Η χύτευση με εκμαγείο υπερέχει σε μεγάλες ποσότητες και πολύπλοκα σχήματα, αλλά έχει μικρότερη ακρίβεια. Η κατεργασία CNC είναι ακριβής και ευέλικτη για πρωτότυπα και μικρότερες ποσότητες. Η χύτευση με εκμαγείο χρησιμοποιεί λιωμένο μέταλλο σε καλούπια, ενώ το CNC αφαιρεί υλικό από συμπαγείς όγκους.  Επιλέξτε χύτευση με εκμαγείο για μαζική παραγωγή, CNC για ακρίβεια και ευελιξία.

Συγκρίνοντας και τις δύο διαδικασίες μαζί με τις θεμελιώδεις παραμέτρους τους, μπορείτε να βρείτε την καλύτερη επιλογή. Ως εκ τούτου, αυτό το άρθρο παρέχει λεπτομερείς λεπτομέρειες σχετικά με τη χύτευση υπό πίεση έναντι της κατεργασίας με CNC.

Χύτευση με εκχύλιση: Πλεονεκτήματα: Επισκόπηση και Οφέλη

Οι κατασκευαστές λιώνουν επιλεγμένα μέταλλα ανάλογα με τη θερμοκρασία τήξης τους. Για παράδειγμα, λιώνουν τον ψευδάργυρο στους 385°C και το αλουμίνιο στους 660°C. Στη συνέχεια, γίνεται το επόμενο βήμα, η χύτευση υπό πίεση.

Αυτή η μέθοδος τροφοδοτεί λιωμένο μέταλλο σε μόνιμο καλούπι υπό πίεση 10-175 MPa. Οι δρομείς ρέουν αυτό το μέταλλο και οι ανυψωτήρες συλλέγουν τα υπολείμματά τους.

Το λιωμένο μέταλλο στερεοποιείται, διαρκεί 5-30 δευτερόλεπτα και επιτρέπει την εκτόξευση στους 200-300°C. Πρέπει να γνωρίζετε ότι κάθε κύκλος ολοκληρώνεται σε 15-60 δευτερόλεπτα.

Εξετάζοντας την ικανότητα ταχείας παραγωγής, μπορείτε να ολοκληρώσετε μεγάλες παρτίδες με χύτευση υπό πίεση έως και 10-100 φορές ταχύτερα από την κατεργασία με CNC.

Εφαρμογές της χύτευσης υπό πίεση

Η χύτευση υπό πίεση βοηθά στην παραγωγή σύνθετων εξαρτημάτων. Για παράδειγμα, μπορεί να κατασκευάσει μπλοκ κινητήρα από αλουμίνιο με τοιχώματα 1,5 mm. Επίσης, η μέθοδος αυτή παρέχει ανθεκτικότητα και αντοχή στη θερμότητα.

Τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα χύνουν ψευδάργυρο για να κάνουν το λεπτότοιχο περίβλημά τους πολύ ελαφρύτερο. Επιπλέον, οι αεροδιαστημικές εφαρμογές χρησιμοποιούν μαγνήσιο με σκοπό τη μείωση του βάρους γύρω από το 30% και την αύξηση της αποδοτικότητας των καυσίμων.

Διαδικασίες χύτευσης

1. Χύτευση υπό υψηλή πίεση (HPDC):

Γενικά, το HPDC λειτουργεί υπό πίεση 10-175 MPa. Εισάγει μέταλλο με ταχύτητα 10-50 m/s. Αυτή η διαδικασία παράγει τέλεια τα δηλωμένα εξαρτήματα αλουμινίου για ηλεκτρονικά ή αυτοκίνητα. Μπορεί να προσθέσει λεπτά τοιχώματα (1,5-5 mm).

2. Χύτευση υπό χαμηλή πίεση (LPDC):

Οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν πίεση 0,3-1,5 MPa κατά τη λειτουργία του LPDC. Σε αυτή τη διαδικασία, η διαδικασία πλήρωσης του καλουπιού είναι πολύ αργή για την αποφυγή ελαττωμάτων. Λειτουργεί καλύτερα για μεγάλο βάθος γύρω στα 5-15 mm μέρη (πλήμνες τροχών). Παρέχουν επίσης ορισμένη αντοχή και ανθεκτικότητα.

3. Χύτευση με βαρύτητα:

Η μέθοδος χρησιμοποιεί τη βαρύτητα για να γεμίσει το καλούπι, το οποίο προθερμαίνεται στους 150-300°C. Μπορεί να παράγει πολύ απλά εξαρτήματα αλουμινίου με λεπτές επιφάνειες σε προσιτές τιμές.

