Marka sprzętu AGD w USA × HONSCN: Narzędzia do formowania CNC z aluminium 6061-T6

Dopasowany zestaw narzędzi do formowania wgłębień męskich i gniazdowych z aluminium 6061-T6 obrabianego CNC z wykończeniem anodowanym

Przegląd klienta i projektu

Nasz klient to amerykański producent specjalizujący się w wysokiej klasy urządzeniach kuchennych do użytku domowego . Firma znana z dbałości o architektoniczne standardy estetyczne i ergonomiczne wzornictwo przemysłowe, oferuje w swojej ofercie m.in. urządzenia do blatów kuchennych klasy komercyjnej, płyty grzewcze do zabudowy oraz niestandardowe systemy chłodnicze.

Zespół projektantów przemysłowych opracował ergonomiczny, zakrzywiony element dla nadchodzącej linii urządzeń klasy premium. Aby wdrożyć ten projekt do produkcji pilotażowej, zespół inżynierów potrzebował dedykowanego zestawu precyzyjnie dopasowanych matryc – składającego się z męskiego bloku stempla i pasującej do niego żeńskiej matrycy z gniazdem .

Ponieważ formy te były przeznaczone do formowania nisko- i średnioseryjnego oraz szybkiego prototypowania funkcjonalnego paneli zewnętrznych urządzeń, stalowe oprzyrządowanie uznano za zbyt kosztowne i czasochłonne w produkcji. Klient wybrał aluminium 6061-T6 klasy lotniczej , aby skrócić czas realizacji oprzyrządowania i zapewnić doskonałą przewodność cieplną podczas cykli formowania.

Jednak wcześniejsze próbki narzędzi od innego dostawcy charakteryzowały się zauważalnym stopniowaniem narzędzia na powierzchniach o konturach 3D, zadziorami na krawędziach wewnątrz kanałów wypukłych poprzecznie oraz niewielkim odkształceniem wzdłuż łukowatego profilu, co powodowało nierównomierny luz między dopasowanymi połówkami. Klient zwrócił się do HONSCN Precision z prośbą o ocenę danych CAD, optymalizację strategii produkcyjnej i dostarczenie gotowego do produkcji zestawu form.

Przegląd produktu

Dlaczego ten komponent jest ważny w produkcie klienta:
W przypadku wysokiej klasy urządzeń kuchennych, zewnętrzne elementy wizualne są poddawane dokładnej analizie w jasnym oświetleniu i pod bezpośrednim nadzorem użytkownika . Wszelkie niedoskonałości matrycy formującej – czy to delikatny ślad po frezie kulistym, nierówny luz wzdłuż linii podziału, czy mikroskopijne zadziory – przenoszą się bezpośrednio na gotowe, metalowe panele skierowane do użytkownika.
Wybrano aluminium 6061-T6, ponieważ zapewnia ono niezbędną wytrzymałość strukturalną i twardość powierzchni po obróbce cieplnej, a jednocześnie jest znacznie lżejsze i szybsze w obróbce niż stal narzędziowa . Co więcej, doskonałe odprowadzanie ciepła aluminium pomaga utrzymać równomierną temperaturę podczas powtarzalnych cykli tłoczenia . Aby zapewnić niezawodność, dopasowane połówki matrycy muszą być ustawione z powtarzalną precyzją na całej długości zakrzywionego obszaru pod naciskiem prasy .

Kluczowe wyzwania produkcyjne

Wyzwanie 1: Ciągła, trójwymiarowa, konturowa powierzchnia bez śladów ząbków

• Wyzwanie:

Powierzchnia formująca rdzeń charakteryzuje się ciągłą, opływową krzywizną podłużną z podniesionym grzbietem środkowym, który przechodzi w głębokie koryto na matrycy współpracującej .
• Dlaczego to było ważne:

