Produkcja niestandardowych podkładek za pomocą frezowania CNC

Metalowa podkładka to cienki, płaski kawałek metalu, który często służy do wypełniania niewielkich szczelin między przedmiotami. Inne zastosowania, w których przydatna jest produkcja podkładek na zamówienie, obejmują zapewnienie podparcia, wyrównanie powierzchni lub regulację tolerancji w maszynach.

Podkładki metalowe mogą być wytwarzane z tytanu, stali nierdzewnej, aluminium, miedzi lub mosiądzu. Oto niektóre z powodów, dla których podkładki metalowe znajdują zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu:

• Wysoka wytrzymałość i trwałość: W porównaniu z tworzywami sztucznymi charakteryzują się wysoką odpornością na wysokie temperatury i obciążenia, dzięki czemu nadają się do zastosowań w trudnych warunkach.
• Oszczędność kosztów w dłuższej perspektywie: Metalowa podkładka tłumi drgania i amortyzuje zużycie, chroniąc w ten sposób skomplikowane maszyny przed uszkodzeniami. Pozwala to obniżyć koszty napraw i skrócić przestoje.
• Niezwykle wszechstronny: Są one powszechnie stosowane w przemyśle motoryzacyjnym do ustalania odstępów między elementami silnika, zapewniania prawidłowego ustawienia maszyn, wyrównywania belek w konstrukcjach budowlanych oraz jako elementy mocujące służące do montażu maszyn na nierównych powierzchniach.

Do najważniejszych kwestii, które należy wziąć pod uwagę przy produkcji metalowych podkładek wyrównujących, należą: dobór odpowiedniego materiału w zależności od zastosowania lub warunków środowiskowych, precyzyjne tolerancje zapewniające prawidłowe wyrównanie oraz wymagania dotyczące obciążenia. Inne czynniki mające wpływ na proces produkcji to grubość, kształt i płaskość.

Wymagania klienta

Klient zgłosił się do zakładu First Mold z prośbą o wykonanie usługi frezowania CNC w celu wyprodukowania niestandardowych podkładek w niewielkiej serii. Preferowanym przez klienta materiałem do wykonania tego produktu był tytan. Wyprodukowane podkładki miały mieć standardowy, błyszczący wygląd oraz bardzo wąską tolerancję wynoszącą ±0,0254 mm. Klient kładł szczególny nacisk na ścisłe przestrzeganie tolerancji płaskości i grubości.

“Można to uznać za niewielkie wyzwanie, zwłaszcza ze względu na wąskie tolerancje i specyfikę materiału” – powiedział James Li, dyrektor generalny firmy First Mold. “Jednak jako firma zawsze skupiamy się przede wszystkim na potrzebach klienta”.”

Wyzwania i rozwiązania

Chociaż był to produkt o stosunkowo prostej konstrukcji, wybór materiału oraz wykonana na zamówienie tytanowa podkładka – frezowana metodą CNC w niewielkiej serii – stanowiły wyjątkowe wyzwania. Tytan jest kosztowny, a złomowanie nawet jednej części wiąże się z poważnymi stratami.

Cienkie elementy ze stopu tytanu są szczególnie trudne w obróbce CNC. Większość naszych konkurentów zazwyczaj niechętnie przyjmuje takie zlecenia, ponieważ stop tytanu jest trudny do cięcia, a im cieńszy element, tym łatwiej ulega odkształceniu. Produkcja w małych seriach jest również nieopłacalna.

Produkcja niestandardowych podkładek w małych seriach

Powodem, dla którego większość dostawców chętnie odrzuca zlecenia na produkcję podkładek w małych ilościach, jest brak opłacalności. Frezowanie CNC tytanu w celu wykonania niestandardowej podkładki wiąże się z wysokimi początkowymi kosztami stałymi wynikającymi z konfiguracji maszyny, programowania, doboru narzędzi oraz kontroli jakości. Te początkowe koszty stałe muszą zostać rozłożone na niewielką liczbę części, co prowadzi do wysokiego kosztu jednostkowego. Inne powody, dla których dostawcy odrzucają produkcję niestandardowych podkładek w małych ilościach, to między innymi:

• Brak efektu skali przy zakupie materiałów: W przypadku produkcji podkładek w niewielkich ilościach producenci nie mogą skorzystać z rabatów przy zakupie materiałów hurtowych, co powoduje wzrost kosztów surowców.
• Zwiększony nakład pracy: Produkcja na małą skalę często wymaga większej liczby czynności wykonywanych ręcznie, indywidualnych dostosowań oraz czasu pracy wykwalifikowanych operatorów, co powoduje wzrost całkowitych kosztów produkcji.
• Wysokie wymagania dotyczące kontroli jakości: W przeciwieństwie do produkcji na dużą skalę, w której często stosuje się zautomatyzowane procesy, produkcja na mniejszą skalę wymaga rygorystycznych i czasochłonnych kontroli ręcznych.

Firma First Mold nawiązała ścisłą współpracę z dostawcami surowców, a także korzysta z zaawansowanego sprzętu i oprogramowania do frezowania CNC. Połączenie tych czynników pozwala nam produkować niewielkie serie podkładek tytanowych, których inni dostawcy nie mają odwagi podjąć się realizacji.

Odkształcanie cienkich elementów tytanowych

Nie każdy dostawca posiada umiejętności w zakresie produkcji podkładek na zamówienie z tytanu. Wynika to z niskiego modułu sprężystości tego materiału (około 110 GPa w porównaniu z około 200 GPa w przypadku stali). Ponadto materiał ten charakteryzuje się słabą przewodnością cieplną (około 1/7 przewodności stali) oraz wysoką reaktywnością chemiczną. Właściwości te mogą powodować znaczne ugięcia, nierównowagę naprężeń szczątkowych lub odkształcenia termiczne podczas obróbki skrawaniem.

Na przykład podczas obróbki skrawaniem ciepło wytwarzane na krawędzi skrawającej nie jest odprowadzane przez wióry, co prowadzi do skupienia wysokich temperatur, które mogą przekraczać 1000°C. Lokalne nagromadzenie ciepła powoduje, że cienki i słaby tytan rozszerza się nierównomiernie podczas cięcia. Po ostygnięciu może to prowadzić do wypaczenia lub znacznego odkształcenia. Inne czynniki, które mogą prowadzić do odkształceń podczas obróbki tytanu, to między innymi:

• Odkształcenie spowodowane zaciśnięciem: Nierównomierne, promieniowe lub zbyt silne zaciśnięcie może spowodować wstępne odkształcenie podkładki. Po zwolnieniu zaciśnięcia po obróbce podkładka ulegnie wypaczeniu lub odskoczy.
• Odkształcenie spowodowane efektem “sprężystości powrotnej”: Za każdym razem, gdy podczas produkcji metalowych podkładek przechodzi obrabiarka, cienka podkładka ulega odkształceniu, a następnie powraca do pozycji wyjściowej. Może to prowadzić do niedokładności wymiarowych.
• Utwardzanie przez obciążenie: Dzieje się tak, gdy warstwa wierzchnia utwardza się w wyniku działania 30%. W takiej sytuacji konieczne jest zastosowanie większej siły skrawania, co powoduje powstanie naprężeń wewnętrznych.

Firma First Mold dysponuje zespołem inżynierów, którzy od dawna zajmują się obróbką tytanu. Wspólnie opracowali oni strategie mające na celu przezwyciężenie niektórych wyzwań związanych z produkcją niestandardowej podkładki metodą frezowania CNC. Oto niektóre ze strategii zastosowanych przez firmę First Mold w celu spełnienia wymagań klienta:

• Korzystanie z zacisków z miękkimi szczękami: Pomaga to w równomiernym rozłożeniu nacisku, co zapobiega nadmiernej koncentracji nacisku.
• Wbudowany układ chłodzenia wysokociśnieniowego: Pomaga to w regulacji temperatury w okolicy powierzchni skrawania, a także ułatwia usuwanie wiórów.
• Korzystanie z ostrego narzędzia tnącego: Im ostrzejsze narzędzie tnące, tym mniejsza siła cięcia. Prowadzi to do zmniejszenia wytwarzania ciepła i nacisku na podkładkę.
• Łagodzenie stresu: Przed wykończeniem zespół poddał podkładkę wyżarzaniu w celu usunięcia naprężeń wewnętrznych. Działanie to zapewniło ścisłe przestrzeganie tolerancji płaskości i grubości.