Τύποι κραμάτων και ιδιότητες

Διαδικασία χύτευσης εργαλείων

Οι κατασκευαστές δημιουργούν μήτρες που είναι 10 φορές ισχυρότερες χρησιμοποιώντας χάλυβα (βαθμού H13) για να αντέχουν στην επίδραση 50.000-1.000.000 κύκλων. Μπορεί να κοστίζουν 10.000-200.000 ανάλογα με το σχεδιασμό, το κράμα ή άλλους παράγοντες. Εκτός αυτού, οι βασικές πτυχές τους περιλαμβάνουν:

• Χρησιμοποιούν δύναμη σύσφιξης περίπου 100-5.000 τόνων (ανάλογα με το μέγεθος του τεμαχίου).
• Κάθε κύκλος διαρκεί 15-60 δευτερόλεπτα (ανάλογα με την ψύξη του εξαρτήματος).
• Η δύναμη εκτόξευσης μπορεί να είναι περίπου 5-20% της δύναμης σύσφιξης.

Περιορισμοί της χύτευσης υπό πίεση

• Για τον έλεγχο του πορώδους απαιτείται επιθεώρηση με ακτίνες Χ, επειδή μπορεί να σχηματιστούν θύλακες αέρα βάθους έως και 1-2 mm.
• Χρησιμοποιήστε γωνίες βύθισης 1-3° για την αφαίρεση εξαρτημάτων.
• Το μέγιστο μέγεθος του τεμαχίου μπορεί να φτάσει τα 600 mm λόγω του κόστους της μήτρας.

Κατεργασία CNC: CNC CNC: Επισκόπηση και Οφέλη

Η κατεργασία CNC (Computer Numerical Control) χρησιμοποιεί τεχνικές με τη βοήθεια υπολογιστή. Αυτή η τεχνολογία καθοδηγείται από υπολογιστές για να κόψει σχήματα και να μετατρέψει το ακατέργαστο μέταλλο σε σαφώς καθορισμένα μέρη.

Ξέρετε, στη χύτευση, το καυτό μέταλλο μπαίνει μέσα και βγαίνει ένα συμπαγές σχήμα. Αντίθετα, η κατεργασία CNC χρησιμοποιεί κοπτικά εργαλεία για να αφαιρέσει υλικό (μέταλλα, πλαστικά και σύνθετα υλικά) στρώμα προς στρώμα.

Ωστόσο, αυτή η διαδικασία είναι κατάλληλη για λιγότερα προσαρμοσμένα εξαρτήματα, πρωτότυπα και παραγγελίες χαμηλής ή μεσαίας κλίμακας (1-1.000 μονάδες).

Διαδικασία προγραμματισμού CNC

Η κατεργασία CNC χρησιμοποιεί ένα εργαλείο που συγκρατείται από μια άτρακτο. Αυτό το εργαλείο κόβει την πρώτη ύλη στο τραπέζι εργασίας. Ο κινητήρας κίνησης λαμβάνει σήματα MCU και μετακινεί την άτρακτο ανάλογα. Εν τω μεταξύ, η συσκευή ανατροφοδότησης επιβεβαιώνει την ορθότητα.

Εργασίες κατεργασίας CNC

Οι μηχανές CNC εκτελούν τρεις κοινές εργασίες:

• Φρεζάρισμα
• Στροφή
• Γεωτρήσεις

Φρεζάρισμα

Οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν περιστρεφόμενα εργαλεία (500-15.000 στροφές ανά λεπτό) στο φρεζάρισμα. Κόβουν επίπεδα και καμπύλα σχήματα. Για παράδειγμα, χρησιμοποιούν ένα φρεζάκι καρβιδίου 10 mm. Αυτό βοηθάει στην κοπή κραμάτων αλουμινίου στις 2.000 στροφές ανά λεπτό για την κατασκευή στηριγμάτων κινητήρα.

Στροφή

Μια περιστρεφόμενη άτρακτος στερεώνει το τεμάχιο όπου περιστρέφεται με ταχύτητα έως 3.000 στροφές ανά λεπτό.) Εν τω μεταξύ, τα κοπτικά εργαλεία ή τα σταθερά περιστρέφονται κατά μήκος του άξονα της ατράκτου και δίνουν κυλινδρικό σχήμα (βίδα ή σωλήνα) στο υλικό.

Γεωτρήσεις

Κατά τη διαδικασία διάτρησης πρέπει να δημιουργηθούν οπές στα εξαρτήματα. Συνήθως, οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν τρυπάνια (διάμετρος 1-25 mm) σε ταχύτητες 500-1.500 RPM. Για παράδειγμα, ανοίγουν τρύπες σε πλαστικά περιβλήματα χρησιμοποιώντας κοπίδια των 5 mm.

