Como projetar peças de fresamento CNC para fabricação personalizada: etapas principais para reduzir custos

Fresamento CNC para fabricação personalizada é o mais versátil entre os listados acima; no entanto, o possível problema que pode ser criado através da produção são as restrições orçamentárias e de tempo que podem ir além devido ao aspecto de que podem não estar prontos para a produção. Talvez eles possam ter designs com complexidades.

Isso é resultado da divergência entre design e produção. Na produção personalizada e Usinagem CNC , existe a possibilidade de o profissional de design desconhecer o processo exigido na produção customizada. Eles não serão capazes de compreender as nuances da produção personalizada, por exemplo, acessibilidade da ferramenta, dificuldades de configuração ou operações secundárias. Portanto, o processo típico de revisão não conterá as informações necessárias durante a otimização.

Fresamento CNC de fabricação personalizada: o guia de referência completo

Por que confiar neste guia? Experiência prática dos especialistas em fabricação da LS

Agora, é verdade que existem tons de escrita sobre o assunto da fresagem CNC , mas muito poucos são inscritos pelo tipo de pessoa que está ativamente envolvida neste comércio. Este manual não deve a sua origem a um cenário imaculado, mas ao próprio mundo, à própria oficina, sendo a precisão a palavra da moda que não pode ser negociada. Este tipo de compreensão desenvolveu-se a partir dos campos de batalha da luta contra as ligas resistentes, as geometrias resistentes e a própria filosofia da perfeição.

A chave para o sucesso da nossa empresa é a implementação bem sucedida dos nossos processos. Na última década, conseguimos entregar mais de 50.000 peças usinadas CNC personalizadas. Mais importante ainda, cada uma destas peças, quer se trate de uma peça de equipamento médico utilizado para salvar uma vida ou de um fecho aeroespacial que tenha sido submetido a um esforço considerável, proporcionou-nos uma experiência de aprendizagem prática. O ASTM Internacional as diretrizes foram seguidas escrupulosamente.

O conhecimento atual é o conhecimento que aplicamos em nossas operações diárias de fabricação. Sabemos o que é preciso saber, os avanços e velocidades que funcionam bem quando se trabalha com o material de aço inoxidável 316L , bem como os procedimentos que devem ser realizados para garantir um acabamento perfeito conforme exigido pelo Associação Nacional de Acabamento de Superfície (NASF) .

Figura 1: Projetando peças para fresamento CNC multieixos explicado da LSLManufacturing

Quais fatores de projeto têm maior impacto nos custos de fresamento CNC?

Consciência do Fatores de custo de fresamento CNC é o segredo para implementar com sucesso grandes reduções de preços. Embora o preço final seja um valor único, é a soma de uma variedade de variáveis ​​que interagem. A análise adequada dos custos de usinagem é a chave para entender onde os maiores cortes podem ser feitos, não na linha de produção, mas nos estágios iniciais do próprio projeto, muito antes de a primeira fresa tocar o metal. As principais forças que impulsionam os custos no controle de custos de fabricação são:

• Tempo de ciclo (utilização da máquina):​ Este é frequentemente o maior componente de custo. Cada minuto que uma peça passa na máquina gera custos. Os fatores que aumentam o tempo de ciclo incluem contornos 3D complexos, remoção excessiva de material e tolerâncias desnecessariamente estreitas que exigem passes de usinagem mais lentos e precisos.
• Geometria e Complexidade da Parte: Em qualquer caso, a complexidade é um domínio onde as considerações de custo também são certamente um fator. Haveria necessidade de máquinas complexas com requisitos de tempo mais longos ao lidar com geometrias envolvendo bolsões profundos com raios de canto agudos, paredes que poderiam ser capazes de vibrar e geometrias dentro desses bolsões que exigiriam extensão profunda dentro do bolsão.
• Seleção e desperdício de material: Conforme afirmado anteriormente, além do custo envolvido na seleção do material para uso, o outro custo afetado pelo material selecionado é o efeito do custo de usinagem. Por exemplo, a utilização de material robusto como o titânio implica que haverá cortes pesados ​​e, portanto, tempos de ciclo de corte mais elevados. Além disso, em vez de o material cortar 80% do material do material sólido, seria preferível ser utilizado de forma ineficaz no design de um item que cortará 80% do material com formato quase final.
• Tolerâncias e acabamentos de superfície: As tolerâncias que excedem o valor funcionalmente exigido somam quase metade do custo. A razão é que, em vez de ter um valor de tolerância de ±0,1 mm , terá que ser de ±0,025 mm , o que custará dez vezes mais. A razão é que se a superfície que não precisa de polimento tiver que ser polida ou lixada, vai demorar muito.

