A nyomásos öntés a nagy volumenű, összetett formák előállítása terén kiemelkedő, de a pontossága alacsonyabb. A CNC megmunkálás pontos és sokoldalúan alkalmazható prototípusok és kisebb darabszámok gyártásához. A szerszámöntés olvasztott fémet használ öntőformákban, míg a CNC szilárd tömbökből vonja ki az anyagot.  Válassza az öntvényt a tömeggyártáshoz, a CNC-t a pontosság és a rugalmasság érdekében.

A két eljárás és alapvető paramétereik összehasonlításával megtalálhatja a jobb lehetőséget. Ezért ez a cikk részletesen ismerteti a nyomásos öntés vs. CNC megmunkálás részleteit.

Nyomdai öntés: Áttekintés és előnyök

A gyártók a kiválasztott fémeket olvadási hőmérsékletüknek megfelelően olvasztják meg. Például a cinket 385 °C-on, az alumíniumot pedig 660 °C-on olvasztják. Ezután következik a következő lépés, a fröccsöntés.

Ez a módszer 10-175 MPa nyomáson olvasztott fémet juttat egy állandó öntőformába. A futók ezt a fémet áramoltatják, és az emelkedők összegyűjtik a maradékot.

Az olvadt fém megszilárdul, 5-30 másodperc alatt, és 200-300 °C-on lehetővé teszi a kilövést. Tudni kell, hogy minden ciklus 15-60 másodperc alatt fejeződik be.

Gyors gyártási képességét tekintve, nagy tételeket készíthet öntöttöntéssel akár 10-100x gyorsabban, mint CNC megmunkálással.

Az öntvények alkalmazása

Az öntvényöntés segít az összetett alkatrészek előállításában. Például 1,5 mm-es falú motorblokkokat lehet készíteni alumíniumból. Emellett ez a módszer tartósságot és hőállóságot biztosít.

Az elektronikus alkatrészek cinket öntenek, hogy vékony falú burkolatuk sokkal könnyebb legyen. Ezenkívül a repülőgépiparban a magnéziumot a 30% körüli súlycsökkentés és az üzemanyag-hatékonyság növelése céljából használják.

Nyomdai öntési folyamatok

1. Nagynyomású öntés (HPDC):

A HPDC általában 10-175 MPa nyomáson működik. 10-50 m/s sebességgel fecskendezi a fémet. Ez az eljárás tökéletesen alkalmas az elektronikai vagy autóipari alumínium alkatrészek előállítására. Vékony falakat (1,5-5 mm) tud hozzáadni.

2. Alacsony nyomású öntés (LPDC):

A gyártók 0,3-1,5 MPa nyomást használnak az LPDC működtetése során. Ebben az eljárásban a hibák elkerülése érdekében a szerszámkitöltési folyamat nagyon lassú. Jobban működik nagy mélységű, 5-15 mm körüli alkatrészeknél (kerékagyak). Bizonyos szilárdságot és tartósságot is biztosítanak.

3. Gravitációs öntés:

A módszer a 150-300 °C-ra előmelegített öntőformát gravitációval tölti meg. Nagyon egyszerű, finom felületű alumínium alkatrészek gyártására alkalmas, megfizethető áron.

Az ötvözetek típusai és tulajdonságai

Nyomdai öntési szerszámozási folyamat

A gyártók olyan szerszámokat készítenek, amelyek 10-szer erősebbek az acél (H13 minőségű) felhasználásával, hogy ellenálljanak az 50 000-1 000 000 ciklus hatásának. Ezek ára a kialakítástól, ötvözettől és egyéb tényezőktől függően 10 000-200 000 forint lehet. Emellett a legfontosabb szempontjaik közé tartoznak:

• Ezek körülbelül 100-5000 tonna szorítóerőt használnak (az alkatrészmérettől függően).
• Egy ciklus 15-60 másodpercet vesz igénybe (az alkatrész hűtésétől függően).
• A kidobóerő körülbelül 5-20% szorítóerő lehet.

