Cómo diseñar piezas de fresado CNC para fabricación personalizada: pasos clave para reducir costos

Fresado CNC para fabricación personalizada es el más versátil entre los enumerados anteriormente; sin embargo, el posible problema que se puede crear a través de la producción son las limitaciones de presupuesto y tiempo que posiblemente puedan ir más allá debido al aspecto de que es posible que no estén listos para la producción. Quizás tengan diseños con complejidades.

Esto es el resultado de la divergencia entre diseño y producción. En producción personalizada y Mecanizado CNC , existe la posibilidad de que el profesional del diseño desconozca el proceso requerido en la producción personalizada. No podrán captar los matices de la producción personalizada, por ejemplo, la accesibilidad de las herramientas, las dificultades de configuración u las operaciones secundarias. Por lo tanto, al proceso de revisión típico le faltará la información requerida durante la optimización.

Fresado CNC de fabricación personalizada: la guía de referencia completa

¿Por qué confiar en esta guía? Experiencia práctica de los expertos en fabricación de LS

Ahora bien, es cierto que existen muchos escritos sobre el tema del fresado CNC , pero muy pocos están inscritos por el tipo de personas que participan activamente en este oficio. Este manual no debe su origen a un entorno inmaculado sino al mundo mismo, al propio taller, siendo la precisión la palabra de moda que no se puede negociar. Este tipo de comprensión se ha desarrollado a partir de los campos de batalla de la lucha contra las aleaciones resistentes, las geometrías resistentes y la filosofía de la perfección misma.

La clave del éxito de nuestra empresa es la implementación exitosa de nuestros procesos. Durante la última década, hemos podido entregar más de 50.000 piezas mecanizadas CNC personalizadas. Más importante aún, todas y cada una de estas piezas, ya sea parte de un equipo médico utilizado para salvar una vida o un elemento de sujeción aeroespacial que ha sido sometido a una tensión considerable, nos ha proporcionado una experiencia de aprendizaje práctica. El ASTM Internacional Se han seguido escrupulosamente las directrices.

El conocimiento actual es el conocimiento que aplicamos en nuestras operaciones diarias en la fabricación. Sabemos lo que hay que saber, los avances y velocidades que funcionan bien cuando se trabaja con material de acero inoxidable 316L, así como los procedimientos que hay que seguir para garantizar un acabado perfecto según lo exige el Asociación Nacional de Acabado de Superficies (NASF) .

Figura 1: Diseñando piezas para fresado CNC multieje explicado Por LSManufactura

¿Qué factores de diseño tienen el mayor impacto en los costos de fresado CNC?

Conciencia de la Factores de costo de fresado CNC es el secreto para implementar con éxito grandes recortes de precios. Aunque el precio final es una cifra única, es la suma de una variedad de variables que interactúan. Un análisis adecuado del análisis de costos de mecanizado es la clave para comprender desde dónde se pueden realizar los mayores cortes, no desde la línea de producción sino desde las primeras etapas del diseño mismo, mucho antes de que el primer cortador toque el metal. Las fuerzas principales que impulsan los costos en el control de costos de fabricación son:

• Tiempo de ciclo (utilización de la máquina): este suele ser el componente de costo más grande. Cada minuto que una pieza pasa en la máquina genera costes. Los factores que aumentan el tiempo del ciclo incluyen contornos 3D complejos, eliminación excesiva de material y tolerancias innecesariamente ajustadas que requieren pases de mecanizado más lentos y precisos.
• Geometría y complejidad de las piezas: en cualquier caso, la complejidad es un ámbito en el que las consideraciones de costos también son ciertamente un factor. Se necesitarían máquinas complejas con requisitos de tiempo más prolongados cuando se trate de geometrías que impliquen cavidades profundas con radios de esquina agudos, paredes que podrían ser capaces de vibrar y geometrías dentro de esas cavidades que requerirían una extensión profunda dentro de la cavidad.
• Selección de materiales y desperdicio: como se indicó anteriormente, además del costo involucrado en la selección del material para su uso, el otro costo que se ve afectado por el material seleccionado es el efecto del costo de mecanizado. Por ejemplo, el uso de material robusto como el titanio implica que habrá cortes pesados ​​y, por lo tanto, tiempos de ciclo de corte más altos. Además, en lugar de que el material corte el 80 % del material de la masa sólida, preferiría utilizarse de manera ineficaz en el diseño de un artículo que cortará el 80 % del material de forma casi neta.
• Tolerancias y acabados superficiales: las tolerancias que exceden el valor funcionalmente requerido suman casi la mitad del costo. La razón es que, en lugar de tener un valor de tolerancia de ±0,1 mm , tendrá que ser ±0,025 mm , lo que costará diez veces más. La razón es que si la superficie que no necesita pulido tiene que ser pulida o pulida, llevará mucho tiempo.