Em resumo, o controle eficaz dos custos de fabricação começa com um design inteligente. Ao focar no projeto visando a capacidade de fabricação, você influencia diretamente os principais fatores de custo do fresamento CNC . Uma análise de custos de usinagem bem executada, que considere o tempo de ciclo, a complexidade e as especificações desde o início, é a ferramenta mais poderosa para saber como projetar peças de fresamento CNC que são de alta qualidade e econômicos.

Como alcançar o melhor equilíbrio entre custo e desempenho por meio da seleção de materiais?

Para um equilíbrio ideal entre custo e desempenho Processos de usinagem CNC , o processo também deve começar com a otimização inteligente da seleção de materiais . Nem sempre é possível escolher o material que possui as melhores propriedades; deve ser o material que possua a melhor adequação para o desempenho do requisito funcional de forma ótima, a fim de atingir o menor custo do projeto.

Em conclusão, o mais eficaz Projeto de peças de fresamento CNC considera a capacidade de fabricação antecipadamente. Ao colaborar com seu parceiro de fabricação durante a fase de projeto, você pode avaliar alternativas — como usar um aço pré-endurecido em vez de tratar termicamente uma classe mais macia — para identificar as soluções de materiais mais econômicas​ que proporcionam o desempenho necessário, alcançando o equilíbrio ideal entre custo e desempenho .

Figura 2: Principais princípios de design para componentes fresados ​​CNC personalizados e econômicos por LS Manufacturing

Que tipo de projeto estrutural pode reduzir efetivamente o tempo de processamento?

Projetos estruturais otimizados em nível estratégico, na atualidade, representam uma das formas mais otimizadas que auxiliam no alcance do objetivo de redução do tempo de usinagem e também do custo de produção. Nesta circunstância, o papel dos engenheiros no projeto de componentes no que diz respeito à capacidade de fabricação visa reduzir qualquer complexidade que eventualmente forneça soluções de usinagem eficientes .

O suporte de um projeto estrutural otimizado com ênfase na simplicidade e na padronização é a base das soluções de usinagem eficientes . Alguém poderia argumentar que esta abordagem proativa ajudaria a garantir que cada único aspecto do seu fresagem CNC personalizada O projeto não só cumpriu um determinado objetivo, mas também teve algum valor inerente no que diz respeito a ser rápido e rentável.

Como o projeto de tolerância afeta os custos e a qualidade da usinagem?

O uso da otimização do projeto de tolerância é fundamental no controle da qualidade e do custo na fabricação. Embora fresamento de precisão na fabricação é de primordial importância, cada etapa acima tem um fator de custo muito alto. Ao tentar encontrar um equilíbrio entre precisão e custo, é necessário determinar onde a precisão é especificada funcionalmente, onde é especificada convencionalmente e onde é funcionalmente necessária. O impacto da estratégia de definição de tolerância razoável pode ser profundo em termos de qualidade e custo:

Custo exponencial de níveis de tolerância mais elevados

Não será o mesmo custo se o nível de tolerância for ±0,025 mm ou ±0,1 mm . Haveria um custo exponencial se os níveis de tolerância fossem pequenos, pois as máquinas funcionarão em velocidades mais lentas com o uso de equipamentos especializados e até medições CMM .

