Σχεδιασμός Πρωτοτύπων: 7 Χρήσιμες Συμβουλές

Σχεδιασμός πρωτότυπου αυτοκινήτου

Οι κατεργασίες CNC καλύπτουν ένα τεράστιο φάσμα χρήσεων και προσφέρονται για την κατασκευή πολύπλοκων εξαρτημάτων και πρωτοτύπων, ενώ παράλληλα αποτελούν την οικονομικότερη λύση συγκριτικά με κατεργασίες άλλων ειδών.

Ωστόσο, το κόστος και το ποιοτικό αποτέλεσμα αυτών εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το στάδιο του σχεδιασμού και τη στρατηγική που αποφασίζεται να εφαρμοσθεί για την κατασκευή ενός πρωτοτύπου. 

Γνωρίζοντας, ωστόσο, ορισμένα συγκεκριμένα και δοκιμασμένα σχεδιαστικά στοιχεία, θα είστε σε θέση να μειώσετε τον χρόνο, την πολυπλοκότητα και τελικά το κόστος της κατεργασίας.

Στη συνέχεια παραθέτουμε 7 χρήσιμες συμβουλές και βέλτιστες πρακτικές, η εφαρμογή των οποίων έχει δείξει - βάσει της εμπειρίας μας - ότι οδηγεί στο βέλτιστο οικονομοτεχνικό αποτέλεσμα σε επίπεδο σχεδιασμού και κατασκευής πρωτοτύπου.

1. Επιλέξτε το κατάλληλο υλικό

Αρχικά, το είδος του επιλεγμένου υλικού έχει μεγάλο αντίκρισμα στο κόστος. Οι εργαλειομηχανές CNC μπορούν να κατεργαστούν τα πάντα, από πλαστικό μέχρι μέταλλο. Ωστόσο, υπάρχουν υλικά που είναι πιο εύκολα κατεργάσιμα σε σχέση με άλλα. Το πλαστικό, για παράδειγμα, έχει διάφορα είδη, έχει πολλές χρήσεις και κατεργάζεται εύκολα. Το PP ή POM, για παράδειγμα είναι σχετικά δύσκολο να κατεργαστεί και πιο επιρρεπές σε στρεβλώσεις, πράγμα που σημαίνει πως η κατεργασία είναι πιο σύνθετη και αυξάνεται το κόστος της.

Κάποια άλλα θερμοπλαστικά έχουν πολύ καλές μηχανικές ιδιότητες και αντοχή σε υψηλές θερμοκρασίες , όπως είναι το PEEK, τα οποία όμως έχουν πολύ μεγάλο κόστος αγοράς , ενώ πολλές φορές υπερκαλύπτουν τις ανάγκες της κατασκευής ανεβάζοντας άσκοπα το συνολικό κόστος.

Τα μέταλλα προσφέρουν επίσης διαφορετικά είδη μηχανικής κατεργασίας. Το αλουμίνιο είναι αρκετά μαλακό μέταλλο, εύκολο στην κοπή και γρήγορο στην εργαλειομηχανή.

Ο χάλυβας είναι πιο σκληρό υλικό και ακόμα σκληρότερο για τις εργαλειομηχανές. Αυτό συχνά αντικατοπτρίζεται στο κόστος των εξαρτημάτων. Το επόμενο πράγμα που πρέπει να εξετάσουμε είναι εκείνο της γεωμετρίας, όπου υπάρχουν τόσες πολλές διαφορετικές πτυχές για να ληφθούν υπόψη, που θα ήταν αδύνατο να καταγραφούν σε λίστα.

2. Εξετάστε τις γωνίες του σχεδίου

Τα εργαλεία κοπής εργαλειομηχανών CNC είναι κυλινδρικά, οπότε και τα μικρότερα διαμέτρου κοπτικά εργαλεία θα αφήσουν ένα κυκλικό τμήμα στη γωνία. Σε περίπτωση που χρειάζεστε απόλυτες γωνίες, αυτό θα απαιτήσει να ολοκληρώσετε τη διαδικασία, είτε με το χέρι, είτε με την κατεργασία της ηλεκτροδιάβρωσης ή άλλες μεθόδους (π.χ. broaching) οι οποίες θα επιβαρύνουν το κόστος.

2 Corner radius

3. Αποφύγετε τις βαθιές ποκέτες

Οι βαθιές ποκέτες εφόσον τις επιλέξετε ειδικά αν το βάθος τους είναι μεγάλο οδηγούν σε χτύπημα των εργαλείων, αφήνοντας τις επιφάνειες με ατέλειες. Εάν μπορείτε να αποφύγετε αυτά τα στοιχεία τόσο το καλύτερο, εάν πάλι όχι η καλύτερη σχέση μεταξύ μήκους και βάθους είναι 4:1.