W przypadku obróbki zgrubnej i półwykańczającej standardowymi nacięciami, powierzchnia pozostawiałaby widoczne fasety ścieżki narzędzia lub wyżłobienia . Ręczne polerowanie formy o zaokrąglonych kształtach w celu usunięcia śladów obróbki często zniekształca rzeczywisty profil 3D , co skutkuje lokalnymi zmianami luzu i marszczeniem paneli urządzenia podczas formowania .
• Nasze rozwiązanie:

HONSCN wykorzystaliśmy ciągłe wieloosiowe frezowanie powierzchni za pomocą precyzyjnych frezów kulowych . Nasi programiści CAM zaprogramowali adaptacyjne, szybkie ścieżki narzędzi z ultradrobnymi przeskokami i algorytmami stałej wysokości żłobienia . Dzięki utrzymaniu stałego zaangażowania frezu i prędkości styku z powierzchnią uzyskaliśmy gładkie wykończenie powierzchni docelowej bezpośrednio po wyjściu z maszyny, eliminując potrzebę agresywnego ręcznego wygładzania .

Wyzwanie 2: Odkształcenie cieplne i naprężenia szczątkowe w litym kęsie 6061-T6

• Wyzwanie:

Każda połówka formy zaczynała jako ciężka, solidna, prostokątna, wykonana z aluminium 6061-T6 znaczna część objętości surowca została usunięta w celu stworzenia zakrzywionego profilu, kieszeni i stopni montażowych.
• Dlaczego to było ważne:

Szybkie wyjmowanie dużych ilości aluminium uwalnia wewnętrzne naprężenia szczątkowe, charakterystyczne dla wytłaczanych i walcowanych kęsów. To odprężenie może spowodować wygięcie lub skręcenie łukowatej podstawy w kierunku wzdłużnym, co zaburza współpłaszczyznowość dolnego punktu odniesienia i zniekształca krytyczne powierzchnie odcinające .
• Nasze rozwiązanie:

Zamiast obróbki formy w jednym, ciągłym, agresywnym cyklu, nasi inżynierowie wdrożyli strategię obróbki etapowej . Wykonaliśmy obróbkę zgrubną, pozostawiając jednolity naddatek na półwykończenie , po czym nastąpił okres odpoczynku w celu odprężenia . Następnie główna płaska podstawa montażowa została poddana cięciu skośnemu, aby przywrócić rzeczywistą płaszczyznę odniesienia przed wykonaniem końcowych przejść obróbki półwykańczającej i wykańczającej na konturach 3D.

Precyzyjnie frezowana CNC żeńska forma z aluminium 6061-T6, prezentująca gładką, trójwymiarową powierzchnię konturową i poprzeczne kanały reliefowe

Wyzwanie 3: Zachowanie precyzyjnego prześwitu pomiędzy dopasowanymi profilami rdzenia i wnęki

• Wyzwanie:

Bloki stempla męskiego i gniazda żeńskiego muszą być dopasowane pod naciskiem prasy, a szczelina musi być jednakowa i odpowiadać dokładnej grubości materiału urządzenia .
• Dlaczego to było ważne:

Jakiekolwiek odchylenie od osi otworów montażowych, położenia sworzni prowadzących lub promieni krzywizny może spowodować nierównomierny nacisk styku, powodując nadmierne ścieńczenie po jednej stronie formowanej części i luźne tolerancje po drugiej stronie .
• Nasze rozwiązanie:

Obie współpracujące połówki zostały obrobione z wykorzystaniem zsynchronizowanych układów współrzędnych . Otwory na kołki ustalające, wzory montażowe kołnierza końcowego oraz otwory gwintowane dolne zostały wywiercone w tych samych głównych układach mocowania, co odpowiadające im powierzchnie zakrzywione . Ta spójność układu gwarantowała, że ​​rzeczywiste położenie geometryczne elementów ustalających pozostało zablokowane względem zakrzywionego profilu 3D .

