вариации размеров.

При обработке заготовки с твердостью HRC30 или выше износ инструмента происходит на боковой поверхности режущей кромки, в результате чего изменяется контакт между инструментом и заготовкой, что приводит к изменению размеров деталей, изготовленных на станке с ЧПУ.

Как термическая обработка при резке снижает точность при работе с мягкими материалами

Низкое сопротивление резанию и легкое накопление тепла при резке — свойства мягких материалов, таких как алюминиевые сплавы. Недостаточное использование смазочно-охлаждающих жидкостей или неподходящие условия могут привести к локальному расширению из-за нагрева, которое впоследствии сжимается из-за охлаждения. Это может привести к потере контроля над размерами и несоответствию стандартам точности.

Стабильность материалов: долговременная точность и прочность под напряжением

В холоднотянутом прутке будут присутствовать остаточные напряжения, возникающие при механической обработке, тогда как в кованой заготовке напряжения будут равномерно распределены.

В процессе токарной обработки на станках с ЧПУ снятие напряжений может вызывать небольшие деформации деталей, а стандарт ISO 286-2:2010 прямо требует, чтобы долговременные колебания размеров прецизионных деталей контролировались в пределах 30% от допустимого диапазона, что накладывает строгие требования к стабильности материала прецизионных токарных деталей, изготовленных на станках с ЧПУ.

Как ведущие производители деталей, изготовленных на станках с ЧПУ, оптимизируют выход годной продукции?

Эффективность использования материалов напрямую влияет на производственные затраты. Лучшие производители деталей, изготовленных на станках с ЧПУ, используют многомерную оптимизацию для достижения оптимального использования материалов. Компания JS Precision обладает богатым опытом в этой области.

Интеллектуальная раскройка и оптимизация заготовок: сокращение отходов с самого начала.

Введите точно необходимые характеристики прутка для деталей, разметьте несколько деталей с помощью программного обеспечения для раскроя и сосредоточьтесь на максимально маленьких заготовках. Расход материала можно снизить на 30%.

Оптимизация технологического процесса: достижение целей при сокращении времени резки.

Необходимо рационально распределять процессы черновой и чистовой токарной обработки, использовать заготовки, близкие к окончательной форме, и минимизировать объем материала при токарной обработке. Это позволит увеличить коэффициент использования материала более чем на 25%.

Управление отходами с добавленной стоимостью: переработка и циклическая экономика чипсов.

Необходимо создать систему классификации отходов для продажи различных видов строительной стружки. Это напрямую приведет к снижению затрат для потребителей на производимую продукцию, создавая взаимовыгодную ситуацию как в плане экологичного производства, так и в плане экономии средств.

Хотите максимально эффективно использовать материалы? Загрузите чертежи деталей в JS Precision, и наши инженеры-технологи, используя интеллектуальное планирование размещения деталей и оптимизацию процесса, разработают для вас индивидуальный план экономии материалов, что сделает производство деталей на станках с ЧПУ более экономичным.

Какие материалы являются лучшими для производства прецизионных токарных деталей, изготовленных на станках с ЧПУ?

Чтобы детали, изготовленные на станках с ЧПУ с высокой точностью, действительно соответствовали стандартам премиум-класса, для их производства необходимо использовать подходящий материал. Такие материалы уже оптимизированы для процессов сверхточной токарной обработки.

История развития на низовом уровне - Free-Cutting Alloys: рождение "формулы".

Быстрорежущая сталь и латунь содержат добавки, такие как свинец и сера, которые снижают сопротивление инструмента, облегчают отслаивание стружки и улучшают качество поверхности, что делает их недорогим вариантом материала для прецизионной токарной обработки на станках с ЧПУ.

Король стабильности: нержавеющая сталь и алюминиевый сплав с низким уровнем напряжений, упрочненные методом осаждения.

Технология обработки сплава 17-4PH обеспечивает устойчивость к высоким температурам, хорошую прочность и коррозионную стойкость. Технология обработки алюминиевого сплава 6061-T651 снимает внутренние напряжения, что делает его идеальным для точной обработки с минимальной деформацией.

Варианты премиум-класса: инструментальная сталь с низкой деформацией и инваровая сплав.

Известно, что предварительно закаленная инструментальная сталь с низкой степенью деформации обеспечивает хорошую стабильность размеров , а также что сплав инвар обладает низким коэффициентом теплового расширения.

Затрудняетесь с выбором материала для изготовления прецизионных токарных деталей на станках с ЧПУ? Компания JS Precision порекомендует вам подходящее решение и даже предложит услугу пробной резки в небольших партиях для проверки эффективности обработки выбранного материала.