A nyomásos öntés korlátai

• A porozitás ellenőrzéséhez röntgenvizsgálatra van szükség, mivel akár 1-2 mm mélységű légzsebek is kialakulhatnak.
• Használjon 1-3°-os merülési szöget az alkatrészek eltávolításához.
• A maximális alkatrészméret a szerszámköltségek miatt akár 600 mm is lehet.

CNC megmunkálás: CNC-gépek: Áttekintés és előnyök

CNC (számítógépes számjegyvezérlésű) megmunkálás felhasználása számítógéppel támogatott technikák. Ez a technológia számítógépes irányítást kap a formák vágásához és a nyers fém élesen meghatározott alkatrészekké alakításához.

Tudja, a fröccsöntésnél a forró fém bemegy, és egy szilárd forma jön ki. Ezzel szemben a CNC megmunkálás során a vágószerszámok segítségével rétegről rétegre távolítják el az anyagot (fémek, műanyagok és kompozitok).

Ez az eljárás azonban kevesebb egyedi alkatrész, prototípus és kis és közepes mennyiségű (1-1.000 darab) megrendelés esetén alkalmas.

CNC programozási folyamat

A CNC megmunkálás egy orsó által tartott szerszámot használ. Ez a szerszám vágja a nyersanyagot a munkaasztalon. A meghajtó motor megkapja az MCU jeleit, és ennek megfelelően mozgatja az orsót. Eközben a visszajelző eszköz megerősíti a helyességet.

CNC megmunkálási műveletek

A CNC-gépek három közös feladatot látnak el:

• Marás
• Fordulás
• Fúrás

Marás

A gyártók a marás során forgó szerszámokat (500-15 000 fordulat/perc) használnak. Lapos és íves alakzatokat vágnak fel. Például 10 mm-es keményfém végmarót használnak. Ez 2000 fordulat/perc fordulatszámon segít az alumíniumötvözetek vágásában a motorkonzolok készítéséhez.

Fordulás

A forgó orsó rögzíti a munkadarabot, ahol az akár 3000 fordulat/perc sebességgel forog). Eközben a forgácsolószerszámok vagy az állókészülékek az orsó tengelye mentén forognak, és hengeres (csavar vagy cső) alakot adnak az anyagnak.

Fúrás

A fúrási folyamat során lyukakat kell készíteni az alkatrészeken. A gyártók általában fúrófejek (1-25 mm átmérővel) 500-1 500 fordulat/perc fordulatszámon. Például 5 mm-es fúrófejekkel lyukakat készítenek műanyag házakba.

Példák CNC megmunkált alkatrészekre

A CNC megmunkálás 3 órát vesz igénybe egy 100 mm-es alumínium robotcsukló prototípusának elkészítéséhez. Ez az alkatrész akár 0,02 mm-es pontosságot is biztosíthat.

Az orvosi implantátumokban a gyártók a kobaltkróm térdprotéziseket Ra 0,4 µm-re csiszolják. Ez lehetővé teszi a zökkenőmentes mozgást.

A repüléstechnikai titánból készült turbinalapátok 800°C-on is ellenállnak. Ezeket az alkatrészeket 5 tengelyes CNC-malmokon 0,01 mm-es pontossággal gyártják.

A CNC gépek típusai és képességei

3 tengelyes CNC-malmok

Három elsődleges tengelyt tartalmaz (X, Y, Z). Ez mozog balra-jobbra, elöl-hátul és fel-le. Korlátozott mozgási képességei ellenére körülbelül 600 mm hosszú alkatrészeket tud kezelni. A 3 tengely ±0,05 mm pontossággal készít 3D alakzatokat az olyan alkatrészekhez, mint a fogaskerekek.

5 tengelyes CNC-malmok

Ez a gép dönti és forgatja a szerszámokat. Ezek a szerszámok nagyon nehéz formák (pl. turbinalapátok) vágására képesek egy beállítással. ±0,02 mm-es megadott alkatrészeket kaphat.