Παραδείγματα κατασκευασμένων με CNC εξαρτημάτων

Η κατεργασία με CNC διαρκεί 3 ώρες για την παραγωγή ενός πρωτοτύπου για μια άρθρωση ρομπότ αλουμινίου 100 mm. Αυτό το εξάρτημα μπορεί να παρέχει ακρίβεια έως και 0,02 mm.

Στα ιατρικά εμφυτεύματα, οι κατασκευαστές γυαλίζουν τα ανταλλακτικά γόνατος από χρώμιο κοβαλτίου σε Ra 0,4 μm. Αυτό του επιτρέπει να κινείται ομαλά.

Τα πτερύγια αεροδιαστημικής τουρμπίνας από τιτάνιο αντέχουν στους 800°C. Αυτά τα εξαρτήματα κατασκευάζονται με φρεζάκια CNC 5 αξόνων με ακρίβεια 0,01 mm.

Τύποι μηχανών CNC και δυνατότητες

Μύλοι CNC 3 αξόνων

Περιέχει τρεις κύριους άξονες (X, Y, Z). Αυτό κινείται αριστερά-δεξιά, μπροστά-πίσω και πάνω-κάτω. Παρά τις περιορισμένες δυνατότητες κίνησης, μπορεί να διαχειριστεί εξαρτήματα μήκους περίπου 600 mm. Οι 3 άξονες κατασκευάζουν τρισδιάστατα σχήματα για εξαρτήματα όπως κιβώτια ταχυτήτων με ακρίβεια ±0,05 mm.

Μύλοι CNC 5 αξόνων

Αυτό το μηχάνημα γέρνει και περιστρέφει τα εργαλεία. Αυτά τα εργαλεία μπορούν να κόψουν πολύ δύσκολα σχήματα (π.χ. πτερύγια τουρμπίνας) με μία μόνο ρύθμιση. Μπορείτε να πάρετε ±0,02 mm δηλωμένα εξαρτήματα.

Τόρνοι CNC

Αυτό το είδος μηχανής CNC ειδικεύεται σε στρογγυλά μέρη. Μπορεί να πιάσει υλικά πλάτους έως 300 mm. Χρησιμοποιώντας το, μπορείτε να κόψετε σπειρώματα με βήμα 0,5 mm.

Εργαλεία στην κατεργασία CNC

Οι κατασκευαστές κατασκευάζουν κοπτικά εργαλεία CNC, συνήθως με καρβίδιο (διαρκεί 200-400 λεπτά). Το υλικό του άλλου εργαλείου μπορεί να είναι χάλυβας υψηλής ταχύτητας (HSS, 100-200 λεπτά) ή κεραμικά (για υψηλή θερμότητα).

Επίσης, μπορείτε να αυξήσετε τη διάρκεια ζωής αυτών των εργαλείων χρησιμοποιώντας διάφορες επιστρώσεις όπως νιτρίδιο τιτανίου (TiN). Τα στρώματα επικάλυψης καθιστούν το εργαλείο 50% ταχύτερο και δεν το αφήνουν να φθαρεί. Για παράδειγμα, τα τρυπάνια με επικάλυψη μπορούν να κάνουν 500 τρύπες σε ανοξείδωτο χάλυβα με ταχύτητα 0,2 mm ανά περιστροφή.

Οι υποδοχές εργαλείων χρησιμοποιούν υδραυλική δύναμη (έως 200 bar). Η δύναμη αυτή σφίγγει τα εργαλεία σφιχτά, ελαχιστοποιώντας τις δονήσεις κατά την κοπή.

Υλικά για κατεργασία CNC

Περιορισμοί της κατεργασίας CNC:

• Η κατεργασία CNC αφαιρεί το υλικό αργά.
• Οι ρυθμοί πρόωσης κυμαίνονται συνήθως από 0,1 έως 0,5 mm/δόντι, γεγονός που δεν είναι επομένως αποδοτικό για μεγάλες παραγγελίες.
• Η κοπή υλικών σε υψηλές ταχύτητες προκαλεί φθορά του εργαλείου.
• Μπορεί να είναι δύσκολο για το CNC να επιτύχει πολύπλοκες γεωμετρίες με βαθιά χαρακτηριστικά (π.χ. αναλογίες βάθους προς πλάτος >5:1).