Рисунок 1. Токарная обработка на станках с ЧПУ позволяет обрабатывать различные материалы, включая металлы (такие как алюминий, сталь, латунь и титан), пластмассы и композитные материалы.

Как выбор материала может ускорить или замедлить доставку деталей, изготовленных на заказ методом токарной обработки?

Время, необходимое для изготовления деталей на заказ методом токарной обработки, напрямую зависит от используемого материала. Доступность материала, предварительная обработка и сложность процесса обработки также влияют на определение сроков поставки.

Хронология цепочки поставок: стандартные складские материалы против материалов, заказанных по специальному заказу.

Обычные материалы, такие как алюминиевые сплавы 6061 и нержавеющая сталь 303, обычно имеются на складе, а время их закупки составляет 1-3 дня. Для специальных материалов, таких как титановые сплавы и высокотемпературные сплавы, требуется специальная закупка, и этот процесс занимает 4-8 недель.

Время ожидания перед обработкой: незаменимые этапы «отдыха» и термической обработки.

Некоторым материалам требуется период покоя для снятия напряжений, занимающий от 24 до 48 часов, а для высокопрочной стали необходима термическая обработка для отпуска. Кроме того, при черновой обработке может потребоваться вторичная термическая обработка , что увеличит общее время обработки на 3–10 дней.

Изменение эффективности механической обработки и постобработки: от токарного станка до обработки поверхности.

Обрабатываемые материалы имеют скорость резания в диапазоне 100-150 м/мин, тогда как для титановых сплавов она составляет всего 10-20 м/мин, а любая специальная обработка поверхности занимает около 5-7 дней, что задерживает весь график поставок.

Как свойства материалов влияют на срок службы и стоимость инструментов для токарных станков с ЧПУ?

Срок службы токарных инструментов с ЧПУ и их стоимость напрямую зависят от типа материала, поскольку разные материалы вызывают разные виды износа инструмента.

1. Абразия: «шлифовка», зависящая от твердости материала.

Высококремнистые алюминиевые сплавы и порошковые металлургические материалы содержат твердые частицы, которые быстро приводят к затуплению покрытия инструмента и подложки, что, в свою очередь, сокращает срок службы до 1/5 от срока службы инструментов с обычным покрытием.

2. Термохимический износ: «слияние» и диффузия при высоких температурах.

При токарной обработке нержавеющей стали и никелевых сплавов температура в зоне резания может достигать 800-1000℃. Связи между заготовкой и покрытием инструмента, а также диффузия элементов способствуют образованию кратеров износа.

3. Цена недостаточной прочности: микросколы при механической обработке хрупких материалов

При токарной обработке чугуна и твердосплавных заготовок режущая кромка подвержена воздействию ударных сил, что приводит к микросколам.

Хотите сократить расходы, связанные с использованием инструментов для токарных станков с ЧПУ? Свяжитесь с JS Precision. Мы сможем дать вам рекомендации относительно выбора инструментов, подходящих для обработки вашего материала.

Рисунок 2. Качество и подготовка обрабатываемого материала влияют на срок службы инструмента.

Как максимально эффективно использовать возможности токарной обработки на станках с ЧПУ?

Для достижения максимальной эффективности использования материалов крайне важно привлекать профессионалов для токарной обработки на станках с ЧПУ. Компания JS Precision разработала комплексный план повышения эффективности использования материалов, начиная с этапа проектирования и заканчивая серийным производством.

Проектирование с учетом технологичности производства – проектирование для снижения веса и получения изделий, близких к окончательной форме.

Предлагая рекомендации по проектированию с учетом технологичности производства (DFM) и используя такие конструкции, как полые структуры и заготовки, близкие к окончательной форме, можно сократить потребление материалов более чем на 22%, что приведет к снижению себестоимости единицы продукции.

Стратегия агрегирования заказов и совместного использования пустых бланков

Что касается мелкосерийного производства деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ, группировка различных заказов и использование общих заготовок с одинаковыми характеристиками позволяет снизить процент брака материала с 15% до менее чем 5%.

Внедрение передовых технологий: сокращение отходов – преимущества холодной формовки и токарно-фрезерной обработки.

Благодаря использованию холодной штамповки и накатки для создания некоторых элементов, а также токарно-фрезерной обработки для минимизации времени зажима, объем удаляемого металла значительно сократился, а эффективность повысилась.

Обрабатываемость: залог успеха при мелкосерийном производстве деталей на станках с ЧПУ.