CNC esztergák

Ez a fajta CNC-gép kerek alkatrészekre specializálódott. Akár 300 mm széles anyagokat is meg tud fogni. Segítségével akár 0,5 mm-es osztású menetet is vághat.

Szerszámozás a CNC megmunkálásban

A gyártók CNC-vágószerszámokat készítenek, általában keményfémből (200-400 percig tart). A másik szerszám anyaga lehet nagysebességű acél (HSS, 100-200 perc) vagy kerámia (magas hőfokra).

Ezenfelül növelheti ezeknek az eszközöknek az élettartamát többféle bevonat alkalmazásával, mint pl. titán-nitrid (TiN). A bevonatrétegek gyorsabbá teszik az 50% szerszámot, és nem hagyják, hogy elhasználódjon. A bevonatos fúrószárak például 500 furatot képesek rozsdamentes acélba készíteni 0,2 mm/fordulat sebességgel.

A szerszámtartók hidraulikus erőt használnak (akár 200 bar). Ezek az erők szorosan rögzítik a szerszámokat, minimalizálva a vágás közbeni rezgéseket.

Anyagok CNC megmunkáláshoz

A CNC megmunkálás korlátai:

• A CNC megmunkálás lassan távolítja el az anyagot.
• Az előtolási sebesség jellemzően 0,1-0,5 mm/fog között mozog, ami ezért nem hatékony a nagy megrendeléseknél.
• A nagy sebességű anyagvágás szerszámkopást okoz.
• A CNC számára kihívást jelenthet a mély vonásokkal rendelkező összetett geometriák előállítása (pl. mélység-szélesség arány > 5:1).

Az öntvénygyártás és a CNC megmunkálás összehasonlítása

1. Anyagi tulajdonságok összehasonlítása

Amint azt már felfedeztük, mind az öntési, mind a CNC-technika különböző anyagokat használ. Ez azt jelenti, hogy egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek. Például egy gyakori öntött ötvözet az alumínium A380. Ez az ötvözet körülbelül 310 MPa szakítószilárdsággal és akár 159 MPa folyáshatárral rendelkezik.

Hasonlóképpen, a CNC gépek 6061-es alumíniumot használnak. Ez 310 MPa szakítószilárdságot és 276 MPa folyáshatárt kínál.

2. Tolerancia összehasonlítás

Az apró alkatrészek esetében 0,004 hüvelyk (0,1 mm) körüli tűréshatárokat lehet elérni a nyomásos öntéssel. Az anyag zsugorodása és a hűtési hatások azonban növelik a tűréshatárokat az alkatrész méretével.

Ezzel szemben a CNC megmunkálás nagyon szoros, gyakran 0,025 mm (0,001 hüvelyk) alatti tűréseket biztosít. Ez azt jelenti, hogy jól működik, ha szigorúan megfelel egy mintának.

A pontos eredmények elérése azonban magasabb költségeket igényel. Ha 0,075 mm (0,003 hüvelyk) tűrést szeretne elérni, az 100 darabba kerülhet. Eközben egy 0,0005 hüvelykes (0,012 mm-es) tűréshatár háromszorosát is elérheti. Ennek oka a megnövekedett megmunkálási idő, a szerszámkopás és a minőségellenőrzési intézkedések.

3. Költségelemzés

Az öntés magában foglalja a kezdeti beállításokat és a szerszámkészítést. Ezért kerül körülbelül $5,000-$50,000 forintba. Ez azonban csökkenti az egyes egységköltségeket ($1-$5 alkatrészenként) egy nagy megrendelés esetén.

A CNC megmunkálás nem igényel szerszámköltséget. A gyártási költsége az anyagválasztástól és a tervezés összetettségi szintjétől függ.

4. Átfutási idő összehasonlítás

A szerszámok beállítása 4-8 hetet vesz igénybe a folyamat megkezdése előtt. Ha azonban ezek a szerszámok készen állnak, gyorsan nagy tételek gyártására képesek.

A CNC megmunkálásnál nincs szerszámozási késedelem. Ezzel az eljárással 1-3 napon belül prototípusok készíthetők. Ezenkívül a sorozatgyártás a tervezés összetettségétől függően 5-10 napot vesz igénybe.