En resumen, el control eficaz de los costes de fabricación comienza con un diseño inteligente. Al centrarse en el diseño para la capacidad de fabricación, usted influye directamente en los factores principales de costos del fresado CNC . Un análisis de costos de mecanizado bien ejecutado que considere el tiempo del ciclo, la complejidad y las especificaciones desde el principio es la herramienta más poderosa para saber cómo diseñar piezas de fresado CNC​ que sean a la vez de alta calidad y rentables.

¿Cómo lograr el mejor equilibrio entre coste y rendimiento mediante la selección de materiales?

Para lograr un equilibrio óptimo entre costo y rendimiento de Procesos de mecanizado CNC , el proceso también debe comenzar con la optimización inteligente de la selección de materiales . No siempre se puede elegir el material que posee las mejores propiedades; debe ser el material que posea la mejor idoneidad para el desempeño del requisito funcional de manera óptima para lograr el menor costo del proyecto.

En conclusión, lo más eficaz Diseño de piezas de fresado CNC. considera la capacidad de fabricación por adelantado. Al colaborar con su socio de fabricación durante la fase de diseño, puede evaluar alternativas, como usar acero preendurecido en lugar de tratar térmicamente un grado más blando, para identificar las soluciones de materiales más económicas que brinden el rendimiento necesario y lograr el equilibrio ideal entre costos y rendimiento .

Figura 2: Principios clave de diseño para componentes fresados ​​CNC personalizados y económicos por LS Fabricación

¿Qué tipo de diseño estructural puede reducir eficazmente el tiempo de procesamiento?

Los diseños estructurales optimizados a nivel estratégico, en la actualidad, representan una de las formas más optimizadas que ayudan a lograr el objetivo de reducir el tiempo de mecanizado así como el costo de producción. En esta circunstancia, el papel de los ingenieros en el diseño de componentes con respecto a la capacidad de fabricación tiene como objetivo reducir cualquier complejidad que eventualmente proporcione soluciones de mecanizado eficientes .

La base de las soluciones de mecanizado eficientes es la base de un diseño estructural optimizado con énfasis en la simplicidad y la estandarización. Se podría argumentar que este enfoque proactivo ayudaría a garantizar que cada un solo aspecto de tu fresado CNC personalizado El proyecto no sólo cumplía un objetivo determinado sino que tenía algún valor inherente en cuanto a ser rápido y rentable.

¿Cómo afecta el diseño de tolerancia a los costos y la calidad del mecanizado?

El uso de la optimización del diseño de tolerancia es fundamental para controlar la calidad y el costo en la fabricación. A pesar de fresado de precisión en la fabricación es de suma importancia, cada paso por encima tiene un factor de costo muy alto. Al tratar de lograr un equilibrio entre precisión y costo, es necesario determinar dónde se especifica funcionalmente la precisión, dónde se especifica convencionalmente y dónde se requiere funcionalmente. El impacto de una estrategia de establecimiento de tolerancias razonables puede ser profundo tanto en términos de calidad como de costo:

Costo exponencial de niveles de tolerancia más altos

No será el mismo coste si el nivel de tolerancia es ±0,025 mm o ±0,1 mm . Habría un costo exponencial si los niveles de tolerancia son pequeños, ya que las máquinas funcionarán a velocidades más lentas con el uso de equipos especializados e incluso mediciones CMM .

