De complete gids voor bewerkte onderdelen

Bewerkte onderdelen zijn overal, en het is gemakkelijk in te zien waarom:CNC-bewerking is geschikt voor een reeks metalen en kunststoffen, en bewerkte onderdelen kunnen snel en betaalbaar worden gefabriceerd zonder gereedschap.

Met 3ERP kunt u bewerkte onderdelen en prototypes krijgen tegen eerlijke prijzen met korte doorlooptijden, en we hebben ervaring met het werken met klanten uit verschillende sectoren. Maar waarom zou u kiezen voor bewerkte onderdelen versus gegoten of 3D-geprinte onderdelen? Soms is de keuze voor de hand liggend, maar soms is het moeilijker om te beslissen. En hoe ontwerp je eigenlijk onderdelen voor bewerking, in eigen beheer of uitbesteed aan een fabrikant?

Deze gids behandelt de basisprincipes van bewerkte onderdelen:wat ze zijn, waarom bedrijven ze nodig hebben, de beste bewerkingsmaterialen, typische toleranties voor bewerkte onderdelen, hoe bewerkte onderdelen te ontwerpen en meer.

Wat zijn bewerkte onderdelen?

Bewerkte onderdelen zijn overal. Van kleine metalen bevestigingsmiddelen tot onderdelen van vliegtuigmotoren, allerlei onderdelen zijn gebouwd met behulp van het machinale proces. Maar wat is verspanen precies, en wat is dus een bewerkt onderdeel?

Als we het hebben over bewerkte onderdelen, bedoelen we iets specifiekers dan objecten die met machines zijn gebouwd. We bedoelen specifiek onderdelen die zijn vervaardigd met behulp van snijden machines zoals molens , draaibanken , en routers . Deze machines werken allemaal op verschillende manieren, maar hun fundamentele doel is hetzelfde:het gebruik van een scherp snijgereedschap , ze snijden secties weg van een blok materiaal dat bekend staat als het werkstuk.

Zelfs binnen die definitie kunnen bewerkte onderdelen op verschillende manieren worden gevormd. Het bewerkingsproces kan handmatig . zijn , waarbij een machinist (een bekwame professionele bediener van bewerkingsapparatuur) een machine als een frees hanteert om het werkstuk handmatig in de gewenste vorm te snijden. Of het kan digitaal zijn , in welk geval een gemotoriseerde CNC-machine de bewerkte onderdelen automatisch snijdt volgens computerinstructies.

Tegenwoordig worden de meeste complexe of op maat bewerkte onderdelen gemaakt met CNC-machines, maar machinisten doen nog steeds handmatige bewerking voor bepaalde taken, omdat dit sneller kan zijn dan het maken van een digitaal ontwerp en het programmeren van de digitale machines.

Bewerkte onderdelen kunnen van metaal of plastic zijn (soms ook andere materialen), maar ze moeten gemaakt zijn van een materiaal dat gesneden kan worden zonder drastisch te vervormen.

Soms worden onderdelen machinaal bewerkt nadat ze met een ander productieproces zijn gebouwd. Gegoten of gegoten artikelen kunnen bijvoorbeeld in een later stadium bepaalde details of functies bevatten. Deze kunnen worden omschreven als gedeeltelijk bewerkte onderdelen of nabewerkte onderdelen.

Waarom bewerkte onderdelen gebruiken?

Er zijn veel redenen waarom bedrijven, productontwerpers, R&D-afdelingen en andere professionals machinale onderdelen zouden kunnen gebruiken, en veel van de specifieke voordelen van bewerkte onderdelen worden in de volgende sectie beschreven.

