Quando si progettano parti lavorate a CNC, come possiamo ridurre i costi di lavorazione attraverso l'ottimizzazione strutturale?

Quando si progettano parti lavorate a CNC, la riduzione dei costi di lavorazione attraverso l'ottimizzazione strutturale è fondamentale per bilanciare i requisiti funzionali e l'economicità della produzione. Le seguenti strategie di ottimizzazione specifiche sono fornite da più dimensioni:

1. Ottimizzazione della selezione dei materiali
   • Dare la priorità ai materiali facili da lavorare: i materiali con una buona lavorabilità, come le leghe di alluminio e l'acciaio a basso tenore di carbonio, possono ridurre l'usura degli utensili e i tempi di lavorazione. Ad esempio, la sostituzione dell'acciaio inossidabile con la lega di alluminio 6061 può ridurre i costi di lavorazione di oltre il 30% (se la resistenza lo consente).
   • Minimizzare l'uso di metalli preziosi: utilizzare progetti di rinforzo locali (come l'utilizzo di lega di titanio solo nelle aree sollecitate) invece di strutture complessive in metalli preziosi.
   • Abbinare la forma del materiale: scegliere grezzi che siano vicini alla forma finale della parte (come barre o piastre) per ridurre gli scarti di lavorazione. Ad esempio, l'utilizzo di un grezzo rettangolare per lavorare una parte quadrata può evitare sprechi eccessivi da un grezzo rotondo.
2. Controllo della complessità geometrica
   • Evitare cavità profonde e fessure strette:
     • Le cavità profonde (profondità > 5 volte il diametro dell'utensile) richiedono lavorazioni a più strati e sono soggette a vibrazioni e rotture dell'utensile. Considerare l'utilizzo di combinazioni di cavità poco profonde o strutture divise.
     • Le fessure strette richiedono utensili di piccolo diametro, che hanno una bassa efficienza di lavorazione. Si raccomanda che la larghezza delle fessure sia ≥1,2 volte il diametro dell'utensile.
   • Semplificare pareti sottili e angoli acuti:
     • Le pareti sottili (spessore<3 mm) sono soggette a deformazioni e richiedono parametri di taglio ridotti o l'aggiunta di supporti. L'ottimizzazione può essere ottenuta attraverso l'ispessimento locale o l'aggiunta di nervature di rinforzo.
     • Gli angoli acuti (angoli interni
   • Ridurre la dipendenza multi-asse: evitare superfici curve o fori inclinati non necessari; invece, utilizzare strutture a gradini o angoli standard (come 45°, 90°) per completare la lavorazione con una macchina a tre assi.
3. Razionalizzazione delle tolleranze e della rugosità superficiale
   • Allentare le tolleranze non critiche: l'allentamento delle tolleranze sulle superfici non di accoppiamento da ±0,05 mm a ±0,1 mm può ridurre il numero di fasi di finitura. Ad esempio, la tolleranza di posizione dei fori di montaggio può essere moderatamente allentata, mentre solo le posizioni di supporto critiche mantengono un'elevata precisione.
   • Ridurre la rugosità superficiale sulle superfici non funzionali: la riduzione della rugosità superficiale delle superfici non estetiche da Ra1,6 a Ra3,2 può ridurre i tempi di finitura. Ad esempio, le superfici strutturali interne non necessitano di essere lucidate.
   • Specificare tolleranze economiche: fare riferimento agli standard di precisione media in ISO 2768 per evitare specifiche eccessive.
4. Standardizzazione e progettazione modulare
   • Unificare le dimensioni delle caratteristiche: utilizzare dimensioni standard delle punte da trapano (come fori filettati M6, M8) invece di fori non standard per ridurre la frequenza di cambio utensile.
   • Decomposizione modulare: suddividere parti complesse in più sottocomponenti più semplici, che possono essere lavorate separatamente e poi assemblate tramite bulloni o saldatura. Ad esempio, un guscio con una cavità profonda può essere diviso in un "corpo principale + piastra di copertura".
   • Progettazione di interfacce universali: utilizzare flange standard, chiavette o strutture a scatto per ridurre la necessità di utensili personalizzati.
5. Ottimizzazione della lavorazione assistita da software
   • Riconoscimento automatico delle caratteristiche CAM: utilizzare il software per identificare automaticamente caratteristiche come fori e fessure per ridurre i tempi di programmazione. Ad esempio, la funzione di riconoscimento delle caratteristiche in Fusion 360 può ridurre i tempi di programmazione del 30%.
   • Ottimizzazione del percorso utensile: implementare strategie di lavorazione ad alta velocità (HSM), come l'ingresso elicoidale dell'utensile e il taglio continuo, per ridurre i tempi di non taglio. Ad esempio, percorsi ottimizzati possono ridurre i tempi di lavorazione del 15%.
   • Verifica della simulazione: utilizzare la lavorazione virtuale per verificare interferenze e sovra-tagli, evitando scarti dovuti al taglio di prova.
6. Bilanciamento di leggerezza e resistenza
   • Ottimizzazione topologica e svuotamento: utilizzare l'analisi agli elementi finiti (FEA) per determinare i percorsi di carico e conservare solo i materiali necessari (come le strutture ossee biomimetiche).
   • Trattamento termico localizzato per il rinforzo: applicare l'indurimento laser alle aree ad alta sollecitazione (come le radici degli ingranaggi) invece del trattamento termico complessivo.
   • Combinazione di processi ibridi: dopo la lavorazione CNC della struttura principale, aggiungere griglie leggere tramite produzione additiva (stampa 3D) per bilanciare la riduzione del peso e la resistenza.

• Analisi DFM (Design for Manufacturing): comunicare con l'impianto di lavorazione nella fase iniziale di progettazione per identificare le caratteristiche ad alto costo.
• Ordinamento per priorità: ottimizzare nell'ordine di "spreco di materiale > tempi di lavorazione > post-elaborazione".
• Verifica del prototipo: testare la funzionalità con prototipi stampati in 3D o CNC semplici per evitare rilavorazioni dopo la produzione di massa.

Implementando le strategie di cui sopra, i costi di lavorazione CNC possono essere ridotti del 20%-50% garantendo al contempo la funzionalità, particolarmente adatti alle esigenze di riduzione dei costi nella produzione di massa o in parti ad alta complessità.