Turnarea sub presiune excelează în ceea ce privește volumele mari, formele complexe, dar are o precizie mai scăzută. Prelucrarea CNC este precisă și versatilă pentru prototipuri și volume mici. Turnarea sub presiune utilizează metal topit în matrițe, în timp ce CNC sustrage material din blocuri solide.  Alegeți turnarea sub presiune pentru producția în masă, CNC pentru precizie și flexibilitate.

Comparând ambele proceduri împreună cu parametrii lor fundamentali, puteți găsi cea mai bună opțiune. Prin urmare, acest articol oferă detalii detaliate despre turnarea sub presiune vs. prelucrarea CNC.

Turnare sub presiune: Prezentare generală și beneficii

Producătorii topesc metalele selectate în funcție de temperatura lor de topire. De exemplu, ei topesc zincul la 385°C și aluminiul la 660°C. Apoi are loc următorul pas, turnarea sub presiune.

Această metodă introduce metal topit într-o matriță permanentă sub o presiune de 10-175 MPa. Rulourile curg acest metal, iar urcările colectează reziduurile lor.

Metalul topit se solidifică, durează 5-30 de secunde și permite ejectarea la 200-300°C. Trebuie să știți că fiecare ciclu este complet în 15-60 de secunde.

Având în vedere capacitatea sa de producție rapidă, puteți finaliza loturi mari cu turnare sub presiune de până la 10-100 de ori mai rapid decât prelucrarea CNC.

Aplicații ale turnării sub presiune

Turnarea sub presiune ajută la producerea de piese complexe. De exemplu, se pot realiza blocuri motor din aluminiu cu pereți de 1,5 mm. De asemenea, această metodă oferă durabilitate și rezistență la căldură.

Piesele electronice aruncă zinc pentru a face carcasa lor cu pereți subțiri mult mai ușoară. În plus, aplicațiile aerospațiale utilizează magneziu pentru a reduce greutatea în jurul 30% și pentru a crește eficiența combustibilului.

Procese de turnare sub presiune

1. Turnare sub presiune înaltă (HPDC):

În general, HPDC funcționează sub o presiune de 10-175 MPa. Injectează metalul la o viteză de 10-50 m/s. Acest proces produce perfect piese din aluminiu declarate pentru electronică sau automobile. Se pot adăuga pereți subțiri (1,5-5 mm).

2. Turnare sub presiune joasă (LPDC):

Producătorii utilizează o presiune de 0,3-1,5 MPa în timpul funcționării LPDC. În acest proces, procesul de umplere a matriței este foarte lent pentru a evita defectele. Funcționează mai bine pentru o adâncime mare în jurul pieselor de 5-15 mm (butuci de roți). De asemenea, acestea oferă o anumită rezistență și durabilitate.

3. Gravity Die-Casting:

Metoda utilizează gravitația pentru a umple matrița, care este preîncălzită la 150-300°C. Aceasta poate produce piese din aluminiu foarte simple, cu suprafețe fine, la prețuri accesibile.

Tipuri de aliaje și proprietăți

Procesul de turnare sub presiune a sculelor

Producătorii creează matrițe care sunt de 10 ori mai puternice folosind oțel (clasa H13) pentru a rezista la efectul a 50.000-1.000.000 de cicluri. Acestea pot costa 10.000-200.000 în funcție de design, aliaj sau alți factori. În plus, aspectele lor cheie includ:

• Acestea utilizează o forță de strângere de aproximativ 100-5.000 de tone (în funcție de dimensiunea piesei).
• Fiecare ciclu durează 15-60 de secunde (în funcție de răcirea piesei).
• Forța lor de ejecție poate fi de aproximativ 5-20% din forța de strângere.

Limitări ale turnării sub presiune

• Este necesară o inspecție cu raze X pentru a verifica porozitatea, deoarece se pot forma goluri de aer de până la 1-2 mm adâncime.
• Utilizați unghiuri de tracțiune de 1-3° pentru îndepărtarea pieselor.
• Dimensiunea maximă a piesei poate fi de până la 600 mm datorită costurilor matriței.

Prelucrarea CNC: Prezentare generală și beneficii

Utilajul CNC (Computer Numerical Control) utilizează tehnici asistate de calculator. Această tehnologie este ghidată de computere pentru a tăia forme și a transforma metalul brut în piese bine definite.

În cazul turnării sub presiune, se introduce metal fierbinte și se obține o formă solidă. În schimb, prelucrarea CNC utilizează unelte de tăiere pentru a îndepărta materialul (metale, materiale plastice și compozite) strat cu strat.

Cu toate acestea, această procedură este adecvată pentru mai puține piese personalizate, prototipuri și comenzi de tip mic sau mediu (1-1.000 de unități)

Procesul de programare CNC

Prelucrarea CNC utilizează o unealtă care este susținută de un ax. Această unealtă taie materia primă de pe masa de lucru. Motorul de acționare primește semnalele MCU și deplasează fusul în consecință. Între timp, dispozitivul de feedback confirmă corectitudinea.