Kortom, bewerkte onderdelen hebben een uitstekende sterkte, omdat ze zijn opgebouwd uit massieve blokken materiaal, en ze kunnen worden gemaakt in een breed scala aan vormen en diktes. Ze kunnen zeer gedetailleerde kenmerken hebben en ze kunnen van een zeer breed scala aan materialen worden gemaakt. Kleine hoeveelheden bewerkte onderdelen kunnen snel worden gemaakt, omdat ze geen gereedschap nodig hebben, en toleranties kunnen erg krap zijn als de bewerkingssnelheden worden verlaagd.

Bedrijven kunnen ook machinale onderdelen gebruiken, omdat machinale bewerking een beproefde productietechniek is die al tientallen jaren een industriestandaard is. Bewerkte onderdelen zullen daarom waarschijnlijk voldoen aan branchespecifieke normen en certificeringen.

Voordelen van bewerkte onderdelen

Bewerkte onderdelen bieden bepaalde voordelen die niet mogelijk zijn met bijvoorbeeld spuitgietonderdelen of 3D-geprinte onderdelen. Enkele van de belangrijkste voordelen van bewerkte onderdelen worden hier opgesomd.

1. Geen MOQ

Een van de belangrijkste voordelen van bewerkte onderdelen is de mogelijkheid om ze te kopen zonder minimale bestelhoeveelheid.

Voor gegoten onderdelen is het noodzakelijk om metalen gereedschappen te fabriceren - een proces dat lang duurt en doorgaans tienduizenden dollars kost. Bewerkte onderdelen worden echter direct uit een onbewerkt werkstuk gesneden, waardoor het voordelig is om zeer kleine hoeveelheden of zelfs eenmalige onderdelen te bestellen.

Als er een zeer grote hoeveelheid (kunststof) onderdelen nodig is, kan het natuurlijk zijn dat gieten een beter voorstel is. Maar machinale bewerking is vrijwel uniek in het aanbieden van onderdelen van hoge kwaliteit zonder MOQ, waardoor het geschikt is voor kleinere bedrijven, kleine productieruns en prototyping.

2. Goede prototypes

Sommige bedrijven kiezen ervoor om spuitgegoten prototypes te bestellen, maar het zijn meestal alleen grote bedrijven die het zich kunnen veroorloven om dit te doen. De kosten van tooling kunnen prototyping onbetaalbaar maken.

Bewerkte onderdelen zijn geschikt en betaalbaar als prototype omdat ze eenmalig kunnen worden vervaardigd. Machinale bewerking is ook veel sneller dan gieten, wat betekent dat R&D-afdelingen snel verschillende versies van een onderdeel kunnen herhalen en het vervolgens door elke vereiste test of beoordeling kunnen laten gaan voordat ze naar productie gaan.

De materiaalveelzijdigheid van machinale bewerking betekent ook dat bedrijven machinaal bewerkte onderdelen kunnen bestellen in verschillende metaallegeringen of composietkunststoffen om te zien welke het beste presteert onder testomstandigheden.

3. Ontwerpvrijheid

Bewerkte onderdelen kunnen een grote verscheidenheid aan vormen en maten hebben. Dit komt omdat CNC-bewerking niet onderhevig is aan extreme ontwerpbeperkingen zoals dunne wanden en taps toelopend; bewerkte onderdelen kunnen dik en robuust zijn, maar hun kenmerken kunnen ook fijn en gedetailleerd zijn.

Hoewel bewerkte onderdelen enige beperkingen hebben als het gaat om bijvoorbeeld interne secties en diepe kanalen, vormt machinale bewerking nog steeds een van de meest geometrisch flexibele productieprocessen.

Gegoten onderdelen moeten daarentegen dunne wanden hebben en in het algemeen voldoen aan strengere ontwerpcriteria.

Zelfs 3D-printen, over het algemeen gezien als een van de beste productietechnieken in termen van ontwerpvrijheid, heeft beperkingen, zoals het vermijden van overhangen. (En er kunnen uitgebreide ondersteuningsstructuren nodig zijn voor complexere en uitgestrekte ontwerpen, die moeten worden verwijderd met kostbare nabewerkingsstappen.)