Proceso de mecanizado y tiempo de ciclo

Los maquinistas, en este escenario, podrían encontrarse en una situación en la que, de acuerdo con el límite de tolerancia, los maquinistas deban confiar en condiciones de mecanizado seguras en un intento por cumplir este requisito especificado sin ninguna variación. Los efectos en este caso, considerando el tiempo cíclico del producto mecanizado resultante, son significativos y resultan en costos adicionales, como se indica a continuación. Es bastante paradójico observar que, además de contribuir a este requisito de coste, el porcentaje de posibilidades de rechazo aumenta debido a las variaciones en el estricto límite de aceptabilidad.

Función sobre formulario

Un ajuste de tolerancia razonable también debe tener en cuenta la función que realiza la pieza al considerar las tolerancias. Las áreas de contacto crítico necesitarían tolerancias estrictas, mientras que las áreas que requieren dimensiones desde un punto de vista cosmético y no funcional pueden usar tolerancias estándar, lo que en efecto reduciría Costos de fresado CNC .

En conclusión, un enfoque inteligente para la optimización del diseño de tolerancia no consiste en minimizar la precisión, sino en aplicarla estratégicamente. Al realizar un análisis funcional para definir una configuración de tolerancia razonable para cada característica, los fabricantes pueden lograr el equilibrio necesario entre precisión y costos , asegurando el rendimiento de la pieza mientras trabajan activamente para reducir los costos de fresado CNC y agilizar la producción.

Figura 3: Comparación del fresado convencional y el fresado ascendente en métodos de producción CNC por LS Fabricación

¿Cómo reducir los costos de fabricación mediante un diseño estandarizado?

La implementación de la estandarización del diseño es una estrategia de reducción de costos poderosa, pero a menudo pasada por alto. En el contexto del fresado CNC para fabricación personalizada , la estandarización no limita la creatividad sino que agiliza la producción al eliminar la variedad innecesaria. El principio básico es maximizar la reutilización de elementos de fabricación eficientes y probados. Las ventajas de la estandarización tanto en términos de costo como de confiabilidad son significativas:

Menor tiempo de configuración y costo de herramientas

Habría una gran estandarización en un número mucho menor de patrones de herramientas en función de los tamaños de los orificios, los radios de las esquinas y los tipos de roscas en el taller que se clasificarían en las categorías definidas anteriormente. Reduciría considerablemente el tiempo de preparación del utillaje, ya que es uno de los factores más importantes que impiden el avance de un trabajo. También sería posible comprar herramientas de calidad al por mayor.

Mayor confiabilidad del proceso y la calidad

El uso de parámetros estándar significaría que los maquinistas pueden contar con velocidades, avances y rendimiento del proceso estándar. El conocimiento creado dentro del caso significaría que el proceso estaría más cerca de la eliminación de errores incurridos con respecto al proceso de programación. De este modo se determinaría la fiabilidad de los productos de calidad que se fabrican.

Simplificación del inventario y las adquisiciones

Esta estandarización a su vez continúa hasta la etapa de inventario de materias primas, es decir, desde la simplificación de las materias primas en términos de tamaños de barras y placas hasta la adquisición simplificada de piezas de hardware estandarizadas en términos de piezas de hardware como tornillos, clavijas, etc.

Minimizar el tiempo de comercialización de nuevos diseños

Los componentes convencionales de los conjuntos de piezas de la biblioteca facilitan el diseño por parte del diseñador. Esto se logra mediante el diseño del componente utilizando bloques de construcción que han sido probados. Este procedimiento de diseño reduce el tiempo utilizado en esta etapa de producción de prototipos. Esto se debe a un diseño adecuado de las piezas basado en el conocimiento de su procesamiento.

La estandarización del diseño es una de las estrategias de reducción de costos que se puede combinar aún más con Fabricación de fresado CNC instalación para garantizar la eficiencia. El concepto es que, en lugar de promover la diversidad, se pueden lograr las ventajas de la estandarización , que incluyen una fabricación rápida, ahorro de costos, precisión y, en última instancia, una empresa de fabricación ágil.

¿Cómo afecta la elección del tratamiento de superficie al coste total?

