A invenção da primeira máquina CNC remonta ao século 17 na história, mas foi somente na década de 1940 que os engenheiros começaram a considerar e aplicar amplamente a tecnologia de Controle Numérico Computadorizado (CNC). Com o rápido desenvolvimento da tecnologia, apesar do surgimento de tecnologias inovadoras como impressão 3D, a usinagem CNC continua sendo uma das formas mais econômicas de produzir produtos sob demanda. Hoje em dia, cada vez mais empresas estão atentas à usinagem CNC e consideram-na um fator chave para melhorar a eficiência da produção e reduzir custos.
No entanto, o custo continua a ser um desafio significativo para muitas empresas quando se trata de usinagem CNC. Desde a seleção da matéria-prima até a otimização do processo de usinagem, passando pela manutenção e gerenciamento nas etapas posteriores, cada etapa pode afetar o custo total da usinagem CNC. Portanto, controlar e reduzir efetivamente o custo da usinagem CNC tornou-se uma questão urgente que as empresas precisam resolver.
Este artigo se aprofundará em vários fatores que afetam o custo da usinagem CNC e compartilhará uma série de técnicas eficazes para reduzir custos na fase de projeto. Através da otimização do projeto e das estratégias de usinagem, podem ser alcançadas reduções significativas nos custos de usinagem CNC.
Fatores que afetam os custos de usinagem CNC
O custo da usinagem CNC não é fixo, mas sim influenciado por vários fatores. Para as empresas, compreender e compreender profundamente estes factores-chave que influenciam os custos é crucial para optimizar as operações, melhorar a eficiência da produção e alcançar uma gestão de custos eficaz.
Principais fatores que influenciam os custos de usinagem CNC:
- A complexidade do projeto
- Custo das matérias-primas
- Quantidade de peças usinadas
- Custos de mão de obra
- Despesas pós-processamento
- Tipo de máquina CNC utilizada
- Tempo de operação da máquina
16 dicas de design para Reduzir Custos de Usinagem CNC
Depois de obter uma compreensão profunda dos vários fatores que afetam os custos de usinagem CNC, medidas direcionadas de projeto de redução de custos podem ser implementadas para reduzir efetivamente as despesas de usinagem CNC. Aqui estão 16 técnicas de design práticas e impactantes que podem ajudar as empresas a reduzir os custos de usinagem CNC e, ao mesmo tempo, garantir a qualidade do produto.
Dicas de design nº 1: arredondar cantos verticais internos
Na usinagem CNC, o formato da ferramenta é tipicamente cilíndrico, levando à formação natural de um canto com o mesmo tamanho do formato da ferramenta, principalmente na usinagem de ranhuras na junção de superfícies verticais. Este canto é uma parte inevitável do processo de usinagem, mas seu tamanho pode ser controlado através do design do produto.
Ao projetar um produto, se o canto na junção das superfícies verticais for muito pequeno, ferramentas menores deverão ser utilizadas para usinagem. Ferramentas menores não apenas têm eficiência de usinagem relativamente menor, mas também podem resultar em mais tempo de usinagem e trocas de ferramentas, aumentando assim o tempo e os custos gerais de usinagem.
Para reduzir efetivamente os custos de usinagem, aqui estão algumas sugestões importantes de projeto:
Definir razoavelmente o tamanho do canto
O tamanho do canto deve ser de pelo menos 1/3 da profundidade da ranhura e, na prática, cantos maiores costumam ser mais vantajosos para usinagem. Cantos maiores podem reduzir a carga da ferramenta durante a usinagem, melhorando assim a eficiência da usinagem. Por exemplo, para uma profundidade de ranhura de 12 mm, um desenho de canto de 5 mm ou maior seria uma escolha razoável.
Tamanhos de canto uniformes
Para simplificar o processo de usinagem e melhorar a eficiência, é recomendado manter todos os tamanhos de canto consistentes. Dessa forma, todo o processo de usinagem pode utilizar a mesma ferramenta, reduzindo o número de trocas de ferramentas e o tempo de setup de usinagem.
Design na raiz do slot
Na raiz da ranhura, considere projetar um canto menor (como 0.5 mm ou 1 mm) ou optar por não arredondar. Isto é principalmente para manter a resistência estrutural da ranhura e atender aos requisitos específicos do projeto.