4. Kwaliteit

Bewerkte onderdelen kunnen van zeer hoge kwaliteit worden gemaakt. Misschien nog belangrijker is dat klanten toleranties kunnen specificeren waaraan de machinist moet voldoen. Dit betekent dat de machinist of machinebediener extra tijd kan besteden aan onderdelen met een nauwe tolerantie en individuele functies.

Hoewel spuitgietmatrijzen ook met nauwe toleranties kunnen worden gemaakt, kan elk afzonderlijk vormstuk niet aan zo'n hoge standaard worden gehouden. Vormstukken die tegen het einde van de levensduur van de mal zijn geproduceerd, kunnen de definitie van eerdere eenheden missen.

5. Doorlooptijden

Bewerkte onderdelen kunnen sneller worden gefabriceerd dan onderdelen die zijn gemaakt via andere productieprocessen zoals gieten.

Dit is deels te wijten aan het ontbreken van arbeidsintensief gereedschap, maar het productieproces zelf is ook zeer efficiënt:sommige van de snellere bewerkingscentra die zijn uitgerust met lineaire geleiderails hebben hoge snelheden van ongeveer 4.000 centimeter per minuut (hoewel onderdelen eigenlijk niet bewerkt met die snelheden).

Het eenstapskarakter van bewerking en de snelheid van CNC-bewerkingscentra zorgen ervoor dat bewerkte onderdelen tot de snelst te fabriceren onderdelen behoren (in lage volumes), waardoor de doorlooptijden worden verkort voor een kortere time-to-market en praktische rapid prototyping.

6. Wijzigingen

Omdat CNC-gefreesde onderdelen worden gemaakt van een digitaal CAD-bestand, is het mogelijk om wijzigingen aan te brengen in dat digitale ontwerp tot het moment van fabricage.

Dit is handig tijdens R&D en prototyping, wanneer technici fractionele aanpassingen aan het bewerkte onderdeel willen maken of meerdere versies willen maken. Het vermindert ook de kans op verspilling, omdat het minder waarschijnlijk is dat defecte onderdelen worden gemaakt.

Dit is een aanzienlijk voordeel voor bewerkte onderdelen ten opzichte van gegoten onderdelen:gereedschap kan niet eenvoudig worden gewijzigd en het zou een enorme verspilling van geld zijn om een ​​nieuwe matrijs te maken als er op het laatste moment een wijziging nodig is.

7. Kracht

Bewerkte onderdelen worden gesneden uit massieve stukken materiaal die bekend staan ​​als blanks, die meestal zijn gegoten of geëxtrudeerd. Dit maakt ze erg sterk in vergelijking met bijvoorbeeld 3D-geprinte onderdelen, die veel zwakker kunnen zijn langs de ene as waar de ene laag op de andere wordt gebouwd.

Veel bewerkte onderdelen zijn ook sterker dan hun gegoten equivalenten, omdat gegoten onderdelen dunne wanden moeten hebben en daarom beperkt zijn in termen van mechanische prestaties.

8. Oppervlakteafwerking

Bewerkte onderdelen vermijden de problemen met de oppervlaktekwaliteit die gepaard gaan met gieten, zoals stroomlijnen, jetting en flash bij de scheidingslijn. Met een matige hoeveelheid nabewerking kunnen bewerkte onderdelen op een zeer hoog niveau worden gebracht wat betreft oppervlakteafwerking.

Machinale bewerking geeft ook een veel betere oppervlakteafwerking aan 3D-printen, zelfs voordat er enige nabewerking is uitgevoerd. 3D-printen, vooral FDM-printen, kan zichtbare laaglijnen achterlaten op het oppervlak van het onderdeel dat moet worden gladgestreken via schuren of chemische behandeling. Bewerkte onderdelen hebben deze laaglijnen niet.

