Американский бренд бытовой техники × HONSCN: Инструмент для литья из алюминия 6061-T6, изготовленный на станке с ЧПУ

Комплект пресс-форм из алюминия 6061-T6 с обработанными на станке с ЧПУ пуансонами и гнездами, с прозрачным анодированным покрытием.

Обзор клиента и проекта

Наш клиент — американский производитель, специализирующийся на высококачественной бытовой кухонной технике . Известный своими архитектурными эстетическими стандартами и эргономичным промышленным дизайном, их ассортимент продукции включает в себя настольное оборудование коммерческого класса, встраиваемые варочные панели и холодильные системы, изготовленные на заказ.

Для будущей линейки бытовой техники премиум-класса их команда промышленных дизайнеров разработала эргономичный, плавно изогнутый компонент. Для запуска этого дизайна в опытное производство инженерной команде потребовался специальный набор прецизионных штампов, состоящий из пуансона и соответствующей матрицы для вырубки .

Поскольку эти пресс-формы предназначались для мелкосерийного и среднесерийного формования и быстрого функционального прототипирования внешних панелей бытовой техники, изготовление стальной оснастки было признано слишком дорогостоящим и трудоемким процессом. Заказчик выбрал алюминий марки 6061-T6, используемый в аэрокосмической промышленности , чтобы сократить сроки изготовления оснастки и обеспечить превосходную теплопроводность во время циклов формования.

Однако предыдущие образцы оснастки от другого поставщика страдали от заметного ступенчатого износа инструмента на 3D-контурных поверхностях, заусенцев на кромках внутри поперечных каналов и небольшого искривления вдоль арочного профиля, что приводило к неравномерному зазору между совпадающими половинками. Клиент обратился в компанию HONSCN Precision для оценки данных САПР, оптимизации стратегии производства и поставки готового к производству комплекта пресс-форм.

Обзор продукта

Почему этот компонент важен для продукта заказчика:
В случае с высококачественной кухонной техникой внешние визуальные элементы тщательно изучаются при ярком кухонном освещении и непосредственном контакте с потребителем . Любые дефекты формовочной матрицы — будь то небольшие следы от концевой фрезы, неравномерный зазор вдоль линии разъема или микроскопические заусенцы — напрямую переносятся на готовые металлические панели, предназначенные для потребителя.
Алюминий 6061-T6 был выбран потому, что он обеспечивает необходимую структурную прочность и твердость поверхности после термообработки , оставаясь при этом значительно легче и быстрее в обработке, чем инструментальная сталь . Кроме того, превосходное теплоотведение алюминия помогает поддерживать равномерную температуру во время многократных циклов прессования . Для надежной работы сопряженные половины матрицы должны точно совпадать по всей изогнутой поверхности под действием давления пресса .

Ключевые производственные проблемы

Задача 1: Создание непрерывной трехмерной контурной поверхности без следов от волн.

• Испытание:

Поверхность, используемая для формирования стержня, имеет непрерывную, плавную продольную кривую с приподнятым центральным гребнем, переходящим в глубокую впадину на сопрягаемой матрице .
• Почему это важно:

При обработке с использованием стандартных черновых и получистовых операций на поверхности останутся видимые грани траектории движения инструмента или выемки . Ручная полировка арочной формы для удаления следов обработки часто искажает истинный трехмерный профиль , что приводит к локальным отклонениям зазоров и образованию складок на панелях изделий во время формовки .
• Наше решение:

HONSCN использовали непрерывное многоосевое фрезерование поверхностей с высокоточными шаровыми концевыми фрезами . Наши CAM-программисты запрограммировали адаптивные высокоскоростные траектории движения инструмента со сверхтонкими шагами и алгоритмами постоянной высоты гребня . Поддерживая постоянное зацепление фрезы и скорость контакта с поверхностью , мы добились гладкой целевой поверхности прямо со станка, исключив необходимость агрессивной ручной обработки .

Задание 2: Термическая деформация и остаточные напряжения в цельной заготовке из сплава 6061-T6.

• Испытание:

Каждая половина формы изготавливалась из массивной прямоугольной заготовки из алюминия марки 6061-T6. Для создания изогнутого профиля, карманов и монтажных ступеней была удалена значительная часть объема сырья .
• Почему это важно:

Быстрое удаление больших объемов алюминия снимает внутренние остаточные напряжения, присущие экструдированным и прокатанным заготовкам. Это снятие напряжений может привести к продольному изгибу или скручиванию арочного основания, нарушая соосность нижней опорной поверхности и деформируя критически важные запорные поверхности .
• Наше решение:

Вместо обработки пресс-формы за один непрерывный агрессивный цикл, наши инженеры применили поэтапную стратегию обработки . Мы выполнили интенсивную черновую обработку с равномерным припуском на получистовую обработку , за которой последовал промежуточный период отдыха для снятия напряжений . Затем основная плоская монтажная основа была подвергнута поверхностной обработке для восстановления истинной опорной плоскости перед выполнением окончательных получистовых и чистовых проходов по 3D-контурам.