Combine ferramentas com cantos
O tamanho ideal do canto deve ser ligeiramente maior que o raio da ferramenta. Isto permite que a ferramenta deslize mais suavemente durante a usinagem, reduzindo o atrito e a resistência, diminuindo ainda mais os custos de usinagem. Por exemplo, para uma ferramenta com diâmetro de 8 mm (raio de 4 mm), um desenho de canto de 5 mm ou maior seria uma boa opção.
Tratamento de casos especiais
Se, devido a requisitos específicos de projeto, os cantos na junção de superfícies verticais não puderem ser arredondados (por exemplo, se aqui for necessário um ajuste perfeito com outra peça quadrada), para evitar cantos menores, o seguinte projeto pode ser implementado:
#2 Dicas de Design: Reduzindo a Profundidade dos Slots
Porque a formação de ranhuras envolve a retirada de grande quantidade de material, o que leva diretamente a um aumento significativo no tempo de usinagem.
A profundidade de usinagem das ferramentas CNC é influenciada principalmente pela estrutura da ferramenta, pelo material e pelo desempenho da máquina. Geralmente, quando a profundidade da ranhura é 2 a 3 vezes o diâmetro da ferramenta, o desempenho de usinagem da ferramenta é ideal e tanto a eficiência de usinagem quanto a durabilidade da ferramenta podem atingir níveis ideais. Por exemplo, para uma fresa de topo com diâmetro de 12 mm, a profundidade máxima segura para usinagem de canais é de 25 mm.
É claro que, em circunstâncias especiais, a usinagem de canais mais profundos pode ser necessária para atender aos requisitos funcionais da peça, com a profundidade máxima não excedendo 4 vezes o diâmetro da ferramenta, mas isso aumentará os custos, especialmente na usinagem com CNC multieixos. máquinas.
Para reduzir os custos de usinagem CNC, os fabricantes podem adotar as seguintes estratégias:
- Mantenha as profundidades das ranhuras dentro de 4 vezes o comprimento.
- Evite projetar canais excessivamente profundos tanto quanto possível para reduzir a remoção desnecessária de material e o tempo de usinagem.
- Otimize o design das peças usando paredes mais finas ou ranhuras menores sempre que possível.
Nº 3 dicas de design: evitando paredes finas
Projetos de paredes finas em usinagem CNC podem levar ao aumento dos custos de usinagem. A menos que haja requisitos específicos, geralmente recomendamos evitar projetos de paredes finas.
O processamento de componentes de paredes finas requer mais tempo, pois são altamente frágeis. Devido à sua tendência a vibrar ou deformar, manter tolerâncias precisas é um desafio e, em casos graves, podem até fraturar. Processamento lento, técnicas especializadas e altas taxas de refugo contribuem para o aumento do custo desses componentes de paredes finas.
O processamento de componentes de paredes espessas é mais estável e econômico. Para manter baixos os custos de processamento, evite designs de paredes finas. A espessura da parede dos componentes metálicos deve ser superior a 0.8 mm e, para componentes plásticos, deve ser superior a 1.5 mm.
Além disso, paredes finas são particularmente propensas a ocorrer ao projetar furos (incluindo furos passantes e furos para parafusos) ou fendas nas bordas das peças. Nestes casos, deve-se prestar atenção extra para aderir às diretrizes de projeto acima para garantir a integridade estrutural e a eficiência de usinagem da peça.
Nº 4 dicas de design: reduza a profundidade da linha
Desnecessário tamanho da rosca a profundidade não apenas aumenta a dificuldade de usinagem, mas também aumenta significativamente os custos porque a usinagem de roscas excessivamente profundas requer o uso de ferramentas especialmente projetadas. Ferramentas especiais não são apenas caras, mas também relativamente menos eficientes na usinagem.
Vale ressaltar que muitos engenheiros e projetistas muitas vezes acreditam erroneamente que aumentar a profundidade da rosca pode aumentar a resistência da conexão. Contudo, na realidade, uma profundidade de rosca excessivamente longa (mais de 3 vezes o diâmetro do furo) não aumenta a resistência da conexão.