Wyzwanie 4: Całkowite usuwanie zadziorów wokół przecinających się kanałów i anodowanie zapewniające stabilność wymiarową

• Wyzwanie:

Powierzchnia formy zawiera wiele poprzecznych kanałów wypukłych, wierconych otworów przelotowych i kieszeni z pogłębieniami, które przecinają łukowaty kontur 3D pod ostrymi kątami .
• Dlaczego to było ważne:

Mikroskopijne zadziory pozostawione na krawędziach tych poprzecznych szczelin mogą zarysować powierzchnię paneli urządzenia podczas formowania . Ponadto, anodowanie chemiczne musi zapewnić czyste, jednolite, satynowe wykończenie , bez erozji ostrych krawędzi odcinających lub powodowania wzrostu poza tolerancją w precyzyjnych otworach .
• Nasze rozwiązanie:

Zaprogramowaliśmy dedykowane ścieżki narzędzi do fazowania i gratowania, wykorzystując miniaturowe frezy promieniowe wzdłuż wszystkich przecinających się kanałów. Po gratowaniu CNC, części poddano inspekcji optycznej i precyzyjnemu gratowaniu ręcznemu . W przypadku obróbki powierzchniowej, nasze parametry anodowania były ściśle kontrolowane, aby uzyskać warstwę anodowania typu II , która utwardzała powierzchnię aluminium, jednocześnie zachowując wysoką stabilność wymiarową w otworach montażowych .

Nasze rozwiązanie produkcyjne

Inżynieria i przegląd DFM

Podczas przeglądu oryginalnych modeli CAD, zespół inżynierów HONSCN stwierdził, że wewnętrzne promienie przejścia wewnątrz gniazda żeńskiego były nieco mniejsze niż standardowe średnice narzędzi, co wymusiłoby użycie frezów o dużym zasięgu i małej średnicy, podatnych na drgania. Współpracowaliśmy z zespołem ds. projektowania mechanicznego klienta, aby zoptymalizować promień przejścia naroży – udoskonalenie, które nie miało wpływu na działanie części ani stylistykę zewnętrzną, a jedynie umożliwiło zastosowanie sztywniejszego frezu kulowego o większej średnicy podczas obróbki wykańczającej .

Strategia obróbki CNC

1. Aby zrównoważyć wydajność obróbki z dokładnością wymiarową, wdrożyliśmy wieloosiową obróbkę CNC:
   Optymalizacja ścieżki narzędzia: Zastosowano dynamiczną, trochoidalną obróbkę zgrubną w celu zminimalizowania gromadzenia się ciepła i zużycia narzędzia w obrabianym elemencie 6061-T6.
2. Dedykowane mocowanie modułowe: Specjalnie zaprojektowane miękkie szczęki i płyty pomocnicze podtrzymują łukowaty element obrabiany wzdłuż jego naturalnej krzywizny , zapobiegając wibracjom i drganiom podczas szybkich cięć wykańczających.
3. Wieloosiowy ruch ciągły: ustawienie frezu pod optymalnymi kątami natarcia i pochylenia względem zakrzywionej powierzchni , co zapewnia, że ​​środek młyna kulowego (który ma zerową prędkość skrawania) nigdy nie będzie przeciągany po powierzchni formującej.

Wieloosiowy proces frezowania CNC, obróbka form formowanych 3D z aluminium 6061-T6 z chłodzeniem zalewowym

Przetwarzanie wtórne i wykańczanie powierzchni

• Automatyczne i ręczne gratowanie: Przecinające się rowki zostały mechanicznie i ręcznie gratowane, co pozwoliło uzyskać 100% krawędzie bez zadziorów i bez stępienia funkcjonalnych narożników .
• Kontrolowane śrutowanie: Zastosowanie równomiernego, drobnoziarnistego, szklanego śrutu w celu złamania linii włókien kierunkowych maszyny, przy jednoczesnym zamaskowaniu precyzyjnie obrobionych powierzchni odniesienia i otworów lokalizacyjnych .
• Anodowanie na mokro: Proces przeprowadzany w kąpieli kwasowej o regulowanej temperaturze w celu utworzenia jednolitej, przezroczystej warstwy tlenku anodowego , zapewniającej odporność powierzchni na zużycie w wyniku wielokrotnego kontaktu z blachą.

