CNC-bewerking optimaliseren: Proces- en beugelontwerp voor dunwandige componenten

Uitdagingen bij het bewerken van dunwandige onderdelen

Dunwandige componenten, zoals drone-huizen en elektronische behuizingen, hebben meestal wanddiktes onder de 2 mm. Ze verminderen het gewicht en verbeteren de warmteafvoering in eindproducten. Tijdens CNC-bewerking leidt hun gebrek aan structurele stevigheid echter vaak tot instabiliteit in afmetingen, slechte oppervlaktekwaliteit en lokale of algehele vervorming.

Vervorming na bewerking

Dunwandige delen buigen gemakkelijk onder gereedschapsdruk of spankracht. Zelfs kleine snijkrachten kunnen niet-ondersteunde gebieden vervormen, wat leidt tot wandbuiging en gereedschapsafbuiging tijdens bewerking. Het risico is met name hoog bij het verwerken van elementen in de buurt van dunne randen of holle caves.

Trilsporen op het oppervlak

Vanwege hun lage massa en stevigheid trillen dunwandige componenten gemakkelijk tijdens hogesnelheidsbewerking. Dit kan leiden tot trilsporen op het oppervlak, verslechterde gereedschapslevensduur en slechte dimensionele nauwkeurigheid.

Praktijkcase: Aluminiumlegering behuizing voor e-sigaret

We bekijken hier de bewerking van een aluminiumlegering behuizing voor een e-sigaret, en hoe dunne wanden en strakke toleranties de productie beïnvloeden.

Productspecificaties

• Materiaal: AL6063-T6
• Afmetingen: 92,8 × 40,8 × 22,8 mm
• Wanddikte: 0,9–1,5 mm
• Productievolume: 1000 stuks

Bewerkingseisen

• Montageplay ≤ 0,1 mm tussen de voor/achter diepblauwe oppervlakken en andere componenten.
• T-vormige kliknaven aan de binnenwanden moeten een valt van 3 meter zonder loslating doorstaan na montage.
• Het oppervlak vereist 200-grit straalbehandeling gevolgd door anodiseren, zonder gereedschapssporen of trilpatronen op zichtbare gebieden.

Bewerkingsuitdagingen

• De 0,9–1,2 mm wandsectie is het montagegebied met andere structurele componenten. Bij vervorming is het moeilijk de vereiste 0,1 mm montageplay te handhaven.
• Het perifeer gebied is een graad A zichtbaar oppervlak dat vrij moet zijn van defecten, maar de algehele holle structuur mist stevigheid, met name in het midden, waar gereedschapsafbuiging en trillingsproblemen zeer waarschijnlijk zijn.
• De zwakke wandstevigheid beïnvloedt ook de dimensionele consistentie van de kliknaaf, wat de valtprestaties kan compromitteren.

Problemen met de conventionele bewerkingsoplossing

Het roermateriaal is profielmateriaal, met gelijke bewerkingsoverslag aan de wandoppervlakken die verwerkt moeten worden. Een 3+2 as draaitafel wordt eerst gebruikt om de voor- en omringende structuren te bewerken. Na het afzagen van het deel wordt een 3-as CNC gebruikt voor de achterkantstructuur.

Het voordeel van deze oplossing is het 'korte' proces, aangezien het maar twee stappen vereist. De nadelen en beperkingen zijn echter duidelijk:

Beperkingen van de aanpak

• Hoewel de 3+2 vijf-as draaitafel meervlakke bewerkingsmogelijkheden biedt, kan het maar één product per keer bewerken.
• In de meeste bewerkingswerkplaatsen is het aantal 5-as machines veel kleiner dan dat van 3-as machines. De beperkte beschikbaarheid van 5-as machines voor serieproductie maakt het moeilijk om de productiecapaciteit te vergroten.
• Daarnaast treden alle bewerkingsuitdagingen van dunwandige delen, eerder genoemd, nog steeds op in deze aanpak. Zonder kwaliteit kan levertijd niet gegarandeerd worden.

Geoptimaliseerde bewerkingsoplossing

1. Geoptimaliseerde bewerkingsvolgorde

De bewerkingsvolgorde wordt aangepast naar:

• CNC1 (3-as voor voorstructuur)
• CNC2 (4-as voor zijstructuur)
• CNC3 (3-as voor achterstructuur)

2. Versterking van het roermateriaal

Drie versterkingsribbels worden aan de binnenkant van de holle cave van het roermateriaal toegevoegd, vormend een brug-achtige verbindingsstructuur die sterke ondersteuning biedt tijdens externe bewerking.

3. Voorgeboorde beugelingat

Om een trekstang-spanningspositie voor de cilinderbeugel te bieden, wordt een flesvormig gat voorgeboord in het midden van het roermateriaal, wat ook het automatiseringsniveau van de beugeltiloperaties verbetert.

4. Veilige deelafscheiding

Na voltooiing van de achterkantbewerking door CNC3, biedt het rood gemarkeerde oppervlak van de beugel positionering en inwaartse steunpunten, verdeeld over de omtrek.

Wanneer het werkstuk van het roermateriaal gescheiden moet worden, werken twee cilinders: de een houdt het afvalgebied vast, terwijl de andere het afgeronde deel ondersteunt. Dit zorgt ervoor dat het afgeronde deel niet verplaatst en het gereedschap niet beschadigd wordt door het afval tijdens scheiding.

5. Verbeterde productie-efficiëntie

De bewerkingsoperaties die oorspronkelijk op de 3+2 vijf-as machine werden uitgevoerd, zijn nu verdeeld over CNC1 (drie-as) en CNC2 (vier-as). Dit verbetert de levercapaciteit voor kleine series aanzienlijk, met een dagelijkse productie die 300% bereikt van het vorige niveau.

Dunwandige structurele componenten zijn lastig te verwerken vanwege hun lage stevigheid en gevoeligheid voor trillingen. Met diverse geometrieën vereist elk deel vaak een maatwerkbenadering.

Door profieloptimalisatie, procesplanning en beugelontwerp te integreren, deelt dit artikel een praktische oplossing die zowel bewerkingskwaliteit als betrouwbare levering van kleine series garandeert.

WayKen biedt CNC-bewerkingsservices voor metaal- en kunststofcomponenten, inclusief dunwandige structuren. Door geavanceerde apparatuur, geoptimaliseerde processen en strikte kwaliteitscontrole, zorgt ons team voor nauwkeurigheid en consistentie, en helpt klanten soepel over te gaan van prototyping naar kleine-serieproductie met betrouwbare resultaten.