Processo de usinagem e tempo de ciclo

Os maquinistas, neste cenário, poderiam encontrar-se numa situação em que, de acordo com o limite de tolerância, os maquinistas são deixados a confiar em condições de maquinação seguras numa tentativa de cumprir este requisito especificado sem quaisquer variações. Os efeitos neste caso, considerando o tempo cíclico do produto usinado resultante, são significativos e resultam em custo extra, conforme observado a seguir. É bastante paradoxal notar que além de contribuir para esta exigência de custo, o percentual de chances de refugo é aumentado devido a variações no apertado limite de aceitabilidade.

Função sobre Formulário

Uma configuração de tolerância razoável também deve levar em consideração a função que a peça desempenha ao considerar as tolerâncias. As áreas de contato crítico necessitariam de tolerâncias rigorosas, enquanto as áreas que exigem dimensões do ponto de vista cosmético e não funcional podem usar tolerâncias padrão, o que na verdade reduziria Custos de fresamento CNC .

Concluindo, uma abordagem inteligente para otimização do projeto de tolerância não consiste em minimizar a precisão, mas em aplicá-la estrategicamente. Ao realizar uma análise funcional para definir uma configuração de tolerância razoável para cada recurso, os fabricantes podem alcançar o equilíbrio necessário entre precisão e custo , garantindo o desempenho da peça enquanto trabalham ativamente para reduzir os custos de fresamento CNC e agilizar a produção.

Figura 3: Comparando o fresamento convencional e o fresamento ascendente em métodos de produção CNC por LS Manufacturing

Como reduzir custos de fabricação por meio de design padronizado?

A implementação da padronização de projetos é uma estratégia de redução de custos poderosa, mas muitas vezes esquecida. No contexto da fresagem CNC para fabricação personalizada , a padronização não limita a criatividade, mas sim agiliza a produção, eliminando variedade desnecessária. O princípio fundamental é maximizar a reutilização de elementos de fabricação comprovados e eficientes. As vantagens da padronização em termos de custo e confiabilidade são significativas:

Menor tempo de configuração e custo de ferramentas

Haveria uma vasta padronização em números muito menores de padrões de ferramentas com base nos tamanhos dos furos, raios dos cantos e tipos de roscas na oficina que se enquadrariam nas categorias definidas acima. Reduziria consideravelmente o tempo de setup do ferramental, pois é um dos fatores mais importantes que impedem o andamento de um trabalho. Também seria possível comprar ferramentas de qualidade a granel.

Maior confiabilidade de processo e qualidade

O uso de parâmetros padrão significaria que os maquinistas poderiam contar com velocidades, avanços e desempenho de processo padrão. O conhecimento criado no caso significaria que o processo estaria mais próximo da eliminação de erros ocorridos no processo de programação. A confiabilidade dos produtos de qualidade produzidos seria assim determinada.

Simplificação de estoque e compras

Esta padronização, por sua vez, continua até o estágio de inventário de matérias-primas, ou seja, a simplificação das matérias-primas em termos de tamanhos de barras e placas para a aquisição simplificada de peças de hardware padronizadas em termos de peças de hardware como parafuso, pino-guia, etc.

Minimizando o tempo de lançamento de novos designs no mercado

Os componentes convencionais dos conjuntos de peças da biblioteca facilitam o projeto por parte do projetista. Isto é conseguido através do design do componente usando blocos de construção que foram testados. Este procedimento de projeto reduz o tempo utilizado nesta etapa de produção de protótipos. Isto se deve a um projeto adequado das peças baseado no conhecimento de seu processamento.

A padronização do projeto é uma das estratégias de redução de custos que pode ainda ser combinada com Fabricação de fresamento CNC instalação para garantir a eficiência. O conceito é que, em vez de promover diversidades, as vantagens da padronização , que incluem fabricação rápida, economia de custos, precisão e, em última análise, uma empresa de manufatura ágil, possam ser alcançadas.

Como a escolha do tratamento de superfície afeta o custo total?