Jak wyprodukowaliśmy część

Przepływ pracy:
Surowy kęs 6061-T6 ➔ Obróbka zgrubna 3D i rozdrabnianie wnęk ➔ Odprężanie / cięcie skośne ➔ Wykańczanie wieloosiowe 3D ➔ Wiercenie i gwintowanie ➔ Gratowanie i śrutowanie ➔ Anodowanie na czysto ➔ Weryfikacja CMM

• Krok 1: Pozyskiwanie surowców i obróbka skrawaniem — Wytnij certyfikowane aluminiowe kęsy 6061-T6 wraz z kompletnymi raportami z badań materiałowych (MTR). Bloki zostały poddane frezowaniu czołowemu pod kątem prostym ze wszystkich sześciu stron na centrum obróbczym CNC, aby ustalić wiarygodne punkty odniesienia dla kolejnych operacji wieloosiowych.
• Krok 2: Wysokowydajna obróbka zgrubna i normalizacja naprężeń — Wykonano wysokowydajne obróbki zgrubne w celu usunięcia nadmiaru materiału z wnęki i wstępnego wyprofilowania zewnętrznych powierzchni łukowych, pozostawiając jednolity naddatek na wszystkich powierzchniach. Części odmocowano i pozostawiono do ustabilizowania w temperaturze pokojowej, uwalniając naprężenia powstałe podczas obróbki przed ponownym zamocowaniem .
• Krok 3: Ponowne obróbka podstawy i półwykończenie — ponowne zamocowanie bloków na wykończonej powierzchni montażowej, ponowne wygładzenie płaskiej powierzchni podstawy w celu wyeliminowania wszelkich drobnych ugięcia i wykonanie półwykończeniowych przejść za pomocą frezów walcowo-czołowych z węglika spiekanego w celu uzyskania kształtu zbliżonego do końcowego .

Płaska, obrabiana CNC podstawa montażowa bloku narzędziowego z aluminium 6061-T6 z precyzyjnymi otworami gwintowanymi

• Krok 4: Wieloosiowa obróbka wykańczająca konturów 3D i obróbka detali — Wieloosiowa obróbka konturów ciągłych z użyciem wysokiej jakości mikroziarnistych frezów kulistych z węglika spiekanego. Wykończenie profilu siodła 3D, podłużnego wypukłego grzbietu, dopasowanej kieszeni oraz szeregu poprzecznych rowków. Otwory przelotowe z pogłębieniem walcowym i nieprzelotowe gwinty montażowe zostały precyzyjnie nawiercone i wyfrezowane w tej samej kolejności.
• Krok 5: Gratowanie, śrutowanie i anodowanie bezbarwne — Obrobione bloki zostały odtłuszczone i sprawdzone pod kątem mikrozadziorów. Rzemieślnicy oczyścili wszystkie narożniki kanałów przecinających się z korpusem. Krytyczne średnice otworów i powierzchnie montażowe zostały zamaskowane przed poddaniem obróbce strumieniowo-ściernej i anodowaniu bezbarwnemu typu II .

Kontrola jakości

Aby sprawdzić, czy dopasowany zestaw form będzie niezawodnie pasował do prasy hydraulicznej klienta, HONSCN wdrożył ustrukturyzowany plan zapewnienia jakości:

Precyzyjna kontrola CMM weryfikująca zakrzywione kontury 3D i współrzędne położenia otworów na płycie granitowej

• Weryfikacja surowca: Skład chemiczny i twardość stopu 6061-T6 zostały zweryfikowane na podstawie certyfikatów badań walcowniczych.
• Kontrola współrzędnościowej maszyny pomiarowej (CMM): sprawdzenie odległości między środkami otworów montażowych, głębokości otworów, skoku gwintu i płaskości tylnej podstawy montażowej .
• Weryfikacja profilu powierzchni 3D: zastosowano optyczne skanowanie powierzchni w porównaniu z natywnym modelem CAD 3D , aby potwierdzić, że złożona krzywizna siodła mieści się w ścisłych granicach profilu na całej rozpiętości.
• Kontrola optyczna pod kątem zadziorów: Każde poprzeczne gniazdo odciążające i otwór pogłębiający zostały sprawdzone pod powiększeniem optycznym w celu potwierdzenia całkowitego braku zadziorów i ostrych błysków .
• Weryfikacja dopasowania zespołu na sucho: Przed zapakowaniem rdzeń męski i gniazdo żeńskie zostały wyrównane za pomocą precyzyjnie szlifowanych szpilek pomiarowych i dopasowane w celu sprawdzenia równomiernego odstępu na linii podziału .