Indywidualne rozwiązania i szybka realizacja prototypów

Podczas gdy większość dostawców w Chinach odmawia realizacji niestandardowych podkładek tytanowych – frezowania CNC w małych seriach, firma First Mold jest w stanie zapewnić szybką realizację zamówień o niewielkiej wielkości dzięki zaawansowanej technologii oraz partnerstwom, które nawiązaliśmy na przestrzeni lat.

Na przykład w ramach tego projektu producent oczekiwał dostawy prototypów w ciągu mniej niż czterech tygodni. Pozyskanie tytanu do tego projektu pochłonęłoby większość dostępnego czasu. Zapasy firmy First Mold oraz naszych partnerów obejmują różne surowce. Dostępność surowca pozwoliła zespołowi przyspieszyć produkcję prototypów niestandardowych podkładek.

Czas zaoszczędzony na pozyskiwaniu materiałów został przeznaczony na dopracowanie projektu CAD prototypu. Firma First Mold wykorzystała również zaawansowaną 5-osiową maszynę CNC, aby skrócić czas przygotowania nawet o 40%, a także zwiększyć precyzję. Prototyp został przetestowany pod kątem dokładności wymiarowej, płaskości i grubości przy użyciu maszyn współrzędnościowych (CMM), aby zapewnić zgodność z specyfikacją zawartą w rysunku technicznym klienta.

Produkcja metalowych podkładek dla branż z najwyższej półki

Klientem była firma produkująca wyroby z najwyższej półki. Wyzwaniem związanym z produkcją podkładek na zamówienie dla branż z najwyższej półki, takich jak lotnictwo, sprzęt medyczny, wysokiej klasy sprzęt sportowy oraz maszyny precyzyjne, jest konieczność poświęcenia ogromnej uwagi integralności materiału, precyzji oraz technikom produkcyjnym w celu wyeliminowania wad.

Na przykład należy usunąć zadziory z krawędzi, ponieważ mogą one prowadzić do niewspółosiowości lub powodować powstawanie obszarów o wysokim tarciu. Do najważniejszych czynników, które należy wziąć pod uwagę przy produkcji wysokiej klasy podkładek na zamówienie, należą:

• Jednolita grubość: Podkładka musi spełniać niezwykle wąskie tolerancje grubości, aby uniknąć katastrofalnej awarii maszyny. Grubość musi być jednolita na całej powierzchni, aby uniknąć skupisk naprężeń lub nierównomiernego obciążenia.
• Wykończenie powierzchni: Powierzchnia musi być gładka, aby zminimalizować zużycie i tarcie. Ponieważ projekt dotyczył produkcji na małą skalę, firma First Mold osiągnęła pożądany poziom gładkości i płaskości powierzchni, stosując technikę docierania.

Po frezowaniu CNC przeznaczonym do zastosowań z najwyższej półki firma First Mold czyści i pakuje podkładkę, aby zapobiec zanieczyszczeniu. Wynika to z faktu, że w przemyśle lotniczym i medycznym nawet najmniejsze cząsteczki mogą powodować awarie.

Korzyści, jakie odniósł klient dzięki rozwiązaniu firmy First Mold

Klient nie mógł ukryć swojego entuzjazmu, gdy otrzymał prototypy podkładek wykonanych na zamówienie przed terminem. Po przeprowadzeniu kontroli potwierdził, że tolerancja wymiarowa, płaskość, grubość i wykończenie powierzchni były zgodne z rysunkiem technicznym.

“Jesteśmy naprawdę wdzięczni firmie First Mold za to, że zgodziła się podjąć się realizacji tego projektu produkcji podkładek w niewielkiej serii” – powiedział klient. “W rzeczywistości była to pierwsza z około tuzina firm, z którymi się skontaktowaliśmy, która zgodziła się podjąć się tego projektu. To była ogromna ulga”.”

Firma First Mold nie ograniczyła się jedynie do wysłania klientowi kilku prototypów. Dostarczyliśmy dokładnie taką liczbę niestandardowych podkładek, jaka była potrzebna. Dzięki wykorzystaniu zaawansowanych technologii oraz zaangażowanemu zespołowi inżynierów posiadających doświadczenie w obróbce tytanu projekt ten został zrealizowany w ramach budżetu klienta.

FAQ