Tomar decisões sobre seleção de acabamento superficial é o passo final para alcançar um projeto de fresamento CNC econômico . Estas decisões são importantes porque têm um impacto direto na resistência, funcionalidade estética e capacidade funcional de uma determinada peça. No entanto, estas decisões não estão isentas dos elevados níveis de custos que lhes estão associados. Uma estratégia de otimização de custos econômica nessas escolhas envolveria garantir que o nível de desempenho necessário em uma peça tenha como objetivo corresponder ao seu ambiente, em vez de selecionar o projeto mais forte, a menos que sua funcionalidade seja necessária. Estas decisões são tomadas através de uma comparação clara dos processos de tratamento em vários fatores:

Custo de processamento versus nível de desempenho

Embora o processamento especializado, como o jateamento e a anodização geral, seja relativamente menos dispendioso, ele é considerado bastante eficaz, tendo em mente que está cumprindo sua tarefa de fornecer camadas protetoras e acabamentos polidos para produtos de baixo desempenho. Os métodos de processamento de nível médio são medianamente caros e são mais duráveis ​​e resistentes. Métodos de processamento muito especializados, como galvanoplastia de níquel eletrolítico e revestimento de PTFE , são muito caros.

Geometria da peça e requisitos de pré-usinagem

Para processos de galvanoplastia, podem ser necessários raios de canto específicos para evitar a formação de poças de galvanização e garantir uma espessura uniforme do revestimento superficial. Os requisitos de processamento podem incluir a fabricação de máscaras e valores de microestrutura superficial, ambos medidos pela rugosidade superficial Ra .

Consequências do prazo de entrega e tamanho dos lotes

Existem certas operações de produção que exigem um longo prazo de entrega, e também pode ser viável terceirizar a fabricação de alguns componentes para terceiros, o que aumentaria o prazo de entrega em alguns dias. O alto custo da pintura pode ser padronizado, tornando a anodização comparativamente mais barata.

Seleção de unidade de requisitos funcionais

A escolha do material requer orientação das especificações funcionais. A condutividade elétrica é necessária? Nesta circunstância específica, a anodização não poderia acontecer. Você não é afetado por materiais químicos específicos? É necessário um material com menor atrito em sua superfície? Estas questões devem preceder a especificação excessiva, identificando assim o mais adequado ou projeto de fresamento CNC econômico .

Não seria uma afirmação incorreta dizer que as técnicas de seleção do acabamento superficial , juntamente com uma estratégia eficaz, são parte integrante da otimização de custos . A análise de necessidades relacionadas às técnicas de acabamento superficial permite ignorar gastos indesejados, o que seria útil para garantir que o resultado maximize o valor de seu uso.

Figura 4: Entendimento Processos de fresa CNC para produção econômica de peças pela LS Manufacturing

Como conduzir a análise de capacidade de fabricação durante a fase de projeto?

Uma análise completa da capacidade de fabricação é a ação preventiva mais eficaz que se pode tomar para garantir um processo de produção bem-sucedido e eficiente. Um exame minucioso em relação à implementação do projeto bem antes da implementação do projeto é mais eficaz para permitir a eliminação de problemas antes de alterações dispendiosas no projeto ou atrasos na linha de produção e, portanto, está no centro de qualquer passo bem-sucedido para reduzir custos de fresamento CNC . Uma inspeção sistemática do DFM normalmente se concentra em diversas áreas críticas da avaliação de riscos de projeto :

1. Acessibilidade da ferramenta e viabilidade de recursos:​ Isso envolve a verificação de que todos os cantos internos, cavidades e cortes inferiores podem ser alcançados por ferramentas de corte padrão. Recursos como canais profundos e estreitos ou furos com alta relação comprimento/diâmetro podem exigir ferramentas especiais ou ângulos de usinagem impossíveis, aumentando drasticamente o custo e a complexidade.
2. Projeto para fixação estável:​ A análise avalia se a geometria da peça permite uma fixação segura e repetível durante a usinagem. Projetos sem faces paralelas ou pontos de montagem adequados podem exigir acessórios personalizados caros, aumentar o tempo de configuração ou arriscar o movimento da peça, levando ao descarte.
3. Adequação de materiais e geometria:​ Esta verificação avalia se o material e o design escolhidos são compatíveis. Ele identifica problemas potenciais, como paredes excessivamente finas que podem vibrar ou distorcer, seções desnecessariamente espessas que desperdiçam material e tempo de usinagem ou cantos internos afiados que criam concentradores de tensão e exigem ferramentas menores e menos robustas.
4. Racionalização de tolerância e acabamento superficial: É uma parte essencial da análise de capacidade de fabricação investigar todas as tolerâncias e acabamentos superficiais especificados. Isto deve ser feito para questionar as dimensões especificadas, mas que são funcionalmente especificadas e muito apertadas, uma vez que estes são elementos de custo importantes, e também para coordenar os acabamentos superficiais especificados com os requisitos, em vez de terminar a peça a custos exorbitantes com a única intenção de obter um acabamento superficial estético.

