การอัดขึ้นรูปอลูมิเนียม CNC: คู่มือกระบวนการ ต้นทุน และการตัดเฉือน

การอัดขึ้นรูปอลูมิเนียมซีเอ็นซี เป็นเส้นทางการผลิตแบบผสมผสาน: ขั้นแรกแท่งอะลูมิเนียมจะถูกผลักผ่านแม่พิมพ์เหล็กเพื่อสร้างโปรไฟล์ที่เกือบจะเป็นรูปร่างสุทธิ จากนั้นเครื่องจักร CNC จะเพิ่มคุณสมบัติที่แม่นยำ เช่น การตัดตามความยาว รูเจาะและเกลียว ช่องที่กัด ร่อง และการแกะสลัก ขั้นตอนการอัดขึ้นรูปให้รูปทรงที่มีต้นทุนต่ำตลอดความยาวของชิ้นส่วน ในขณะที่วัสดุขั้นบันได CNC มีความแม่นยำถึง ±0.05 มม. ซึ่งแม่พิมพ์เพียงอย่างเดียวไม่สามารถผลิตได้

สำหรับชิ้นส่วนที่มีหน้าตัดคงที่ที่ปริมาตรประมาณ 100–10,000 หน่วย โดยทั่วไปการผสมผสานนี้จะช่วยลดต้นทุนชิ้นส่วนได้ 40–70% เมื่อเทียบกับการกัดชิ้นส่วนทั้งหมดจากเหล็กแท่งตัน เนื่องจาก 85–95% ของวัสดุไปอยู่ในโปรไฟล์ที่เสร็จแล้ว แทนที่จะถูกตัดเฉือนเป็นเศษ คู่มือนี้ครอบคลุมขั้นตอนการผลิต การทำงานของ CNC ที่ใช้กับโปรไฟล์อัดขึ้นรูป การเลือกโลหะผสมและพิกัดความเผื่อ และกฎการออกแบบที่ทำให้การตัดเฉือนขั้นที่สองมีราคาถูก

จากเหล็กแท่งไปจนถึงชิ้นส่วนสำเร็จรูป: ขั้นตอนการผลิต

ชิ้นส่วนการอัดขึ้นรูปด้วยเครื่องจักร CNC จะเคลื่อนที่ผ่านเครื่องอัดรีดก่อนและไปที่ศูนย์เครื่องจักรอันดับที่สอง ลำดับมีความสำคัญ เนื่องจากการบำบัดความร้อนและการยืดผมจะต้องเกิดขึ้นก่อนการตัดเฉือนที่แม่นยำ และการเก็บผิวสำเร็จมักจะเกิดขึ้นหลังจาก:

1. การผลิตแม่พิมพ์ — แม่พิมพ์เหล็กกล้าเครื่องมือ H13 ได้รับการกลึงและผ่านกรรมวิธีทางความร้อน โดยทั่วไปแล้วจะมีค่าใช้จ่าย 800–3,000 ดอลลาร์ และมีอายุการใช้งานยาวนานกว่า 100 ตัน
2. การอัดขึ้นรูป - แท่งเหล็กถูกให้ความร้อนถึง 420–480°ซ และบังคับผ่านแม่พิมพ์ด้วยเครื่องอัดไฮดรอลิกที่มีน้ำหนัก 1,500–15,000 ตัน ทำให้เกิดโปรไฟล์ที่มีความยาวสูงสุด 6–7 ม.
3. การบ่ม — โปรไฟล์จะถูกอบตามอุณหภูมิ: T5 ที่อุณหภูมิประมาณ 180°C เป็นเวลา 4–6 ชั่วโมง หรือ T6 พร้อมสารละลายที่มีอุณหภูมิใกล้ 530°C ตามด้วยการบ่ม
4. การตัด CNC — เลื่อยสองหัวหรือเราเตอร์ CNC ตัดโปรไฟล์ให้มีความยาวที่ ±0.1 มม แน่นกว่าเลื่อยธรรมดา ±0.5 มม. มาก
5. การตัดเฉือนรองด้วย CNC — การเจาะ การต๊าป การกัด และเคาเตอร์ซิงค์สำหรับเครื่องแมชชีนเซ็นเตอร์แบบ 3 แกนหรือ 4 แกนโดยใช้ฟิกซ์เจอร์เฉพาะที่ยึดโปรไฟล์โดยไม่ทำให้ผนังบางบิดเบี้ยว
6. การขัดลบคมและการเตรียมพื้นผิว — ขอบหักและทำความสะอาดพื้นผิวเพื่อให้สารเคลือบยึดเกาะสม่ำเสมอ
7. การตกแต่งขั้นสุดท้าย — จะมีการชุบอโนไดซ์ (5–25 μm) หรือการเคลือบสีฝุ่น (60–120 μm) หลังจากการตัดเฉือน เพื่อให้เกลียวและพื้นผิวผสมพันธุ์ยังคงเปลือยเปล่า เป็นสื่อกระแสไฟฟ้า และมีความแม่นยำในมิติ
8. การตรวจสอบ — ตำแหน่งรูวิกฤติและเกจเกลียวได้รับการตรวจสอบด้วย CMM หรือการวัดเชิงแสงเทียบกับแบบร่าง