В случае мелкосерийного производства деталей, обрабатываемых на станках с ЧПУ , обрабатываемость материала имеет гораздо большее значение по сравнению с оптимальной функциональностью, поскольку она влияет на стоимость, сроки поставки и риски.

Структура себестоимости единицы продукции: причина большей чувствительности к обрабатываемости при использовании малых объемов производства.

Для мелкосерийных заказов стоимость постоянных издержек составляет 60-70%. Материалы, которые легко поддаются механической обработке, имеют короткое время обработки, а затраты на внесение изменений и отладку могут даже привести к тому, что разница в стоимости единицы продукции увеличится почти вдвое.

Скорость решает всё: необходимость быстрой итерации и проверки рыночной востребованности.

Использование легко обрабатываемых материалов, таких как сталь 12L14 и алюминиевый сплав 6061, на этапе исследований и разработок позволяет быстро изготавливать прототипы за 3-5 дней. Это ускоряет процесс проверки качества продукции, который в случае использования труднообрабатываемых материалов затягивается на 2-3 недели.

Снижение барьеров для входа на рынок: стабилизация процесса.

Материалы, которые легко поддаются обработке, имеют показатель соответствия нормативам более 99%, что позволяет избежать таких трудностей, как нестабильность размеров и дефекты на поверхности труднообрабатываемых материалов.

Рисунок 3. Мелкосерийная обработка на станках с ЧПУ подразумевает использование оборудования с ЧПУ для производства деталей в небольших количествах, обычно от десятков до тысяч штук.

Снижение затрат на 28%: замена материалов и оптимизация процесса обработки 10 000 корпусов датчиков на станках с ЧПУ.

Предпосылки и проблемы

Компания, занимавшаяся производством промышленных датчиков, нуждалась в 10 000 корпусах для датчиков. Первоначально использовался материал из нержавеющей стали марки 304, стоимость единицы которого составляла 8,5 долларов. Основная проблема заключалась в упрочнении материала при обработке, что приводило к быстрому износу инструментов, снижению эффективности и сокращению бюджета.

JS Precision Solution

Инженеры компании JS Precision сначала провели анализ экономической эффективности материала . Однако мы определили, что условия эксплуатации заказчика не предполагают экстремального химического воздействия, и поэтому высокая коррозионная стойкость нержавеющей стали марки 304 не требуется.

В связи с этим мы предложили модифицировать материал, превратив его в нержавеющую сталь 416, не требующую механической обработки и содержащую свинец. Этот материал сохраняет хороший уровень коррозионной стойкости , но при этом значительно улучшает свои обрабатывающие свойства, позволяя достигать скорости обработки до 80 м/мин.

С учетом особенностей материала 416, необходимо было оптимизировать условия резания, варьируя скорость подачи от 0,1 мм/об до 0,2 мм/об, а также используя более экономичные резцы с покрытием из нитрида титана. Срок службы инструмента, ранее составлявший 200 деталей, теперь увеличен до 800 деталей.

Кроме того, исходя из окончательных размеров детали, мы точно рассчитали диаметр закупаемого прутка от Φ32 мм до Φ30,5 мм, чтобы уменьшить количество стружки, образующейся на одной детали, и увеличить расход материала на 12%.

Итоговые достигнутые результаты

Себестоимость единицы продукции снизилась до 6,12 долларов, что на 28% меньше, чем в предыдущем периоде, и позволило сэкономить 23 800 долларов, производственные мощности увеличились на 35%, а сроки выполнения заказа сократились с 25 до 18 дней, что обеспечило очень высокий уровень удовлетворенности клиентов.

Хотите добиться аналогичной экономии средств? Поделитесь своими потребностями в компонентах и ​​проблемами с компанией JS Precision, и мы разработаем для вас индивидуальную стратегию экономии средств, основанную на замене компонентов или других методах, чтобы услуги токарной обработки на станках с ЧПУ приносили вам больше пользы.

Рисунок 4. Высококачественные компоненты датчиков, изготовленные на заказ.

Как надежный поставщик деталей, изготовленных на станках с ЧПУ, компания JS Precision может помочь вам сделать правильный выбор?

Компания JS Precision, являясь одним из ведущих поставщиков деталей, изготовленных на станках с ЧПУ , поможет вам на всех этапах выбора подходящего материала.