5. A részek bonyolultsága

a nyomásos öntés egyszerű és közepesen összetett minták kezelésére alkalmas. Támogatja a vékony falakat és az olyan integrált funkciókat, mint a bordák. Ez az eljárás küzd a mély vágások, éles belső sarkok és hosszan megadott alkatrészek készítése során.

A CNC-gépek mélyebb kialakítások és összetett geometriák megmunkálására is képesek. Ez a folyamat lassabb, ezért növeli a nagy tételek költségeit.

6. Környezeti hatások összehasonlítása

Az öntési műveletek során kevesebb anyaghulladék keletkezik, de a maradék anyag nem mindig 100% újrahasznosítható. Ennek oka az oxidáció és a szennyeződések. Emellett az öntőforma gyártása jelentős energiát használ fel.

A CNC megmunkálás során több selejt keletkezik. Különösen a fémforgácsot tudja újra felhasználni. Hűtőanyaga azonban hatással van a környezetre. Ez akár 50%-re is csökkenthető a modern szűrőrendszerek használatával.

Döntési mátrix a megfelelő eljárás kiválasztásához

Tervezési megfontolások az öntvénygyártáshoz és a CNC megmunkáláshoz

Tervezési szabályok az öntvénygyártáshoz

a nyomásos öntéshez huzatszögekre van szükség. Ezek a szögek simábbá teszik a kidobási folyamatot. A merülési szöget képletekkel lehet kiszámítani.

A képletek ötvözet-specifikus konstansokat tartalmaznak, jellemzően 1°-3° oldalanként. Számítását az anyag és az alkatrész összetettsége is befolyásolja.

Ezenkívül a falvastagság is változhat. Például az alumínium 1-1,5 mm, a cink pedig 0,5-1 mm lehet. A vastagság megerősíti a megfelelő áramlást és taszítja a hibákat.

Ezen túlmenően a filék és a sugarak fő feladata a feszültségkoncentráció csökkentése és a szerszám élettartamának növelése.

Tervezési megfontolások a CNC megmunkáláshoz

Általában a CNC megmunkálási tervekhez nincs szükség merülési szögekre. Éles belső sarkokat és függőleges falakat tudnak készíteni. Tervezési lehetőségük tartalmazhat T-nyílásokat, fecskefarkakat és mély zsebeket. Amelyek nagyobb mélység-szélesség arányt tartalmaznak.

Vegye figyelembe a szerszámhoz való hozzáférést, mert a mély üregek hosszabb szerszámokat igényelnek. Ez szintén növelheti a rezgést, és nem adhat pontos eredményeket. Ezenkívül a rögzítés támogatja a stabilitást a megmunkálás során.

Szimulációs szoftverek használata

Szimulációs eszközökkel tovább csiszolhatja a terv teljesítményét. Ezek az eszközök a lehető legjobban funkcionálissá teszik az öntőforma áramlását és a CNC-szerszámpályákat. Segítenek továbbá az olyan hibák azonosításában is, mint a porozitás a nyomóöntésnél és a zörgés a megmunkálásnál.

Együttműködés a tervezők és a mérnökök között

Próbáljon meg korán kommunikálni a tervezőkkel. Erősítse meg a költséghatékony és gyártható alkatrészek előállításához szükséges követelményeket. Ezzel a lépéssel számos módosítást és gyártási problémát is megelőzhet.

Következtetés:

Az öntvényöntési lehetőség jól használható nagy mennyiségű gyártás esetén. Gyorsabban, alacsony sebességgel gyárt alkatrészeket, de nem hatékony a precíziós eredményekhez. Ezzel szemben a CNC megmunkálás több anyagot használ és nagy pontosságot biztosít. Ez a technika azonban lassú és költséges.

Mindkét eljárásnak különböző előnyei és hátrányai vannak. A választás teljes mértékben attól függ, hogy milyen típusú anyagokat vagy termékeket állít elő.