Bewerkte onderdelen ontwerpen

Het is altijd het beste om design for manufacturing te gebruiken (DfM ) principes:ontwerp onderdelen op basis van het fabricageproces dat zal worden gebruikt. Onderdelen voor verspaning moeten anders worden ontworpen dan bijvoorbeeld onderdelen voor 3D-printen.

Gelukkig zijn bewerkte onderdelen niet bijzonder moeilijk te ontwerpen - zolang bepaalde regels maar worden gevolgd. Deze regels worden hieronder beschreven.

Ondersnijdingen

Ondersnijdingen zijn sneden in het werkstuk die niet kunnen worden uitgevoerd met standaard snijgereedschappen (omdat een deel van het onderdeel het blokkeert). Ze vereisen speciale snijgereedschappen - bijvoorbeeld T-vormige - en speciale ontwerpoverwegingen.

Aangezien snijgereedschappen in standaardafmetingen worden gemaakt, moeten de afmetingen van de ondersneden in hele millimeters zijn om bij het gereedschap te passen. (Voor standaard sneden maakt dit niet uit, omdat het gereedschap in kleine stappen heen en weer kan bewegen.)

De breedte van de ondersnijding kan variëren van 3–40 mm, afhankelijk van het snijgereedschap, met een diepte van de ondersnijding tot tweemaal de breedte.

Als ondersnijdingen helemaal kunnen worden vermeden, kunnen de bewerkte onderdelen veel sneller en met minder inspanning worden gemaakt.

Wanddikte

In tegenstelling tot gegoten onderdelen, die vervormen als wanden te dik zijn, kunnen machinaal bewerkte onderdelen bijzonder dunne wanden niet aan. Ontwerpers moeten dunne wanden vermijden of een proces zoals spuitgieten gebruiken als dunne wanden een integraal onderdeel van het ontwerp zijn.

Bij het bewerken moet de wanddikte minimaal 0,8 mm (metaal) of 1,5 mm (kunststof) zijn.

Uitsteeksels

Net als bij dunne wanden zijn hoge uitstekende secties moeilijk te bewerken, omdat de trillingen van het snijgereedschap de sectie kunnen beschadigen of resulteren in een lagere nauwkeurigheid.

Een uitstekend element mag niet groter zijn dan vier keer de breedte.

Caviteiten, gaten en draden

Bij het ontwerpen van bewerkte onderdelen is het belangrijk om te onthouden dat gaten en holtes afhankelijk zijn van de snijgereedschappen.

Holten en holtes kunnen in een onderdeel worden bewerkt tot een diepte van vier keer de breedte van de holte. Diepere holtes zullen noodzakelijkerwijs eindigen met filets - afgeronde in plaats van scherpe randen - vanwege de vereiste snijgereedschapdiameter.

Gaten, die met boren zijn gemaakt, mogen ook een diepte hebben van niet meer dan vier keer de boorbreedte. En de gatdiameters moeten, waar mogelijk, overeenkomen met de standaard boorgroottes.

Draden, die worden gebruikt om bevestigingsmiddelen zoals schroeven in te verwerken, hoeven niet dieper te zijn dan drie keer de diameter.

Schaal

CNC-gefreesde onderdelen zijn beperkt in grootte omdat ze binnen de bouwomhulling van de machine worden gefabriceerd. Gefreesde onderdelen mogen niet groter zijn dan 400 x 250 x 150 mm; gedraaide delen mogen niet groter zijn dan Ø 500 mm x 1000 mm.

Grotere afmetingen zijn mogelijk met grotere machines, maar dit moet vóór de fabricage met de machinist worden besproken.

Materialen bewerkte onderdelen

Bewerkte onderdelen kunnen van veel verschillende materialen worden gemaakt, waaronder metalen en kunststoffen.

Sommige materialen zijn echter gemakkelijker te bewerken dan andere. Zeer harde materialen zijn moeilijk door te dringen met een snijgereedschap en kunnen ervoor zorgen dat het gereedschap meer gaat trillen (waardoor de kwaliteit afneemt). Zeer zachte materialen en materialen met een zeer laag smeltpunt kunnen vervormen bij contact met het snijgereedschap.