• Детальное общение позволяет уточнить расплывчатые требования, сведя их к конкретным терминам, таким как «коррозионная стойкость», относящимся к соответствующим маркам материала.
• Предложите экономически эффективные альтернативные решения, такие как замена стали 303 на нержавеющую сталь 416 и стали 7075 на алюминий 2024, без ущерба для критически важных характеристик.
• Обеспечить мелкосерийное опытное производство деталей, изготовленных на заказ методом токарной обработки, для проверки совместимости материалов и технологических процессов, что гарантирует возможность массового производства.

Часто задаваемые вопросы

В1: В чем разница между обработкой алюминиевых сплавов и обработкой нержавеющей стали?

Главное отличие заключается в отводе тепла и упрочнении при обработке. Алюминий является хорошим проводником тепла, поэтому в процессе обработки основное внимание уделяется удалению стружки и предотвращению образования наростов на кромке. Поскольку он плохо проводит тепло, процесс охлаждения должен быть эффективным, а также необходимо предотвращать упрочнение при обработке.

В2: Почему поверхность легкообрабатываемой стали (например, 12L14) более гладкая?

Присадки к легкорежущей стали, такие как свинец и сера, создают смазывающий слой на стружке в процессе обработки, благодаря чему поверхность обрабатываемого изделия становится более гладкой, поскольку уменьшается трение между режущим инструментом и стружкой.

В3: Почему себестоимость производства небольших партий компонентов из титанового сплава настолько неоправданно высока?

Стоимость самого титанового сплава высока, а скорость резки должна быть очень низкой, чтобы избежать возгорания во время процесса. Оборудование, необходимое для резки титанового сплава, должно быть очень дорогим и включать в себя системы охлаждения высокого давления. Небольшие объемы производства не позволяют покрыть затраты, связанные с отладкой процессов и оборудования.

В4: Предоставляете ли вы сертификаты на материалы?

Конечно. Для всех критически важных проектов мы выдаем оригинальные сертификаты на материалы (СВМ), которые содержат информацию о химическом составе, механической прочности и других параметрах материала, обеспечивая тем самым отслеживаемость источника и характеристик материала. Это основное требование нашей системы управления качеством.

В5: Какую точность обычно можно достичь при токарной обработке?

Для деталей среднего размера, изготовленных на станках с ЧПУ с высокой точностью, в условиях серийного производства возможно поддерживать стабильный допуск по диаметру в пределах ±0,005 мм и по круглости до значения 0,003 мм. Указанные значения точности могут незначительно отличаться в зависимости от свойств материала и технологии обработки.

В6: Повлияет ли допуск по диаметру прутка на стоимость моих деталей?

Да, это возможно. Мы можем приобрести высокоточные прутки с жесткими допусками (например, H11). Это будет дорого, однако позволит сократить припуск на обработку, тем самым сэкономив время и средства, связанные с инструментами. Мы определим оптимальное значение допуска для прутка.

В7: Предлагает ли ваша компания испытания на замену материалов?

Да. В случае долгосрочных деловых партнеров, требующих экономии затрат или оптимизации, мы можем организовать мелкосерийное пробное производство для сравнения целесообразности альтернативных вариантов с точки зрения точности размеров, качества поверхности, эксплуатационных характеристик или любых других подобных требований.

В8: Каковы основные преимущества сотрудничества с JS Precision по сравнению с другими поставщиками услуг токарной обработки в вашем регионе?

Мы предлагаем высокоинтегрированное проектирование материалов, оптимизацию общих затрат с точки зрения DFM (проектирование для производства) до массового производства, а также совместную работу на основе цифровой платформы, что позволяет нам предлагать вам наиболее экономичное, высокоточное и быстрое решение для токарной обработки деталей на станках с ЧПУ.

Краткое содержание

Выбор материала описывается как невидимый руль в производстве деталей на станках с ЧПУ. Использование подходящего материала обеспечивает приемлемые затраты, точные размеры и правильную и эффективную доставку, но использование неправильного материала является источником многочисленных проблем.

Начиная от выбора наиболее простых в обработке материалов начального уровня для мелкосерийного производства деталей на станках с ЧПУ и заканчивая выбором «лучшего» сплава на основе «наилучших характеристик» для крупносерийного производства критически важных компонентов, каждое решение способствует созданию «конкурентных преимуществ».

Не следует рассматривать материальные решения как единичные события.

Свяжитесь с нами сегодня, инженерным отделом JS Precision, и предоставьте нам чертежи деталей и ваши требования к производительности. Мы предоставим вам бесплатную смету на наши услуги по токарной обработке на станках с ЧПУ, а также бесплатный «Отчет с рекомендациями по выбору материала и оптимизации процесса». Мы вместе сможем максимально эффективно использовать каждый материал и сделать каждую деталь максимально качественной.