Operațiuni de prelucrare CNC

Mașinile CNC îndeplinesc trei sarcini comune:

• Frezare
• Întoarcerea
• Forare

Frezare

Producătorii folosesc unelte rotative (500-15.000 RPM) în frezare. Acestea taie forme plate și curbe. De exemplu, ei folosesc o freză cu capăt din carbură de 10 mm. Aceasta ajută la tăierea aliajelor de aluminiu la 2.000 RPM pentru realizarea suporturilor de motor.

Întoarcerea

Un fus rotativ fixează piesa de prelucrat în locul în care se rotește (până la 3.000 RPM). Între timp, uneltele de tăiere sau staționare se rotesc de-a lungul axei fusului și dau o formă cilindrică (șurub sau țeavă) materialului.

Forare

Procesul de găurire trebuie să facă găuri în piese. De obicei, producătorii utilizează burghie (1-25 mm diametru) la viteze de 500-1.500 RPM. De exemplu, ei fac găuri în carcase de plastic folosind biți de 5 mm.

Exemple de piese prelucrate CNC

Prelucrarea CNC durează 3 ore pentru a produce un prototip pentru o articulație de robot din aluminiu de 100 mm. Această piesă poate oferi o precizie de până la 0,02 mm.

În cazul implanturilor medicale, producătorii șlefuiesc protezele de genunchi din cobalt-crom la Ra 0,4 µm. Acest lucru îi permite să se miște fără probleme.

Lamele turbinei aerospațiale din titan rezistă la 800°C. Aceste piese sunt fabricate folosind freze CNC cu 5 axe, cu o precizie de 0,01 mm.

Tipuri de mașini CNC și capacități

Freze CNC cu 3 axe

Acesta conține trei axe principale (X, Y, Z). Acesta se deplasează stânga-dreapta, față-spate și sus-jos. În ciuda capacităților sale limitate de mișcare, poate gestiona piese de aproximativ 600 mm lungime. Cele 3 axe realizează forme 3D pentru piese precum cutii de viteze cu o precizie de ±0,05 mm.

Freze CNC cu 5 axe

Această mașină înclină și rotește uneltele. Aceste unelte pot tăia forme foarte dificile (de exemplu, palete de turbină) într-o singură operație. Se pot obține piese de ± 0,02 mm.

strunguri CNC

Acest tip de mașină CNC este specializată în piese rotunde. Poate prinde materiale cu o lățime de până la 300 mm. Cu ajutorul acestuia, puteți tăia filete cu un pas de 0,5 mm.

Scule în prelucrarea CNC

Producătorii produc unelte de tăiere CNC, de obicei cu carbură (durează 200-400 de minute). Materialul celuilalt instrument poate fi oțel de mare viteză (HSS, 100-200 minute) sau ceramică (pentru căldură ridicată).

De asemenea, puteți crește durata de viață a acestor unelte prin utilizarea mai multor acoperiri, cum ar fi nitrură de titan (TiN). Straturile de acoperire fac scula 50% mai rapidă și nu o lasă să se uzeze. De exemplu, burghiurile acoperite sunt capabile să facă 500 de găuri în oțel inoxidabil la 0,2 mm pe rotație.

Suporturile de scule utilizează forța hidraulică (până la 200 bar). Aceste forțe fixează uneltele strâns, minimizând vibrațiile în timpul tăierii.

Materiale pentru prelucrare CNC

Limitări ale prelucrării CNC:

• Prelucrarea CNC îndepărtează materialul lent.
• Ratele sale de avans variază de obicei între 0,1 și 0,5 mm/dinte, ceea ce este, prin urmare, ineficient pentru comenzile mari.
• Tăierea materialelor la viteze mari cauzează uzura sculei.
• CNC poate reprezenta o provocare pentru obținerea unor geometrii complexe cu caracteristici profunde (de exemplu, raporturi adâncime/lățime > 5:1).

Comparație între turnarea sub presiune și prelucrarea CNC

1. Compararea proprietăților materialelor

După cum am descoperit, atât tehnica de turnare sub presiune, cât și CNC utilizează materiale diferite. Acest lucru înseamnă că au proprietăți unice. De exemplu, un aliaj comun de turnare sub presiune este aluminiul A380. Acest aliaj vine cu o rezistență la tracțiune de aproximativ 310 MPa și o limită de curgere de până la 159 MPa.

De asemenea, mașinile CNC folosesc aluminiu 6061. Acesta oferă o rezistență la tracțiune de 310 MPa și o limită de curgere de 276 MPa.

2. Compararea toleranței

Se pot obține toleranțe de aproximativ 0,004 inch (0,1 mm) pentru piesele mici prin turnare sub presiune. Cu toate acestea, contracția materialului și efectele răcirii cresc toleranțele odată cu dimensiunea piesei.

În schimb, prelucrarea CNC oferă toleranțe foarte strânse, adesea sub 0,025 mm (0,001 inch). Aceasta înseamnă că poate funcționa bine atunci când se conformează strict unui model.

