Afgeronde hoeken in CNC-bewerking beheersen: ontwerp, functionaliteit en kwaliteit

Pas bewerkte metalen onderdelen kunnen scharpere randen hebben dan de eindgebruiker verwacht, tenzij het ontwerp deze scherpe randen en hoeken glad maakt. Afgeronde hoeken (fillets) en fasen worden meestal aan vaste modellen toegevoegd om ze er goed te laten zien en scherpe randen en hoeken te elimineren. Veel ingenieurs gebruiken deze functies gemakkelijk in hun CAD-modellen om functionaliteit te verbeteren en ontwerp te verbeteren. Om een randbreuk te creëren, moet het ontwerp hellende of afgeschuinde randen en afgeronde hoeken (fillets) bevatten.

Wat is een afgeronde hoek (fillet)?

In de werktuigbouwkunde verwijzen bewerkers naar afgeronde hoeken als cirkelvormige delen die zijn ontworpen aan de binnen- of buitenranden.

Er zijn drie typen fillet-mechanica: gefaseerde fillet, ingevulde (concave) fillet en uitbollende (convexe) fillet. Aan de binnenkant zijn de fillets ingevuld, aan de buitenzijde uitbollend. Ingenieurs gebruiken fillets om spanning op onderdelen te reduceren. De fillet helpt de spanning over een groter oppervlak te verdelen en voorkomt dat het gespande deel snel vervormt.

Wanneer het ontwerp scherpe randen en lage spanningsconcentratie moet elimineren, is fillet-techniek de beste keuze voor bewerkers.

Een fillet is een cirkelvormige rand of hoek van een onderdeel. Fillets helpen spanning te reduceren en over een groter oppervlak te verdelen, wat de belastbaarheid verbetert en helpt snelle vervorming van drukdelen te voorkomen. De ingevulde fillet bevindt zich binnenin het onderdeel, de uitbollende fillet aan de buitenkant. Bijvoorbeeld: wanneer een verticale muur een hellend oppervlak binnen een onderdeel ontmoet, kan een fillet ook een overgang tussen kenmerken creëren.

Fillets en andere ontwerpkenmerken

Fillets worden gemakkelijk verward met andere ontwerpkenmerken zoals fillet-straal, fasering en afschuining. Al deze kenmerken creëren een vergelijkbaar ontwerp waarin scherpe randen op een of andere manier worden gebroken. Fillet is een scherpe-rand-breukkenmerk dat een ingevulde of uitbollende straal toevoegt aan de binnenhoek van een onderdeel. Fillets verschillen van faseringen en afschuiningen omdat ze geen straal hebben. De fasering is meestal een hoek van 45 graden die aan de ontweprand van het kenmerk wordt toegevoegd. En de helling is een helling van een horizontale of verticale rand. De fillet-straal omcirkelt de binnenhoek van het gefabriceerde onderdeel, en de fillet-straal omcirkelt de buitenhoek van het gefabriceerde onderdeel.

Niet-nuttig gebruik van fillets

1. Geen fillets ontwerpen voor 3D-geprinte onderdelen

Omdat 3D-printen een additief proces is, hoeft u niet aan te nemen dat het gereedschap om het onderdeel heen moet bewegen en materiaal moet verwijderen om het onderdeel te ontwerpen. De ontwerper kan vrijer complexe en ongewone geometrieën gebruiken. Fillets worden soms toegevoegd in gebieden waar de geometrie dramatisch verandert om spanning te elimineren, maar ze zijn zelden nodig. Zakken en interne kenmerken op de print-eenheid kunnen angewinkeld of gepunt zijn, en u kunt zelfs een holte hebben die volledig door omringend materiaal omgeven is!

2. Geen fillets ontwerpen voor de bodemrand

Afgeronde hoeken aan de bodem van een zak, muur, blind gat of boss-kenmerk kunnen worden gebruikt om de esthetiek te verbeteren of de sterkte van het kenmerk te vergroten (door spanningsconcentratie te reduceren). Echter, afgeronde hoeken op deze locaties vereisen het gebruik van balfrezen en maken uw onderdeel altijd duurder dan bodemkenmerken zonder afronding. Dit komt omdat het programmeren van dergelijke geometrie meestal een 3D-bewerkingsoperatie vereist (vereist langere insteltijd). Bovendien zijn balfrezen inherent kwetsbaarder dan vierkante frezen en moeten op langzamere snelheid worden verwerkt.

Het is bewezen dat wijzigingen aan andere geometrische kenmerken, zoals de diepte van het gat of de nabijheid van het gat aan andere volume-verwijderingskenmerken, een grotere impact hebben op de spanning aan de bodem van het gat of de kaviteit dan de fillet aan de bodem. Daarnaast zijn ontwerpwijzigingen die deze kenmerken wijzigen, kosteneffectiever dan het toevoegen van complexe fillets aan de bodem van de kaviteit.

Optimale benutting van fillets

Rand van onderdeel

Om ongelukken tijdens hantering en inspectie te voorkomen, is het veiliger om alle randen van het ontwerp te breken. Echter, faseren is niet altijd de beste keuze voor deelranden. Scherpe randen kunnen letsel veroorzaken bij hantering. In dit geval kunt u een fillet kiezen.

Bij het ontwerpen van onderdelen met afwerking, is het een goede manier voor CNC om de randen van deze gebieden af te ronden, zodat de uitstraling van uw onderdelen naadloos geïntegreerd kan worden zonder ruwe overgang. Omdat esthetische fillets geen mechanische of sterkte-eigenschappen bieden, moet u esthetische fillets toevoegen na vaststelling van de overige geometrie. Echter, deze functies moeten met voorzichtigheid worden gebruikt omdat ze de kosten van bewerkte componenten beïnvloeden.

Interne randen tussen verticale muren

Omdat alle CNC-gereedschappen cirkelvormig en assymetrisch zijn door hogesnelheidsrotatie, is het onmogelijk een rechte hoek tussen twee verticale muren te snijden. Elke rand waar twee verticale muren elkaar onder een hoek < 180° snijden, moet worden afgerond.

Interne randen tussen hellende / organische oppervlakken

Zoals in het eerste geval in deze sectie, zijn afgeronde hoeken ook vereist voor randen < 180° tussen angewinkelde of organische oppervlakken. Als deze randen niet volledig verticaal zijn, worden ze met een balfrees gesneden, en de straal van het gereedschap is de minimum fillet-grootte die tussen de oppervlakken kan blijven.

Verticale muur + afschuining / gekromd oppervlak / organisch oppervlak

In de combinatie van het eerste en tweede geval, wanneer de verticale muur op uw onderdeel de hellende, gekromde of organische onderliggende oppervlak ontmoet, moet u fillets opnemen.

Conclusie

Fillets in de productie zijn bedoeld om scherpe randen of hoeken af te ronden.

De fillet wordt bewerkt met een CNC-fillet-randgereedschap of vergelijkbaar fillet-gereedschap, dat een uitbollende of ingevulde cirkel vormt op het snijpunt van twee oppervlakken.

Een fillet is een gekromd oppervlak, een fasering is een vlak oppervlak. Beiden liggen op de snijpunten van twee oppervlakken.

Fillets bieden betere spanningsconcentratie-ontlasting dan faseringen.

Hoewel fillets een verwaarloosbare dwarsdoorsnede-oppervlakte kunnen toevoegen, is hun hoofddoordeel dat ze de spanningsconcentratie in het gebied waar ze worden toegepast, reduceren.