De meest voorkomende materialen voor machinaal bewerkte onderdelen staan ​​hieronder vermeld. Op verzoek van de fabrikant kunnen ook andere materialen worden bewerkt.

Metaal : Aluminium, staal, roestvrij staal (17-4, Inconel 625 &718), magnesium, titanium, zink, messing, brons, koper.

Plastic :ABS, PC, ABS+PC, PP, PS, POM, PMMA (Acryl), PAGF30, PCGF30, Teflon, DHPE, HDPE, PPS, PEEK. (Minder gebruikelijk:PA GF50, PPS GF50.)

Bewerkte oppervlakteafwerkingen

Bewerkte onderdelen kunnen na bewerking worden behandeld om hun oppervlaktetextuur en uiterlijk te veranderen. Afwerkingen kunnen zowel functioneel als cosmetisch zijn.

Zoals bewerkt : Geen oppervlakteafwerking toegevoegd. Dit is geschikt voor veel interne, niet-cosmetische functionele componenten.

Kraal gestraald : Het parelstraalproces omvat het afvuren van schurende media op het bewerkte onderdeel, waardoor het een mat uiterlijk krijgt. Het proces kan worden aangepast om een ​​specifiek ruwheidsniveau te geven. Het is misschien niet geschikt voor fijne functies, omdat parelstralen materiaal verwijdert en daarom de geometrie van de bewerkte onderdelen beïnvloedt.

Geanodiseerd : Het elektrolytische passiveringsproces van anodisatie is geschikt voor bewerkte aluminium onderdelen, waardoor een krasbestendige, kleurrijke coating ontstaat. Type II anodisatie zorgt voor een corrosiebestendige afwerking; Type III is dikker en zorgt naast corrosieweerstand ook voor slijtvastheid.

Gepoedercoat : Tijdens het powercoatingproces wordt poederverf (in de kleur naar keuze van de ontwerper) op het bewerkte onderdeel gespoten, dat vervolgens in een oven wordt gebakken. Hierdoor ontstaat een sterke, slijtvaste en corrosiebestendige laag die duurzamer is dan standaard verfcoatings.

Toleranties bewerkte onderdelen

Bewerkte onderdelen kunnen worden gemaakt met nauwe toleranties, wat nodig kan zijn voor kritieke mechanische onderdelen die met andere componenten samenwerken. Voor prototypes en niet-mechanische onderdelen kunnen lossere toleranties worden gekozen.

			Tolerantiestandaard
Tolerantiehendel			Totaal bereik van afmetingen
Specificaties	<<3,>0.5	<<6,>3	<<30,>6	<<120,>30	<<400,>120	<<1000,>400	<<2000, >1000
F	±0.05	±0.05	±0.1	±0.15	±0.2	±0.3	±0.5
M	±0.1	±0.1	±0.2	±0.3	±0.5	±0.8	±1.2
C	±0.2	±0.3	±0.5	±0.8	±1.2	±2	±3
V	–	±0.5	±1	±1,5	±2.5	±4	±6

Toepassingen van bewerkte onderdelen

Bewerkte onderdelen worden in vrijwel alle industrieën gebruikt, van ruimtevaart tot geneeskunde. Enkele populaire alledaagse en sectoronafhankelijke onderdelen worden hieronder vermeld, gevolgd door toepassingen in specifieke industrieën.

Veelvoorkomende bewerkte onderdelen:

• Bevestigingsmiddelen
• Klephuizen
• Kogelgewrichten
• Versnellingen
• As
• Behuizingen
• haakjes
• Rollen

Lucht- en ruimtevaart

Bewerkbare lucht- en ruimtevaartonderdelen zijn onder meer prototypemotorcomponenten, brandstofpanelen, landingsgestelcomponenten en motorsteunen.