Σύγκριση της χύτευσης υπό πίεση και της κατεργασίας CNC

1. Σύγκριση ιδιοτήτων υλικού

Όπως ανακαλύψαμε, τόσο η τεχνική της χύτευσης υπό πίεση όσο και το CNC χρησιμοποιούν διαφορετικά υλικά. Αυτό σημαίνει ότι έχουν μοναδικές ιδιότητες. Για παράδειγμα, ένα κοινό κράμα χύτευσης υπό πίεση είναι το αλουμίνιο A380. Αυτό το κράμα διαθέτει αντοχή σε εφελκυσμό περίπου 310 MPa και όριο διαρροής έως 159 MPa.

Ομοίως, οι μηχανές CNC χρησιμοποιούν αλουμίνιο 6061. Αυτό προσφέρει 310 MPa αντοχή σε εφελκυσμό και 276 MPa όριο διαρροής.

2. Σύγκριση ανοχής

Μπορείτε να επιτύχετε ανοχές γύρω στις 0,004 ίντσες (0,1 mm) για μικρά εξαρτήματα μέσω χύτευσης υπό πίεση. Ωστόσο, η συρρίκνωση του υλικού και τα αποτελέσματα της ψύξης αυξάνουν τις ανοχές με το μέγεθος του εξαρτήματος.

Αντίθετα, η κατεργασία με CNC παρέχει πολύ στενές ανοχές, συχνά κάτω από 0,001 ίντσες (0,025 mm). Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να λειτουργήσει καλά όταν συμμορφώνεται αυστηρά με ένα πρότυπο.

Ωστόσο, η επίτευξη ακριβών αποτελεσμάτων απαιτεί υψηλότερο κόστος. Αν θέλετε να επιτύχετε ανοχή 0,075 mm (0,003 ιντσών), μπορεί να κοστίσει 100 μονάδες. Εν τω μεταξύ, μια ανοχή 0,0005 ίντσας (0,012 mm) θα μπορούσε να το τριπλασιάσει. Αυτό συμβαίνει λόγω του αυξημένου χρόνου κατεργασίας, της φθοράς των εργαλείων και των μέτρων ποιοτικού ελέγχου.

3. Ανάλυση κόστους

Η χύτευση σε μήτρα περιλαμβάνει τις αρχικές ρυθμίσεις και την κατασκευή εργαλείων. Γι' αυτό το λόγο κοστίζει περίπου $5,000-$50,000. Ωστόσο, μειώνει το κόστος κάθε μονάδας ($1-$5 ανά τεμάχιο) για μια μεγάλη παραγγελία.

Η κατεργασία CNC δεν απαιτεί κόστος εργαλείων. Το κόστος παραγωγής του εξαρτάται από την επιλογή του υλικού και το επίπεδο πολυπλοκότητας του σχεδιασμού.

4. Σύγκριση χρόνου παράδοσης

Η προετοιμασία των εργαλείων της χύτευσης απαιτεί 4-8 εβδομάδες πριν από την έναρξη της διαδικασίας. Ωστόσο, μόλις τα εργαλεία αυτά είναι έτοιμα, μπορούν να παράγουν γρήγορα μεγάλες παρτίδες.

Δεν υπάρχει καθυστέρηση εργαλείων στην κατεργασία με CNC. Αυτή η διαδικασία μπορεί να κατασκευάσει πρωτότυπα μέσα σε 1-3 ημέρες. Επιπλέον, η παραγωγή παρτίδων διαρκεί 5-10 ημέρες ανάλογα με την πολυπλοκότητα του σχεδίου.

5. Πολυπλοκότητα των μερών

η χύτευση μπορεί να χειριστεί απλά έως μέτρια επίπεδα πολυπλοκότητας των σχεδίων. Υποστηρίζει λεπτά τοιχώματα και ενσωματωμένα χαρακτηριστικά όπως νευρώσεις. Αυτή η διαδικασία δυσκολεύεται κατά την κατασκευή βαθιών τομών, αιχμηρών εσωτερικών γωνιών και μακρών δηλωμένων εξαρτημάτων.

Οι μηχανές CNC μπορούν να εργαστούν σε βαθύτερα σχέδια και πολύπλοκες γεωμετρίες. Αυτή η διαδικασία είναι πιο αργή, γι' αυτό και αυξάνει το κόστος των μεγάλων παρτίδων.

6. Σύγκριση περιβαλλοντικών επιπτώσεων

Υπάρχουν λιγότερα απόβλητα υλικού κατά τις εργασίες χύτευσης, αλλά το υλικό που περισσεύει δεν είναι πάντα 100% ανακυκλώσιμο. Αυτό οφείλεται στην οξείδωση και τις ακαθαρσίες. Επίσης, η κατασκευή καλουπιών χρησιμοποιεί σημαντική ενέργεια.