การทำงานของ CNC มักดำเนินการกับโปรไฟล์ที่อัดขึ้นรูป

การอัดขึ้นรูปจะกำหนดหน้าตัดของโปรไฟล์ เครื่องจักรกลซีเอ็นซีกำหนดทุกสิ่งที่ทำให้เป็นชิ้นส่วนที่ใช้งานได้ การดำเนินการรองที่พบบ่อยที่สุด ได้แก่:

• ตัดตามความยาว — เลื่อยหรือเราเตอร์ CNC มีความยาว ±0.1 มม. และได้ปลายทรงสี่เหลี่ยมที่สะอาดพร้อมสำหรับการประกอบ
• การเจาะและการแตะ — จาก M3 ถึง M12 เธรดสำหรับการประกอบ ความลึกของเกลียวอย่างน้อย 1.5× เส้นผ่านศูนย์กลางของสลักเกลียวคือค่าต่ำสุดที่เชื่อถือได้ใน 6061-T6
• การกัดแบบพ็อกเก็ตและแบบสล็อต — ช่องตื้นสำหรับ PCB จอแสดงผล หรือน็อตตัว T โดยปกติจะมีความลึก 1–3 มม. โดยมีรัศมีมุมตรงกับดอกเอ็นมิลล์ (R1–R3 มม.)
• การคว้านและการคว้านรู — ช่องที่ให้สกรูหัวจมหรือสกรูหัวแบนแนบชิดกับพื้นผิวโปรไฟล์
• สิ้นสุดการตัดเฉือน — การหันหน้าออก การบาก หรือการตัดมุมสำหรับข้อต่อเฟรมแบบเชื่อมหรือแบบสลักเกลียว
• แกะสลักและทำเครื่องหมาย — หมายเลขชิ้นส่วน โลโก้ หรือเครื่องหมายขนาดที่ตัดลึก 0.1–0.3 มม. ซึ่งมักเต็มไปด้วยสี

เนื่องจากรูปทรงของโปรไฟล์ถูกสร้างขึ้นแล้ว การดำเนินการแต่ละครั้งจะกำจัดวัสดุเพียงไม่กี่ลูกบาศก์เซนติเมตร รอบการตัดเฉือนรองโดยทั่วไปสำหรับชิ้นส่วนที่มี 12 รูและ 8 รูต๊าปเกลียวจะใช้เวลา 2-4 นาที ซึ่งแปลงเป็นต้นทุนการตัดเฉือนประมาณ 1.50–4.00 เหรียญสหรัฐฯ ในอัตราร้านค้ามาตรฐานที่ 40–80 เหรียญสหรัฐฯ ต่อชั่วโมงเครื่องจักร

การอัดขึ้นรูป CNC เทียบกับการตัดเฉือน CNC เต็มรูปแบบจาก Billet

คำถามหลักในการจัดหาคือ จะต้องตัดเฉือนชิ้นส่วนทั้งหมดจากบล็อกตันหรือจะอัดขึ้นรูปก่อน คำตอบนั้นขึ้นอยู่กับความสม่ำเสมอของปริมาตรและหน้าตัดเกือบทั้งหมด:

ตัวอย่างที่เป็นรูปธรรม: ตู้อิเล็กทรอนิกส์ขนาด 300 × 120 × 50 มม. ใน 6061-T6 พร้อมฟีเจอร์เครื่องจักร 20 รายการ ที่ 1,000 ยูนิต ต้นทุนการตัดเฉือน CNC ทั้งหมดประมาณ 32 เหรียญสหรัฐต่อชิ้นส่วน หรือยอดรวม 32,000 เหรียญสหรัฐ เส้นทางการอัดขึ้นรูปต้องใช้แม่พิมพ์ 1,200 ดอลลาร์บวกกับประมาณ 8 ดอลลาร์ต่อชิ้นส่วนในโปรไฟล์และการตัดเฉือนรอง — รวมเป็นเงิน 9,200 ดอลลาร์ ประหยัดได้ประมาณ 70% . อย่างไรก็ตาม ต้นทุนแม่พิมพ์และปริมาณการสั่งซื้อขั้นต่ำที่ต่ำกว่าประมาณ 50–100 ยูนิต (ปกติคือ 300–500 กิโลกรัมต่อโปรไฟล์) ทำให้การตัดเฉือนบิลเล็ตเป็นทางเลือกที่ถูกกว่าและรวดเร็วกว่า

กลยุทธ์การเลือกโลหะผสมและความทนทาน

เครื่องอัดรีดอัลลอยด์บางเครื่องไม่ดีเท่ากัน โลหะผสมที่นิ่มกว่าเช่น 6063 มีแนวโน้มที่จะยึดเกาะเอ็นมิลล์และผลิตเศษยาว ในขณะที่ 6061-T6 หักเศษได้สะอาดและยึดเกลียวเกลียวได้ดี ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมมันถึงครอบงำงานอัดขึ้นรูปด้วยเครื่องจักร CNC:

ความคลาดเคลื่อนควรถูกแบ่งระหว่างรูปทรงที่อัดขึ้นรูปและลักษณะการตัดเฉือน เนื่องจากเกิดจากกระบวนการที่แตกต่างกันในระดับต้นทุนที่แตกต่างกันมาก:

ใช้พิกัดความเผื่อที่จำกัดเฉพาะกับคุณลักษณะการตัดเฉือนที่จับคู่กับส่วนประกอบอื่นๆ จริงๆ เท่านั้น ; การยึดส่วนที่อัดขึ้นรูปทั้งหมดไว้ที่ ±0.05 มม. บังคับให้เครื่องอัดรีดทำการคัดแยกหรือแม่พิมพ์ที่มีความแม่นยำซึ่งมีราคาแพงเพื่อไม่ให้ได้รับผลการทำงาน

กฎการออกแบบที่ทำให้การตัดเฉือนรองมีราคาถูก

คุณสมบัติ CNC ทุกประการในการอัดขึ้นรูปทำให้เครื่องจักรเสียเวลา และโปรไฟล์ที่มีผนังบางนั้นไวต่อการออกแบบที่ไม่ดีมากกว่าบล็อกตันมาก กฎเหล่านี้จะลดรอบเวลาและของเสียลงอย่างสม่ำเสมอ:

• ทำให้คุณสมบัติการตัดเฉือนทั้งหมดสามารถเข้าถึงได้จากสามแกน — ด้านบนและสองด้าน — เพื่อหลีกเลี่ยงการติดตั้งใหม่หรืองาน 5 แกนที่มีค่าใช้จ่ายสูง
• ให้รัศมีมุมภายในของช่องที่กัดแล้วอย่างน้อย R1–R3 มม. เพื่อให้เข้ากับดอกเอ็นมิลล์มาตรฐาน มุมภายในที่แหลมคมต้องใช้ EDM หรือเครื่องมือขนาดเล็กทำงานช้า
• ดูแลรักษาผนังของ อย่างน้อย 1.2 มม. ภายใต้คุณสมบัติกลึง — ผนังที่บางกว่าจะสั่นระหว่างการกัดและบิดเบี้ยวภายใต้แรงยึด
• วางรูอย่างน้อย 1.5 เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางรูจากขอบโปรไฟล์ เพื่อป้องกันการหลุด โดยเฉพาะบริเวณใกล้กับรอยเชื่อมแบบดายในโปรไฟล์กลวง
• อ้างอิงคุณลักษณะ CNC จาก Datum ที่กลึงแล้ว (ปลายด้านที่หันหน้าหรือแผ่นกัด) ไม่ใช่จากพื้นผิวที่อัดขึ้นรูปซึ่งมีความแปรผัน ±0.2 มม.
• ใช้ขนาดตัวยึดมาตรฐาน (M3, M4, M5, M6, M8) เพื่อให้ทางร้านสามารถใช้เครื่องมือต๊าปและขึ้นรูปมาตรฐานโดยไม่ต้องใช้เครื่องมือแบบกำหนดเอง
• ระบุเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนของการอัดขึ้นรูปมาตรฐาน (EN 755-9 หรือ ASTM B221) สำหรับขนาดที่ไม่สำคัญทั้งหมดในแบบร่าง

ตัวขับเคลื่อนต้นทุนและการใช้งานทั่วไป

เมื่อมีแม่พิมพ์แล้ว ปัจจัยสามประการจะครอบงำราคาต่อชิ้นส่วนของการอัดขึ้นรูปด้วยเครื่องจักร CNC:

• รอบเวลาซีเอ็นซี — ต้นทุนรองที่ใหญ่ที่สุด ที่ 40–80 ดอลลาร์ต่อชั่วโมงเครื่องจักร การเพิ่มจำนวนรูเป็นสองเท่าจะทำให้ต้นทุนการตัดเฉือนเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ดังนั้นควรรวมตัวยึดให้แน่นหากเป็นไปได้
• ค่าตัดจำหน่ายตาย — การเพิ่มดาย $1,500 เท่านั้น $0.30 ต่อส่วนที่ 5,000 หน่วย แต่อยู่ที่ 15 ดอลลาร์ต่อส่วนที่ 100 หน่วย ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมปริมาณจึงมีความสำคัญมาก
• จบ — อโนไดซ์หรือการเคลือบสีฝุ่นเพิ่มต้นทุนชิ้นส่วน 10–25% และอาจต้องมีการมาสก์หน้าเครื่องจักร และเพิ่มแรงงาน

ชิ้นส่วนที่ได้ประโยชน์มากที่สุดคือส่วนที่ยาว เป็นแท่งปริซึม และผลิตเป็นชุดที่ทำซ้ำได้ ได้แก่ กล่องอิเล็กทรอนิกส์และแชสซี แถบระบายความร้อน LED กรอบระบบอัตโนมัติ T-slot รางโมดูลแบตเตอรี่ EV โปรไฟล์การติดตั้งพลังงานแสงอาทิตย์ แผ่นด้านข้างสายพานลำเลียง และรางอุปกรณ์ทางการแพทย์ ทั้งหมดนี้ หน้าตัดจะคงที่ในขณะที่รู ช่อง และเกลียวเปลี่ยนจากส่วนหนึ่งไปยังอีกส่วนหนึ่ง ซึ่งเป็นการแบ่งงานระหว่างแม่พิมพ์และเครื่องจักรอย่างแท้จริง

สูตรเริ่มต้นที่ใช้งานได้จริงคือโปรไฟล์ 6061-T6 ที่มีค่าความคลาดเคลื่อนมาตรฐาน EN 755-9, การตัดเฉือน CNC ที่จำกัดเฉพาะคุณลักษณะการใช้งาน และการใช้อโนไดซ์หลังการตัดเฉือน หากชิ้นส่วนของคุณมีปริมาณหน้าตัดคงที่และต่อปีมากกว่าสองสามร้อยหน่วย ให้ขอใบเสนอราคาทั้ง CNC แบบเต็มและใบเสนอราคาแบบอัดขึ้นรูปบวกด้วย CNC — การเปรียบเทียบมักจะชอบเส้นทางไฮบริดเสมอ ซึ่งมักจะมีอัตรากำไรขั้นต้นที่กว้าง