Para reduzir os custos de usinagem CNC, recomendamos seguir estes princípios ao projetar roscas:
- A profundidade da rosca deve ser controlada dentro de 3 vezes o diâmetro do furo roscado.
- Para rosqueamento de furo cego, recomenda-se adicionar um comprimento adicional de pelo menos 1/2 do diâmetro da rosca na parte inferior do furo. Isso pode ajudar a evitar fraturas ou danos durante o processo de usinagem.
Nº 5 dicas de design: projete furos de tamanho padrão
O uso de brocas padrão permite uma usinagem de furos rápida e de alta precisão, ao mesmo tempo que reduz a frequência de trocas e ajustes de ferramentas. Em contraste, a usinagem de furos de tamanho não padronizado usando fresas de topo aumenta os custos com ferramentas.
Normalmente, a profundidade de um furo não deve exceder quatro vezes o seu diâmetro. Furos excessivamente profundos aumentam a dificuldade e os custos de usinagem porque exigem ferramentas mais longas e caminhos de usinagem mais complexos. Embora furos profundos (até 10 vezes o diâmetro) sejam tecnicamente viáveis, eles aumentam drasticamente os custos e o tempo de usinagem, por isso devem ser evitados sempre que possível.
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Para reduzir os custos de usinagem CNC, é aconselhável seguir estes princípios no design:
- Priorize a seleção de furos de tamanho padrão.
- Minimize o uso de furos de tamanho fora do padrão.
- Controle a profundidade dos furos.
- Projete furos com dimensões e profundidades razoáveis.
Nº 6 Dicas de design: evitando requisitos rígidos de tolerância
Requisitos rigorosos de tolerância na usinagem CNC geralmente resultam em custos mais elevados e processos de usinagem mais complexos. Ao definir as tolerâncias das dimensões das peças, é essencial abordá-las com cuidado e evitar anotações de tolerância arbitrárias. As tolerâncias só devem ser especificadas quando realmente necessárias, e as tolerâncias de precisão excessivamente rigorosas devem ser minimizadas.
Durante a fase de projeto da peça, se as tolerâncias não forem definidas no desenho de engenharia da peça, a peça será usinada de acordo com as tolerâncias padrão (± 0.1 mm ou menos), o que é suficiente para a maioria das dimensões não críticas e reduz bastante os custos de usinagem.
Também precisamos prestar atenção à usinagem das características internas das peças. Ao usinar furos ou ranhuras que se cruzam internamente, pequenos defeitos, como rebarbas, tendem a ocorrer nas bordas devido a fatores como deformação por força. Para melhorar a qualidade do produto, muitas empresas exigem rebarbação de peças. No entanto, a rebarbação costuma ser um processo demorado e caro. Para algumas estruturas especiais ou áreas de difícil acesso, a remoção manual é muitas vezes a única opção, o que não só aumenta os custos de mão-de-obra, mas também consome uma quantidade significativa de tempo.
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Para reduzir custos, podemos tomar as seguintes medidas:
- Defina tolerâncias de precisão somente quando for realmente necessário para evitar aumentos de custos devido à busca excessiva pela precisão.
- Padronize todas as anotações de dimensão para reduzir erros e complexidade durante processos de usinagem e inspeção.
- Controle rigorosamente o número de casas decimais nas tolerâncias. O número de casas decimais define o grau de precisão e as ferramentas de medição utilizadas. Por exemplo, duas casas decimais podem ser medidas usando um paquímetro, enquanto três casas decimais requerem micrômetros mais precisos ou máquinas de medição por coordenadas.
- Evite requisitos rigorosos de tolerância através de um design de produto otimizado. Por exemplo, encurtar cadeias dimensionais, usar recursos de localização, etc., para melhorar a precisão e a estabilidade da usinagem de peças.
- Colabore com a BoYi para reduzir custos. Após a usinagem das peças, realizamos diretamente o pós-processamento, o que elimina o custo de terceirização secundária para serviços de rebarbação.
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Nº 7 dicas de design: reduzindo o número de operações de fixação
Projete as peças de forma que elas precisem de fixação apenas uma vez para concluir todos os processos de usinagem sempre que possível. Isso minimiza o consumo de tempo e o acúmulo de erros associados à fixação. Quando as peças precisam ser usinadas em múltiplas faces, um design inteligente pode garantir que todos os requisitos de usinagem sejam atendidos com uma única fixação.