Η διαδικασία κατεργασίας CNC παράγει περισσότερα απορρίμματα. Ειδικότερα, μπορείτε να επαναχρησιμοποιήσετε τα μεταλλικά θραύσματα. Ωστόσο, ο παράγοντας ψύξης του επηρεάζει το περιβάλλον. Αυτό μπορεί να μειωθεί έως και 50% με τη χρήση σύγχρονων συστημάτων φιλτραρίσματος.

Πίνακας αποφάσεων για την επιλογή της σωστής διαδικασίας

Σκέψεις σχεδιασμού για χύτευση και κατεργασία CNC

Κανόνες σχεδιασμού για χύτευση με εκμαγείο

η χύτευση χρειάζεται γωνίες βύθισης. Αυτές οι γωνίες καθιστούν τη διαδικασία εκτίναξης πιο ομαλή. Μπορείτε να υπολογίσετε τη γωνία βύθισης χρησιμοποιώντας τύπους.

Οι τύποι ενσωματώνουν ειδικές σταθερές για κράματα, συνήθως 1°-3° ανά πλευρά. Ο υπολογισμός του επηρεάζεται επίσης από το υλικό και την πολυπλοκότητα του τεμαχίου.

Επιπλέον, το πάχος του τοιχώματος μπορεί επίσης να ποικίλει. Για παράδειγμα, το αλουμίνιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί 1-1,5 mm και ο ψευδάργυρος μπορεί να χρησιμοποιηθεί 0,5-1 mm. Το πάχος επιβεβαιώνει τη σωστή ροή και απωθεί τα ελαττώματα.

Επιπλέον, η κύρια αποστολή των φιλέτων και των ακτίνων είναι να μειώσουν τη συγκέντρωση τάσεων και να αυξήσουν τη διάρκεια ζωής του καλουπιού.

Σκέψεις σχεδιασμού για κατεργασία CNC

Γενικά, τα σχέδια κατεργασίας CNC δεν χρειάζονται γωνίες βύθισης. Μπορούν να κατασκευάσουν αιχμηρές εσωτερικές γωνίες και κατακόρυφα τοιχώματα. Η επιλογή σχεδιασμού τους μπορεί να περιλαμβάνει εγκοπές Τ, χελιδονοουρές και βαθιές τσέπες. Που περιέχουν υψηλότερες αναλογίες βάθους προς πλάτος.

Εξετάστε την πρόσβαση στο εργαλείο, επειδή οι βαθιές κοιλότητες χρειάζονται μεγαλύτερα εργαλεία. Αυτό μπορεί επίσης να αυξήσει τους κραδασμούς και να μην παρέχει ακριβή αποτελέσματα. Επιπλέον, η στερέωση υποστηρίζει τη σταθερότητα κατά τη διάρκεια της κατεργασίας.

Χρήση λογισμικού προσομοίωσης

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε εργαλεία προσομοίωσης για να βελτιώσετε περαιτέρω τις επιδόσεις του σχεδιασμού. Αυτά τα εργαλεία καθιστούν τη ροή του καλουπιού χύτευσης και τις διαδρομές εργαλείων CNC όσο το δυνατόν πιο λειτουργικές. Βοηθούν επίσης στον εντοπισμό ελαττωμάτων, όπως το πορώδες στη χύτευση υπό πίεση και η φλυαρία στην κατεργασία.

Συνεργασία μεταξύ σχεδιαστών και μηχανικών

Προσπαθήστε να επικοινωνείτε με τους σχεδιαστές νωρίς. Επιβεβαιώστε τις απαιτήσεις σας για την παραγωγή οικονομικά αποδοτικών και κατασκευάσιμων εξαρτημάτων. Αυτό το βήμα αποτρέπει επίσης αρκετές τροποποιήσεις και ζητήματα παραγωγής.

Συμπέρασμα:

Η επιλογή χύτευσης με εκμαγείο είναι καλή για χρήση σε μεγάλη παραγωγή. Παράγει εξαρτήματα ταχύτερα με χαμηλό ρυθμό, αλλά δεν είναι αποτελεσματική για αποτελέσματα ακριβείας. Αντίθετα, η κατεργασία CNC χρησιμοποιεί πολλαπλά υλικά και παρέχει υψηλή ακρίβεια. Ωστόσο, αυτή η τεχνική είναι αργή και δαπανηρή.

Και οι δύο διαδικασίες έχουν διαφορετικά πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Η επιλογή εξαρτάται πλήρως από τους τύπους υλικών ή προϊόντων που παράγετε.