Βαθιές ποκέτες

4. Αποφύγετε τα λεπτά και ψηλά τοιχώματα

Τα στοιχεία με λεπτό και ψηλό τοίχωμα επίσης προσθέτουν βαθμούς δυσκολίας στις κατεργασίες με εργαλειομηχανή καθώς είναι εύκολο να καταστραφούν. Επιπλέον, προκαλούν δονήσεις στα κοπτικά εργαλεία και κακές επιφάνειες φινιρίσματος στο παραγόμενο εξάρτημα.

Ψηλά τοιχώματα

 

Για τους παραπάνω λόγους, δεν προτιμώνται από τους μηχανικούς.

5. Διαιρέστε την κατασκευή σε επιμέρους τμήματα όπου είναι εφικτό

Επιπλέον, για μερικά εξαρτήματα ίσως να έχει περισσότερο νόημα να τα χωρίσετε σε διάφορα ξεχωριστά μέρη εάν πρόκειται να κατεργαστούν.

Συνήθως όπου ο σχεδιασμός ενός συμπαγούς εξαρτήματος εξυπηρετεί την υψηλότερη μηχανική αντοχή ή και διακοσμητικά στοιχεία, εφόσον μπορείτε να το διαιρέσετε σε επιμέρους τμήματα σίγουρα θα εξοικονομήσετε χρήματα τόσο από το κόστος υλικού όσο και από τον απαιτούμενο χρόνο κατεργασίας.

Συγκρίνετε τις περιοχές 1 και 2 στην εικόνα παρακάτω. Σε αυτή την περίπτωση μπορεί να έχει νόημα να χωρίσετε το τμήμα όπως φαίνεται στην περιοχή 2, γιατί κάνει την κατεργασία πιο δύσκολη για την εργαλειομηχανή, αυξάνει το αρχικό κόστος υλικών και απαιτεί πρόσθετη ρύθμιση της εργαλειομηχανής.

Διαίρεση σε τμήματα

6. Αποφύγετε τις «κλειστές» ανοχές που ταιριάζουν στην εφαρμογή σας

Αυτό που αυξάνει συνήθως το κόστος μίας κατασκευής είναι οι ανοχές που απαιτούνται από τα εξαρτήματα.

Προφανώς όσο πιο ‘αυστηρή’ είναι η επιθυμητή ανοχή, τόσο περισσότερη φροντίδα και προσοχή χρειάζεται κατά την κατεργασία του εξαρτήματος. Πολύ υψηλών απαιτήσεων ανοχές σε ορισμένα στοιχεία μπορεί επίσης να απαιτούν την κατασκευή σφιγκτήρων και ιδιοσυσκευών για τη συγκράτηση και προσανατολισμό του τεμαχίου ή ακόμη και τη χρήση εξειδικευμένων εργαλείων κοπής που θα αυξήσουν τον χρόνο μηχανουργικής κατεργασίας, αλλά και το κόστος, π.χ. εξάρτημα σχετικά μικρό σε μέγεθος αλλά “ακριβό” λόγω ανοχών ±.

Εξάρτημα αυστηρών ανοχών

7. Χρησιμοποιείστε τυποποιημένα σπειρώματα και οπές

Η χρήση τυποποιημένων μεγεθών ισχύει και για τα σπειρώματα και για τις οπές. Εφόσον χρειάζεστε οπές με σπείρωμα προσπαθήστε όσο το δυνατόν περισσότερο να ακολουθήσετε τα πρότυπα σπειρώματα.

Η αγορά εργαλείων για μη πρότυπα σπειρώματα μπορεί να οδηγήσει τόσο σε εκτόξευση του κόστους όσο και του χρόνου αναμονής του εξειδικευμένου εργαλείου λόγω ότι οι κατασκευαστές δεν τα διατηρούν σε απόθεμα ή τα κατασκευάζουν κατόπιν παραγγελίας. Επίσης μπορεί να απαιτηθεί η προμήθεια ειδικής μανέλας που και πάλι θα επιβαρύνει το κόστος.

Συμπεραματικά, ο σωστός σχεδιασμός είναι απαραίτητος προκειμένου να εξοικονομηθεί χρόνος κατεργασίας και να μειωθεί το τελικό κόστος του πρωτοτύπου. Όλες οι προαναφερθένετες πρακτικές συνεισφέρουν καταλυτικά στο σωστό σχεδιασμό και το βέλτιστο οικονομοτεχνικό αποτέλεσμα.