Para reduzir custos:
- Projete peças para exigir apenas uma operação de fixação.
- Se não for viável, divida as peças complexas em vários componentes e fixe-as como uma unidade através de processos subsequentes.
Nº 8 Dicas de projeto: evite recursos de projeto inviáveis para usinagem CNC
Nem todos os recursos são viáveis para usinagem CNC. Um exemplo típico é um canto interno de 90°, já que as ferramentas de fresamento CNC são normalmente cilíndricas, resultando em cantos arredondados em vez de cantos afiados ou outros cantos angulares ao cortar bordas de cavidades.
Se um canto agudo for necessário, a prática comum é usar a tecnologia de Usinagem por Descarga Elétrica (EDM). No entanto, a EDM é um processo de fabricação mais caro e complexo em comparação com a usinagem CNC, o que pode aumentar significativamente os custos de produção. Portanto, na maioria dos casos, os projetistas devem evitar exigir diretamente cantos vivos em seus projetos.
Se os cantos vivos forem inevitáveis devido à montagem ou a outros requisitos funcionais, recomenda-se a utilização de cantos arredondados. Cantos filetados podem ser obtidos por meio de usinagem CNC e podem atender parcialmente aos requisitos de cantos vivos até certo ponto, conforme mostrado no diagrama abaixo.
Nº 9 Dicas de design: evite fontes pequenas ou texto em relevo
Sua parte pode exigir fresagem de texto de números de peças, descrições ou logotipos de empresas em sua superfície. No entanto, adicionar texto e símbolos na superfície da peça aumenta significativamente os custos de usinagem CNC porque exigem operações de usinagem adicionais, consomem mais tempo de usinagem e podem acelerar o desgaste da ferramenta.
Se o texto e os símbolos da peça forem necessários, podemos considerar o uso de outros métodos com custos mais baixos para alcançá-los. Por exemplo, técnicas de tratamento de superfície, como serigrafia ou pintura em spray, podem ser usadas para adicionar texto e símbolos. Alternativamente, opte pela gravação em vez do relevo, pois este último requer a remoção de mais material.
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Se o seu software de design não tiver uma fonte de gravação personalizada, é recomendado usar uma fonte San Serif de 20 pontos. Isso ocorre porque essa fonte não possui linhas extras (serifas) no final de cada traço de letra, o que pode aumentar os custos de usinagem. Além disso, recomenda-se a utilização do tamanho 20, pois tamanhos menores que esse são considerados recursos menores, mais difíceis de usinar e resultam em custos mais elevados.
Nº 10 dicas de design: considere a usinabilidade dos materiais
A usinabilidade dos materiais determina diretamente a dificuldade de usinagem e o custo final.
Materiais com boa usinabilidade são mais fáceis de cortar, retificar e modelar, reduzindo o tempo de usinagem e o desgaste da ferramenta. Por exemplo, o latão C360 é conhecido por sua excelente usinabilidade e é adequado para usinagem em alta velocidade.
No entanto, nem todos os materiais possuem usinabilidade superior. O aço é um exemplo típico, com usinabilidade relativamente menor, muitas vezes exigindo mais que o dobro do tempo de usinagem em comparação com as ligas de alumínio. É importante notar que diferentes tipos de aço apresentam níveis variados de usinabilidade. Por exemplo, aço inoxidável 304 possui índice de usinabilidade de apenas 45%, enquanto o aço inoxidável 303 possui índice de até 78%, tornando-o mais adequado para usinagem CNC.
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A usinabilidade de materiais plásticos depende de sua rigidez e propriedades térmicas. Como os plásticos são propensos a derreter e deformar em altas temperaturas, atenção especial deve ser dada ao controle das temperaturas de usinagem e das forças de corte durante a usinagem CNC. O POM é um dos materiais plásticos mais facilmente usináveis por CNC, enquanto o ABS é um pouco menos favorável. Materiais plásticos de engenharia como PEEK e náilon são geralmente considerados difíceis de usinar devido às suas propriedades físicas únicas.