Resumidamente, Inspeção DFM em seu processo de design pode ser considerada uma abordagem muito pró-activa e altamente positiva. Sua avaliação de risco de projeto pode transformar qualquer barreira no processo de fabricação em uma oportunidade otimizada, e seu produto final é inovador, altamente funcional, econômico de fabricar e produzir com custos de fresamento CNC altamente reduzidos .

LS Manufacturing Indústria de peças automotivas: otimização de design leve de suportes de motor

Dentro do Caso de sucesso da LS Manufacturing , a engenharia integrada é um estudo de caso que exemplifica um método através do qual a engenharia é capaz de enfrentar os principais desafios apresentados pela indústria automobilística. Entre esses desafios, um deles é colocado por um problema que surgiu com um fornecedor Tier-1 de peças utilizadas em automóveis, que solicitou uma transformação radical na otimização de peças automotivas , a de uma peça de motor.

Desafio do cliente

O processo tradicional de fabricação do suporte de montagem do motor atual e daquele que estava sendo utilizado no veículo do cliente envolvia usinagem de aço. Neste caso, a abordagem foi excessivamente elaborada porque o produto final seria mais pesado; este era um ponto fraco do motor no que diz respeito à eficiência do veículo. Em segundo lugar, foi um desperdício, uma vez que o aço é bastante caro.

Solução de Fabricação LS

Iniciamos uma análise completa dos processos de design e fabricação de peso leve . Substituímos o material por uma liga de alumínio de maior resistência, a partir da qual começamos. Posteriormente, com uma ferramenta comercial chamada otimização topológica, redistribuímos para uma forma mais otimizada e com maior eficiência, onde o material seria subtraído de regiões não críticas. Finalmente, através da usinagem CNC mais rápida desta forma complexa.

Resultados e valor

Diante disso, os resultados alcançados neste projeto foram brilhantes. Isto porque o componente final pesava 25% menos, impactando positivamente o consumo de combustível. Mais importante ainda, ao incorporar neste projeto a redução de materiais, o design das peças e técnicas de usinagem econômicas , foi obtida uma redução de 30% no custo de fabricação.

Ele mostra que o valor pode ser criado com uma abordagem em nível de sistema , de modo que a combinação de conceitos de redução de peso, processos e compreensão de materiais resulte em excelente desempenho, custo e sustentabilidade dos componentes. Portanto, o caso de sucesso da LS Manufacturing induz a corporação a uma vantagem competitiva.

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Como colaborar com os fabricantes para obter a melhor relação custo-benefício?

A verdadeira otimização de custo-benefício​ começa com estratégias colaboração do fabricante . Ao fazer parceria com seu fornecedor de usinagem durante a fase inicial do projeto, você pode aproveitar sua experiência prática de fabricação antes de qualquer modelo ser finalizado. Esse envolvimento proativo agrega valor significativo e é uma das dicas de projeto de fresamento CNC mais impactantes. O valor da participação antecipada do seu parceiro de produção é entregue através de vários canais principais:

• Feedback proativo de DFM (Design for Manufacturability): Engenheiros com experiência direta em usinagem podem identificar imediatamente recursos que são difíceis, lentos ou caros de produzir. Eles podem sugerir alterações geométricas menores e não críticas — como ajustar a espessura da parede ou o raio do canto — que simplificam drasticamente a usinagem sem afetar a função.
• Fornecimento alternativo de materiais e processos:​ Um parceiro colaborativo pode sugerir tipos de materiais mais prontamente disponíveis ou econômicos que atendam às suas especificações. Eles também podem aconselhar sobre se uma peça seria mais econômica como única peça fresada CNC ou como montagem de componentes mais simples , equilibrando custo de usinagem com mão de obra de montagem.
• A integração de estratégias de ferramentas e acessórios: A primeira apresentação dá ao fornecedor a oportunidade de formular uma estratégia sobre a melhor forma de implementar uma solução de acessórios e ferramentas . Isso pode variar desde o projeto de acessórios de fixação de trabalho com foco na redução de configurações até o projeto de estratégias de troca que envolvem um posicionador de guia local para posicionar o item de uma maneira que facilite o trabalho.
• Previsão de custos e análise de riscos eficazes: Como será possível criar um projeto fabricável desde o início, isso significaria que o fabricante estaria em condições de oferecer previsões de custos eficazes. Na verdade, permitirá até mesmo uma compreensão orçamental eficaz desde uma fase inicial e proporcionará certamente poupanças em relação a alterações dispendiosas numa fase posterior.

Para haver otimização de custo-benefício , é necessário que seus fabricantes de CNC sejam tratados mais como co-engenheiros do que como suprimentos posteriores. O valor que eles podem agregar ao seu projeto por meio da participação precoce valoriza sua filosofia de design para que seu projeto acabe sendo fundamentado em uma plataforma de fabricação a partir dos primeiros conceitos de design. A co-engenharia é a última Dicas de design de fresamento CNC para capacidade de fabricação.

Perguntas frequentes

1. Até que ponto a otimização do projeto pode ajudar na redução de custos, se é que ajuda?

Tendo em conta a complexidade do projecto e o grau de optimização de custos disponível, uma poupança de custos entre 20% e 40% pode ser alcançada através de uma optimização razoável do projecto.

2. A otimização do design afetará o desempenho do produto?

É claro que a otimização do design profissional é definitivamente uma melhoria apropriada com a funcionalidade mantida. Faremos verificações rigorosas para não causar nenhum impacto na funcionalidade.

3. A otimização do projeto é necessária na produção de pequenos lotes?

A otimização do projeto é válida para qualquer número de lotes. Numa situação em que haja um pequeno número de lotes, a otimização do projeto proporcionará redução de custos.

4. Como você abordaria o processo de realização de uma análise de ROI como parte da otimização do design?

Também incorporamos uma análise de custo-benefício em nosso relatório, segundo a qual qualquer investimento necessário na área de otimização e retorno do investimento será determinado de forma a auxiliar na tomada de decisões.

5. De quais materiais eu precisaria para passar pelo processo de otimização do design?

É necessário fornecer o seguinte: modelos 3D, planos 2D e especificações técnicas. Isso nos permitirá realizar uma análise completa de capacidade de fabricação.

6. Como determino a viabilidade da solução otimizada?

Além disso, a correção de nossa técnica de otimização também é verificada com diversas técnicas como cálculo de CAE, prototipagem rápida e, finalmente, produção do protótipo.

7. Existe formação disponível sobre a questão da otimização do design?

Oferecemos treinamento personalizado de otimização de design para nossos parceiros para ajudar suas equipes a melhorar suas capacidades de design e alcançar melhorias contínuas.

8. De que forma é alcançada a proteção da propriedade intelectual no método de otimização?

Seguimos acordos de confidencialidade rigorosos. As propriedades intelectuais das nossas soluções de otimização pertencem a você. Portanto, sua vantagem competitiva está garantida.

Resumo

Através de esforços colaborativos na otimização do projeto e na fabricação, é possível reduzir o custo de fabricação e também a qualidade dos itens fabricados. Através do amplo conhecimento que a organização possui no setor específico, bem como de funcionários especialistas, a organização fornece soluções completas aos clientes desde o momento da consulta até o momento da fabricação.

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