Cu toate acestea, obținerea unor rezultate precise necesită costuri mai mari. Dacă doriți să obțineți o toleranță de 0,075 mm (0,003 inchi), ar putea costa 100 de unități. În același timp, o toleranță de 0,012 mm (0,0005 inch) ar putea tripla costurile. Acest lucru se datorează creșterii timpului de prelucrare, uzurii sculelor și măsurilor de control al calității.

3. Analiza costurilor

Turnarea sub presiune include setările inițiale și sculele. Acesta este motivul pentru care costă aproximativ $5,000-$50,000. Cu toate acestea, se reduce costul unitar ($1-$5 pe piesă) pentru o comandă mare.

Prelucrarea CNC nu presupune costuri de scule. Costurile sale de producție depind de selecția materialelor și de nivelul de complexitate al proiectului.

4. Compararea termenelor de livrare

Configurarea sculelor de turnare sub presiune durează între 4 și 8 săptămâni înainte de inițierea procesului. Cu toate acestea, odată ce aceste unelte sunt gata, ele pot produce rapid loturi mari.

Nu există întârzieri în ceea ce privește sculele în cazul prelucrării CNC. Acest proces poate realiza prototipuri în 1-3 zile. În plus, producția de loturi durează 5-10 zile, în funcție de complexitatea proiectului.

5. Complexitatea părților

turnarea sub presiune poate gestiona niveluri de complexitate simple până la moderate ale proiectelor. Aceasta suportă pereți subțiri și caracteristici integrate precum nervurile. Acest proces întâmpină dificultăți în realizarea de tăieturi adânci, colțuri interne ascuțite și piese lungi.

Mașinile CNC pot lucra la modele mai profunde și geometrii complexe. Acest proces este mai lent, motiv pentru care crește costul loturilor mari.

6. Compararea impactului asupra mediului

Există mai puține deșeuri de material în timpul operațiunilor de turnare, dar materialul rămas nu este întotdeauna 100% reciclabil. Acest lucru se datorează oxidării și impurităților. De asemenea, fabricarea matrițelor consumă o cantitate semnificativă de energie.

Procesul de prelucrare CNC produce mai multe deșeuri. În special, puteți reutiliza așchiile metalice. Cu toate acestea, agentul său de răcire are un impact asupra mediului. Acesta poate fi redus până la 50% utilizând sisteme moderne de filtrare.

Matricea de decizie pentru alegerea procesului potrivit

Considerații de proiectare pentru turnare sub presiune și prelucrare CNC

Reguli de proiectare pentru turnare sub presiune

turnarea sub presiune are nevoie de unghiuri de tragere. Aceste unghiuri fac procesul de ejecție mai lin. Puteți calcula unghiul de tragere cu ajutorul formulelor.

Formulele includ constante specifice aliajului, de obicei 1°-3° pe fiecare parte. Calculul său este, de asemenea, afectat de complexitatea materialului și a piesei.

În plus, grosimea peretelui poate, de asemenea, varia. De exemplu, aluminiul poate fi utilizat 1-1,5 mm, iar zincul poate fi utilizat 0,5-1 mm. Grosimea confirmă curgerea corespunzătoare și respinge defectele.

În plus, principala sarcină a filetelor și a razelor este de a reduce concentrarea tensiunilor și de a crește durata de viață a matriței.

Considerații privind proiectarea pentru prelucrarea CNC

În general, proiectele de prelucrare CNC nu au nevoie de unghiuri de tragere. Ele pot realiza colțuri interioare ascuțite și pereți verticali. Opțiunea lor de proiectare poate include fante în T, cozi de rândunică și buzunare adânci. Care conțin raporturi adâncime/lățime mai mari.

Luați în considerare accesul la unelte, deoarece cavitățile adânci necesită unelte mai lungi. Acest lucru poate, de asemenea, să crească vibrațiile și să nu ofere rezultate precise. În plus, fixarea sprijină stabilitatea în timpul prelucrării.

Utilizarea software-ului de simulare

Puteți utiliza instrumente de simulare pentru a îmbunătăți și mai mult performanța proiectului. Aceste instrumente fac ca fluxul matriței de turnare sub presiune și traseele sculelor CNC să fie cât mai funcționale posibil. De asemenea, ajută la identificarea defectelor, cum ar fi porozitatea în turnarea sub presiune și chatter în prelucrare.

Colaborarea între proiectanți și ingineri

Încercați să comunicați din timp cu proiectanții. Confirmați-vă cerințele pentru a produce piese rentabile și fabricabile. Acest pas previne, de asemenea, mai multe modificări și probleme de producție.

Concluzie:

Opțiunea de turnare sub presiune este bună pentru producția mare. Aceasta produce piese mai rapid, la o rată scăzută, dar nu este eficientă pentru rezultate de precizie. În schimb, prelucrarea CNC utilizează mai multe materiale și oferă o precizie ridicată. Cu toate acestea, această tehnică este lentă și costisitoare.

Ambele procese au avantaje și dezavantaje diferite. Alegerea depinde în totalitate de tipurile de materiale sau produse pe care le produceți.