Automobiel

Bewerkte auto-onderdelen omvatten componenten voor het testen van functies, zoals verlichting, motor, transmissie en stuursystemen, evenals eenmalige aangepaste onderdelen.

Medisch

Bewerkte onderdelen van titanium en roestvrij staal omvatten implantaten, medische hulpmiddelen en chirurgische instrumenten zoals scalpels.

Consumentenproducten

Bewerkte onderdelen zijn te vinden in huishoudelijke artikelen en apparaten. Sportuitrusting kan ook CNC-gefreesd zijn, terwijl veel machinaal bewerkte metalen en plastic componenten worden aangetroffen in consumentenelektronica. Items zoals laptopbehuizingen, connectoren en sockets kunnen allemaal worden bewerkt.

Bewerkte onderdelen uitbesteden

Grote en kleine hardwarebedrijven besteden hun CNC-bewerkingsbehoeften vaak uit aan een specialist. Zelfs voor prototypes is het vaak zinvol om een ​​extern CNC-bewerkingsbedrijf te gebruiken in plaats van een interne oplossing, vanwege de fabrieksruimte en de menselijke vaardigheden die nodig zijn om bewerkingsapparatuur te bedienen.

Een fabrikant kiezen om machinaal bewerkte onderdelen te maken kan ontmoedigend lijken, maar focussen op de volgende factoren en praktijken kan het eenvoudiger maken.

• Certificeringen :Met name ISO-certificeringen zijn een goede richtlijn voor het identificeren van competente verspanende bedrijven, hoewel ze u niet informeren over de reikwijdte van de capaciteiten van een bedrijf.
• Mond-tot-mondreclame :Praat met andere hardwarebedrijven die gecontracteerde fabrikanten in de regio hebben en ontdek hun ervaringen met het uitbesteden van bewerkte onderdelen.
• Informatie over de vraag :Als je eenmaal contact hebt gelegd met een bedrijf, blijf je vragen stellen totdat je zeker weet dat ze weten hoe ze je project moeten uitvoeren. Als ze je geen duidelijk antwoord kunnen geven, zijn ze waarschijnlijk geen geschikte partner voor outsourcing.
• Bezoek fabrieken :Bezoek indien mogelijk uw potentiële outsourcingpartner om te zien hoe zij onderdelen bewerken. In sommige gevallen kan het mogelijk zijn om een ​​productieagent in te huren om bezoeken aan meerdere locaties in een bepaalde regio te regelen.
• RfQ's :Stuur een offerteaanvraag naar verschillende verspanende bedrijven op de shortlist om een ​​idee te krijgen van wie de beste prijs kan bieden.

Als het gaat om het regelen van de fabricage van de uitbestede machinale onderdelen, kan het nuttig zijn om de volgende tips in acht te nemen.

• Volg de DfM-richtlijnen :Zorg ervoor dat het ontwerp van uw digitale onderdeel de bewerkingsrichtlijnen volgt:geen dunne wanden, gaten met een beperkte diepte, enz.
• Gebruik universele standaarden :Dien een volledige technische tekening in met uw digitale bestanden om dubbelzinnigheid weg te nemen en gebruik universele standaarden om miscommunicatie te voorkomen.
• NDA :onderteken een geheimhoudingsverklaring bij het uitbesteden van bewerkte onderdelen. Dit verhindert wettelijk dat de fabrikant uw ontwerpen openbaar maakt of hergebruikt.
• Factor in verzendtijden :Uitbestede onderdelen doen er langer over om aan te komen dan interne onderdelen, dus houd rekening met levertijden als u met strakke deadlines werkt.
• Betaling voorbereiden :Voor bestellingen die voor het eerst worden besteld, zullen fabrikanten waarschijnlijk vooraf betaling verlangen, hoewel u mogelijk op rekening kunt bestellen voor volgende bestellingen.