Nº 11 Dicas de design: considere os preços e o tamanho das matérias-primas
A tabela a seguir mostra os preços das matérias-primas comuns de metal e plástico, com tamanhos de tarugo de 150 x 150 x 25 mm.
| Matéria-prima | Preços de Matérias-primas |
| alumínio 6061 | $ 23 |
| alumínio 7075 | $ 74 |
| 304 de aço inoxidável | $ 84 |
| 303 de aço inoxidável | $ 138 |
| Latão C360 | $ 146 |
| ABS | $ 15 |
| Nylon | $ 28 |
| POM | $ 24 |
| PEEK | $ 276 |
O alumínio 6061 oferece uma excelente relação qualidade/preço. É fácil de cortar, lixar e modelar, o que o torna ideal para prototipagem.
O aço inoxidável 303 e o latão C360 também apresentam excelente usinabilidade, com alta eficiência de usinagem e curtos tempos de processamento, atendendo às demandas por usinagem de alta precisão e qualidade. No entanto, os preços destes dois materiais são relativamente elevados, tornando-os adequados para produção em massa. Através da produção em massa, o alto custo das matérias-primas é compensado por tempos de processamento mais curtos.
Materiais plásticos como ABS, náilon e POM têm preços semelhantes aos do alumínio 6061, mas são relativamente mais desafiadores para usinar em CNC. Seus custos de usinagem CNC são relativamente altos. O PEEK é um material muito caro, sendo seu alto custo atribuído principalmente às suas propriedades físicas e químicas únicas. O PEEK possui excelentes propriedades, como resistência a altas temperaturas e resistência à corrosão química, por isso é usado apenas em algumas aplicações especiais.
Para garantir a precisão dimensional das peças sem desperdício de material, na compra de matéria-prima, as dimensões da matéria-prima devem ser pelo menos 3mm maiores que as dimensões da peça. Por exemplo, para uma peça com dimensões externas de 30x30x30mm, podemos escolher um blank com dimensões de 35x35x35mm para usinagem; e para uma peça com dimensões externas de 27x27x27mm, podemos escolher um blank com dimensões de 30x30x30mm para economizar nos custos de material.
Como alternativa, você pode consultar os fornecedores para obter especificações de tamanho padrão da peça bruta e projetar peças mais próximas das especificações de tamanho da matéria-prima para minimizar o desperdício de material.
Nº 12 Dicas de design: reduza o uso de recursos de superfície curva
Ao projetar peças usinadas CNC, a fim de minimizar custos e tempo de usinagem, é recomendado reduzir ou evitar ao máximo o uso de recursos complexos de superfícies curvas.
Esse objetivo pode ser alcançado por meio de algumas estratégias de design. Por exemplo, ao chanfrar bordas externas, se as condições permitirem, devem ser usados chanfros inclinados em vez de cantos arredondados. Tente minimizar ranhuras e saliências internas desnecessárias, simplifique o formato da seção transversal das peças e evite layouts excessivamente compactos.
Nº 13 Dicas de design: evite vários acabamentos de superfície
O acabamento superficial múltiplo não significa apenas mais tempo de usinagem e mão de obra, mas também incorre em custos adicionais. Uma abordagem para mitigar isso é empregar uma técnica de acabamento superficial que possa atender a vários requisitos, reduzindo assim processos e custos.
Para materiais como o alumínio, que são inerentemente fáceis de usinar e exigem polimento superficial mínimo, o acabamento de usinagem mecânica deve ser utilizado sempre que o acabamento superficial for necessário. Isso ocorre porque o acabamento por usinagem mecânica é normalmente a opção de acabamento de menor custo na usinagem CNC. Ele pode produzir diretamente os efeitos de superfície desejados usando ferramentas de corte, sem a necessidade de processos adicionais de acabamento superficial.
Em certos casos, pode ser necessário um acabamento superficial específico para melhorar a qualidade da peça ou atender a requisitos específicos de desempenho. Isso pode incluir ataque químico, jato de areia, eletropolimento e anodização, entre outros. No entanto, ao utilizar estas técnicas de acabamento superficial, deve-se garantir que elas realmente atendam aos requisitos do projeto e sejam utilizadas apenas quando necessário.