Tomar decisiones sobre selección de acabado superficial es el último paso para lograr un diseño de fresado CNC rentable . Estas decisiones son importantes porque tienen un impacto directo en la resistencia, la funcionalidad estética y la capacidad funcional de una pieza determinada. Sin embargo, estas decisiones no están exentas de altos niveles de costos asociados. Una estrategia rentable de optimización de costos en estas opciones implicaría garantizar que el nivel de rendimiento necesario en una pieza esté destinado a adaptarse a su entorno en lugar de seleccionar el diseño más sólido a menos que su funcionalidad sea necesaria. Se llega a estas decisiones mediante una comparación clara de los procesos de tratamiento en una serie de factores:

Costo de procesamiento versus nivel de rendimiento

Aunque los procesos especializados como el granallado y el anodizado en general son relativamente menos costosos, resultan bastante efectivos, teniendo en cuenta que cumplen su tarea de proporcionar capas protectoras y acabados pulidos para productos de bajo rendimiento. Los métodos de procesamiento de nivel medio son medianamente costosos y más duraderos y resistentes. Los métodos de procesamiento muy especializados, como la galvanoplastia de níquel no electrolítico y el recubrimiento de PTFE , son muy costosos.

Geometría de la pieza y requisitos de premecanizado

Para los procesos de galvanoplastia, es posible que se requieran radios de esquina específicos para evitar la formación de charcos de revestimiento y garantizar un espesor uniforme del revestimiento de la superficie. Los requisitos de procesamiento pueden incluir la fabricación de la máscara y los valores de la microestructura de la superficie, los cuales se miden mediante la rugosidad de la superficie Ra .

Consecuencias del plazo de entrega y el tamaño de los lotes

Hay ciertas operaciones de producción que requieren un largo tiempo de entrega, y también puede ser factible subcontratar la fabricación de algunos componentes a terceros contratistas, lo que aumentaría el tiempo de entrega en unos pocos días. El alto coste de la pintura se puede estandarizar, haciendo que el anodizado sea comparativamente más barato.

Requisitos funcionales Selección de unidades

La elección del material requiere orientación a partir de especificaciones funcionales. ¿Se necesita conductividad eléctrica? En esta circunstancia específica, no se podría realizar la anodización. ¿No le afectan materiales químicos específicos? ¿Se necesita un material con menor fricción en su superficie? Estas preguntas deben preceder a la sobreespecificación, identificando así las opciones más apropiadas o diseño de fresado CNC rentable .

No sería incorrecto decir que las técnicas de selección del acabado superficial, junto con una estrategia efectiva, son una parte integral de la optimización de costos . El análisis de las necesidades relacionadas con las técnicas de acabado de superficies le permite pasar por alto gastos de costos no deseados, lo que sería útil para garantizar que el resultado maximice el valor de su uso.

Figura 4: Comprensión Procesos de fresado CNC. para una producción económica de piezas por parte de LS Manufacturing

¿Cómo realizar un análisis de fabricabilidad durante la fase de diseño?

Un análisis exhaustivo de la capacidad de fabricación es la acción preventiva más eficaz que se puede tomar para garantizar un proceso de producción exitoso y eficiente. Un examen exhaustivo en relación con la implementación del diseño mucho antes de la implementación del diseño es más efectivo para permitir eliminar problemas antes de cambios costosos en el diseño o retrasos en la línea de producción y, por lo tanto, es el núcleo de cualquier paso exitoso hacia reducir los costos de fresado CNC . Una inspección DFM sistemática normalmente se centra en varias áreas críticas de la evaluación de riesgos del diseño :

1. Accesibilidad de herramientas y viabilidad de funciones: esto implica verificar que todas las esquinas internas, cavidades y socavados puedan ser alcanzados por herramientas de corte estándar. Características como ranuras profundas y estrechas o agujeros con una alta relación longitud-diámetro pueden requerir herramientas especiales o ángulos de mecanizado imposibles, lo que aumenta drásticamente el costo y la complejidad.
2. Diseño para una fijación estable:​ el análisis evalúa si la geometría de la pieza permite una sujeción segura y repetible durante el mecanizado. Los diseños sin caras paralelas o puntos de montaje adecuados pueden requerir accesorios personalizados costosos, aumentar el tiempo de configuración o correr el riesgo de que el movimiento de las piezas provoque desechos.
3. Idoneidad del material y la geometría:​ esta verificación evalúa si el material y el diseño elegidos son compatibles. Identifica problemas potenciales como paredes excesivamente delgadas que podrían vibrar o distorsionarse, secciones innecesariamente gruesas que desperdician material y tiempo de mecanizado, o esquinas internas afiladas que crean concentradores de tensión y requieren herramientas más pequeñas y menos robustas.
4. Racionalización de tolerancias y acabados superficiales: es una parte esencial del análisis de capacidad de fabricación investigar todas las tolerancias y acabados superficiales especificados. Esto debería hacerse para cuestionar las dimensiones especificadas pero que son funcionalmente especificadas y demasiado ajustadas, ya que son elementos de coste importantes, y también para coordinar los acabados superficiales especificados con los requisitos en lugar de terminar la pieza a costes exorbitantes con la única intención de tener un acabado superficial estético.