Wyniki projektu i opinie klientów

• Zestaw prototypowych form dostarczony zgodnie z harmonogramem: Oba bloki narzędziowe zostały obrobione mechanicznie, odgratowane, anodowane i sprawdzone zgodnie z ustalonym harmonogramem [czas realizacji projektu, np. ~2 tygodnie] .
• Zatwierdzono próbę pierwszego artykułu: Klient zamontował zestaw form bezpośrednio w swojej prasie rozwojowej; panele urządzenia zostały uformowane czysto, bez żadnych zarysowań powierzchni ani wad ścieńczenia .
• Bezproblemowe wyrównanie linii podziału: Klient potwierdził, że obie połówki formy zamknęły się przy jednolitym kontakcie i bez wiązania .
• Złożono zamówienie na oprzyrządowanie produkcyjne: Na podstawie spójności wymiarowej i wykończenia powierzchni prototypowego oprzyrządowania klient potwierdził zamówienia na wiele dodatkowych wariantów oprzyrządowania do swojej nowej linii urządzeń .

Opinie klientów:
Klient potwierdził, że bloki narzędziowe zostały zmontowane z zachowaniem płynnego wyrównania, bez widocznych niezgodności linii podziału oraz że pomyślnie przeszły próbę formowania pilotażowego przy pierwszym skoku prasy bez konieczności dodatkowej regulacji stołu roboczego .

Dlaczego klient wybrał HONSCN

Ten projekt nie polegał jedynie na cięciu aluminium na standardowej frezarce. Wymagał partnera produkcyjnego zdolnego do zarządzania całym cyklem życia złożonego narzędzia formującego:
• Przewidywanie DFM: Identyfikacja potencjalnych ograniczeń zasięgu frezu i sugerowanie optymalizacji promienia skrawania przed cięciem metalu.
• Obróbka kontrolowana naprężeniem: przewidywanie i przeciwdziałanie naturalnym tendencjom do odkształcania się wlewków ze stali 6061-T6 podczas usuwania dużych ilości materiału.
• Integralność powierzchni: połączenie programowania wieloosiowego CAM z dyscypliną gratowania i kontroli anodowania w celu wyeliminowania wad kosmetycznych.
• Kompleksowa realizacja pod klucz: obróbka zgrubna, wykańczanie wieloosiowe, gwintowanie, gratowanie, obróbka powierzchni i weryfikacja CMM w jednym miejscu.

Wniosek

Produkcja precyzyjnych form z aluminium 6061-T6 oferuje znaczne korzyści w zakresie kosztów i szybkości w prototypowaniu urządzeń i produkcji krótkoseryjnej. Osiągnięcie wydajności na poziomie produkcyjnym wymaga jednak starannej kontroli ścieżek narzędzi, odprężania i integralności powierzchni, aby złożone profile 3D zachowały zamierzoną geometrię.
W firmie HONSCN Precision skupiamy się na projektowaniu procesu produkcyjnego w najdrobniejszych szczegółach, dbając o to, aby każdy kontur, kanał i element montażowy harmonijnie współgrały z procesami montażu i formowania u naszych klientów.
Niezależnie od tego, czy chodzi o niestandardowe narzędzia formowane CNC, precyzyjne komponenty metalowe czy rozwiązania produkcyjne wieloosiowe , nasz zespół inżynierów jest gotowy udzielić wsparcia Państwa projektowi od wstępnego przeglądu projektu aż po dostawę do produkcji.