Nº 14 Dicas de design: produção de alto volume
Na usinagem CNC, existe uma relação inversa entre o volume da peça e os custos de usinagem CNC. Ou seja, quanto maior o volume de peças, menores serão os custos de usinagem CNC. Esta relação é particularmente evidente quando os volumes de peças são baixos, pois mesmo um pequeno aumento na quantidade pode resultar numa redução significativa de custos. Por exemplo, quando o volume da peça aumenta de 1 para 5, o custo da peça pode diminuir em mais de 50%. Ou seja, quer se fabrice 5, 50 ou 100 componentes, o design CAD é o mesmo.
Produção de alto volume ajuda a reduzir custos, permitindo pedidos de maiores quantidades em vez de vários pedidos dispersos.
Nº 15 Dicas de design: Projete peças axialmente simétricas
O processo de usinagem de peças axialmente simétricas é relativamente simples, e a usinagem eficiente pode ser alcançada usando equipamentos como tornos ou fresadoras, cujas taxas de horas de máquina são normalmente muito inferiores às dos centros de usinagem de 3 ou 5 eixos.
O design axialmente simétrico não apenas simplifica as etapas de usinagem, mas também reduz a variedade de ferramentas e acessórios necessários, reduzindo ainda mais os custos de fabricação.
Nº 16 Dicas de design: usando soluções alternativas
Conforme mencionado acima, os custos de usinagem CNC são relativamente altos.
Ao buscarmos a otimização de custos, devemos abrir nosso pensamento, explorar ativamente e usar outras técnicas de processamento adequadas para substituir a usinagem CNC.
Durante a produção do protótipo, o custo da impressão 3D é inferior ao da usinagem CNC; Durante a produção de alto volume, o custo da moldagem por injeção é menor do que o da usinagem CNC.
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A tabela a seguir mostra a seleção do processo para diferentes quantidades de peças:
| Número de peças | <10 | 10-100 | 100-1000 | > 1000 |
|---|---|---|---|---|
| Metal | Impressão 3D e CNC | CNC | CNC | a-casting |
| Plásticos | impressão 3D | Impressão CNC e 3D | CNC e moldagem por injeção | moldagem por injeção |
Ao aplicar de forma flexível diferentes técnicas de processamento, podemos obter redução de custos, melhoria de eficiência e melhoria de qualidade.
BoYi: seu fabricante confiável de usinagem CNC
Para empresas que buscam Serviços de usinagem CNC, escolher uma oficina mecânica adequada é crucial. Um bom produto pode não ter necessariamente o preço mais baixo, mas certamente pode oferecer aos usuários a melhor relação custo-benefício e excelentes resultados.
Empresas chinesas como a Boyi oferecem opções altamente competitivas com seus serviços de usinagem CNC de baixo custo e alta qualidade. Em comparação com os seus homólogos nas economias mais desenvolvidas, podemos reduzir significativamente os custos globais de maquinação para as empresas sem sacrificar a qualidade do produto.
Se você procura uma empresa de usinagem CNC que ofereça alta relação custo-benefício, alta qualidade e entrega rápida, a Boyi é sem dúvida a sua escolha ideal. Não espere mais - inicie seu projeto de usinagem CNC agora e obtenha um Orçamento CNC!
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Conclusão
Em resumo, este artigo apresenta uma série de técnicas para reduzir custos de usinagem CNC. Essas estratégias de projeto podem ser usadas individualmente ou em combinação para minimizar despesas de usinagem CNC. Além disso, é essencial ajustá-los e otimizá-los com flexibilidade de acordo com requisitos e condições específicas de usinagem.
Perguntas frequentes
O cálculo dos custos de usinagem CNC envolve a consideração de vários fatores, como custos de material, tempo de configuração da máquina, tempo de usinagem, custos de mão de obra, despesas gerais e quaisquer operações adicionais de pós-processamento ou acabamento.
O custo da usinagem CNC em pequena escala normalmente varia de US$ 6 a US$ 11 por hora. Para os serviços de usinagem da BoYi, o custo varia de US$ 11 a US$ 16 por hora. A usinagem de pórtico em grande escala pode exigir US$ 70 por hora. Os custos de usinagem variam dependendo da localização.
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Este artigo foi escrito por engenheiros da equipe da BOYI TECHNOLOGY. Fuquan Chen é engenheiro e especialista técnico com 20 anos de experiência em prototipagem rápida e fabricação de peças metálicas e plásticas.