En breve, inspección DFM en su proceso de diseño puede considerarse un enfoque muy proactivo y muy positivo. Su evaluación de riesgos de diseño puede convertir cualquier barrera del proceso de fabricación en una oportunidad optimizada, y su producto final es innovador, altamente funcional, económico de fabricar y producir con costos de fresado CNC muy reducidos .

Industria de piezas de automoción de fabricación de LS: optimización del diseño ligero de soportes de motor

dentro del Caso de éxito de LS Fabricación , la ingeniería integrada es un estudio de caso que ejemplifica un método mediante el cual la ingeniería es capaz de abordar los principales desafíos que presenta la industria del automóvil. Entre estos desafíos, uno lo plantea un problema que surgió con un proveedor Tier-1 de piezas utilizadas en automóviles, que solicitó una transformación radical en la optimización de piezas de automoción , la de una pieza de motor.

Desafío del cliente

El proceso de fabricación tradicional del soporte de montaje del motor actual y del que se estaba utilizando en el vehículo del cliente implicaba el mecanizado de acero. En este caso, el enfoque fue exagerado porque el producto final sería más pesado; Se trataba de una debilidad del motor en cuanto a la eficiencia del vehículo. En segundo lugar, fue un desperdicio, ya que el acero es bastante caro.

Solución de fabricación LS

Comenzamos un análisis completo de los procesos de diseño y fabricación de pesos ligeros . Sustituimos el material por una aleación de aluminio de mayor resistencia, con la que partimos. Posteriormente, con una herramienta comercial llamada optimización de topología, la redistribuimos a una forma más optimizada con mayor eficiencia, donde el material se restaría de las regiones no críticas. Finalmente, mediante el mecanizado CNC más rápido de esta forma compleja.

Resultados y valor

En vista de esto, los resultados que se han obtenido en este proyecto han sido brillantes. Esto se debe a que el componente final pesaba un 25% menos, lo que repercutía positivamente en el consumo de combustible. Más importante aún, al incorporar la reducción de material, el diseño de piezas y técnicas de mecanizado rentables en este proyecto, se logró una reducción del 30 % en el costo de fabricación.

Muestra que se puede crear valor con un enfoque a nivel de sistema , de modo que la combinación de conceptos de aligeramiento, procesos y comprensión de los materiales dará como resultado un rendimiento, costo y sostenibilidad excepcionales de los componentes. Por lo tanto, el caso de éxito de LS Manufacturing le otorga a la corporación una ventaja competitiva.

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¿Cómo colaborar con los fabricantes para lograr la mejor rentabilidad?

La verdadera optimización de la rentabilidad comienza con estrategias colaboración del fabricante . Al asociarse con su proveedor de mecanizado durante la fase de diseño inicial, puede aprovechar su experiencia práctica en fabricación antes de finalizar cualquier modelo. Este compromiso proactivo genera un valor significativo y es uno de los consejos de diseño de fresado CNC más impactantes. El valor de la participación temprana​ de su socio fabricante se entrega a través de varios canales clave:

• Comentarios proactivos sobre DFM (diseño para la fabricabilidad): los ingenieros con experiencia en mecanizado directo pueden identificar inmediatamente características que son difíciles, lentas o costosas de producir. Pueden sugerir cambios geométricos menores y no críticos , como ajustar el espesor de una pared o el radio de una esquina , que simplifican drásticamente el mecanizado sin afectar la función.
• Abastecimiento alternativo de materiales y procesos: un socio colaborador puede sugerir grados de materiales más fácilmente disponibles o rentables que cumplan con sus especificaciones. También pueden asesorar sobre si una pieza sería más económica como pieza única fresada por CNC o como un conjunto de componentes más simples , equilibrando el costo de mecanizado con la mano de obra de ensamblaje.
• La integración de estrategias de herramientas y herramientas: la primera presentación le brinda al proveedor la oportunidad de formular una estrategia sobre cómo implementar mejor una solución de herramientas y herramientas . Podría abarcar desde diseñar accesorios de sujeción de trabajo con un enfoque en reducir las configuraciones hasta diseñar estrategias de cambio que impliquen un posicionador de pestaña puntual para colocar el artículo de una manera que facilite el trabajo.
• Previsión de costes y análisis de riesgos eficaces: dado que será posible crear un diseño fabricable desde el principio, significaría que el fabricante estaría en condiciones de ofrecer una previsión de costes eficaz. De hecho, incluso permitirá una comprensión presupuestaria efectiva desde una etapa temprana y definitivamente proporcionará ahorros en comparación con cambios costosos en una etapa posterior.

Para lograr una optimización de la rentabilidad , es necesario que sus fabricantes de CNC sean tratados más como co-ingenieros que como proveedores posteriores. El valor que pueden aportar a su proyecto a través de la participación temprana valora su filosofía de diseño para que su proyecto termine basándose en una plataforma de capacidad de fabricación desde los primeros conceptos de diseño. La co-ingeniería es el final Consejos de diseño de fresado CNC para la capacidad de fabricación.

Preguntas frecuentes

1. ¿En qué medida puede ayudar la optimización del diseño a reducir costos, en todo caso?

Dada la complejidad del proyecto y el grado de optimización de costes disponible, se puede lograr un ahorro de costes de entre el 20% y el 40% mediante una optimización razonable del diseño.

2. ¿La optimización del diseño afectará el rendimiento del producto?

Por supuesto, la optimización del diseño profesional es definitivamente una mejora adecuada manteniendo la funcionalidad. Realizaremos controles estrictos para no tener ningún impacto en la funcionalidad.

3. ¿Se requiere optimización del diseño en la producción de lotes pequeños?

La optimización del diseño es válida para cualquier número de lotes. En una situación en la que hay una pequeña cantidad de lotes, la optimización del diseño permitirá reducir los costos.

4. ¿Cómo abordaría el proceso de realizar un análisis del ROI como parte de la optimización del diseño?

También incorporamos un análisis coste-beneficio dentro de nuestro informe, mediante el cual cualquier inversión necesaria en el campo de la optimización y el retorno de la inversión se determinará de forma que ayude en la toma de decisiones.

5. ¿Qué materiales necesitaría para pasar por el proceso de optimización del diseño?

Es necesario aportar lo siguiente: modelos 3D, planos 2D y especificaciones técnicas. Esto nos permitirá realizar un análisis completo de fabricabilidad.

6. ¿Cómo determino la viabilidad de la solución optimizada?

Además, la exactitud de nuestra técnica de optimización también se verifica con diversas técnicas, como el cálculo de CAE, la creación rápida de prototipos y, finalmente, la producción del prototipo.

7. ¿Existe capacitación disponible sobre el tema de optimización del diseño?

Brindamos capacitación personalizada en optimización del diseño a nuestros socios para ayudar a sus equipos a mejorar sus capacidades de diseño y lograr una mejora continua.

8. ¿De qué manera se logra la protección de la propiedad intelectual en el método de optimización?

Seguimos estrictos acuerdos de confidencialidad. Las propiedades intelectuales de nuestras soluciones de optimización le pertenecen. Por tanto, su ventaja competitiva está asegurada.

Resumen

A través de esfuerzos colaborativos en la optimización del diseño y la fabricación, es posible reducir el costo de fabricación y la calidad de los artículos fabricados. A través del amplio conocimiento que la organización tiene en la industria particular, así como de los empleados que son expertos, la organización brinda soluciones completas a los clientes desde el momento de la consulta hasta el momento de la fabricación.

Llame o contáctanos hoy para recibir un informe gratuito de Diseño para fabricación de nuestros diseñadores expertos en LS Manufacturing, y permítanos ayudarle a examinar y optimizar diseños desde una perspectiva de costos relacionada con su fabricación.

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