Прецизионно обработанная на станке с ЧПУ внутренняя полость пресс-формы из алюминия 6061-T6 с гладкой трехмерной контурной поверхностью и поперечными рельефными каналами.

Задача 3: Обеспечение точного зазора между согласованными профилями сердцевины и полости.

• Испытание:

Мужской пуансон и женский блок полостей должны соединяться под прессовым зажимом с равномерным зазором, точно соответствующим толщине материала изделия .
• Почему это важно:

Любое несоответствие между монтажными углублениями, местами расположения направляющих штифтов или радиусами кривизны приведет к неравномерному контактному давлению, вызывая чрезмерное утонение с одной стороны формованной детали и несоответствие допусков с другой .
• Наше решение:

Обе сопрягаемые половины были обработаны с использованием синхронизированных координатных баз . Ключевые установочные отверстия для штифтов, схемы крепления концевых фланцев и резьбовые отверстия в нижней части были просверлены в тех же основных оснастках, что и соответствующие криволинейные поверхности . Такая согласованность настроек гарантировала, что истинное геометрическое положение установочных элементов оставалось зафиксированным относительно трехмерного криволинейного профиля .

Задача 4: Полное удаление заусенцев вокруг пересекающихся каналов и обеспечение стабильности размеров при анодировании.

• Испытание:

На лицевой стороне формы расположены многочисленные поперечные рельефные каналы, просверленные сквозные отверстия и зенкованные углубления, которые пересекают дугообразный трехмерный контур под острыми углами .
• Почему это важно:

Микроскопические заусенцы, остающиеся по краям этих поперечных пазов, могут поцарапать декоративную поверхность панелей прибора во время формовки . Кроме того, химическое анодирование должно обеспечивать чистую, равномерную матовую поверхность без эрозии острых кромок зазоров или образования дефектов, выходящих за пределы допуска, в прецизионных отверстиях .
• Наше решение:

Мы запрограммировали специальные траектории для снятия фаски и зачистки с использованием миниатюрных радиусных фрез вдоль всех пересекающихся границ каналов. После зачистки на станке с ЧПУ детали подвергались оптическому контролю и тонкой ручной зачистке . Для обработки поверхности параметры анодирования строго контролировались для получения прозрачного анодированного слоя типа II , который упрочнял поверхность алюминия , сохраняя при этом высокую стабильность размеров в монтажных отверстиях .

Наше производственное решение

Обзор проектирования и DFM-технологий

При анализе исходных CAD-моделей инженерная группа HONSCN обнаружила, что внутренние радиусы перехода внутри гнезда были немного меньше стандартных диаметров инструмента, что потребовало бы использования длинноходных фрез малого диаметра, подверженных вибрации. Мы сотрудничали с командой механического проектирования клиента для оптимизации радиуса сглаживания углов — это усовершенствование не повлияло на функциональность детали или внешний вид, но позволило использовать более жесткую шаровую концевую фрезу большего диаметра при чистовой обработке .

Стратегия обработки на станках с ЧПУ

1. Для достижения баланса между эффективностью обработки и точностью размеров мы использовали многоосевой станок с ЧПУ:
   Оптимизация траектории движения инструмента: для минимизации тепловыделения и износа инструмента в заготовке из сплава 6061-T6 использована динамическая трохоидальная черновая обработка .
2. Специальная модульная система крепления: изготовленные на заказ мягкие зажимные губки и опорные пластины поддерживали изогнутую заготовку вдоль ее естественной кривизны , предотвращая вибрацию и дребезжание во время высокоскоростной чистовой резки.
3. Многоосевое непрерывное движение: резец располагался под оптимальными углами наклона и опережения относительно изогнутой поверхности , что гарантировало, что центр шаровой мельницы (имеющей нулевую скорость резания) никогда не будет скользить по обрабатываемой поверхности.

Многоосевая фрезерная обработка на станках с ЧПУ для изготовления 3D-контурных алюминиевых пресс-форм из сплава 6061-T6 с подачей охлаждающей жидкости.

Вторичная обработка и финишная обработка поверхности

• Автоматическая и ручная зачистка: Пересекающиеся канавки были обработаны механически и вручную для удаления заусенцев, что обеспечило 100% отсутствие заусенцев на кромках без затупления углов, обеспечивающих функциональное выравнивание .
• Контролируемая дробеструйная обработка: Применялась равномерная дробеструйная обработка мелкозернистыми стеклянными шариками для разрушения направленных волокон древесины, образующихся в процессе обработки, при одновременном маскировании прецизионно обработанных эталонных поверхностей и центровочных отверстий .
• Прозрачное анодирование: обработка в кислотной ванне с регулируемой температурой для создания равномерного прозрачного анодного оксидного слоя , обеспечивающего износостойкость поверхности при многократном контакте с листовым металлом.

Как мы изготовили эту деталь

Конвейер рабочих процессов:
Необработанная заготовка из сплава 6061-T6 ➔ Черновая 3D-обработка и шлифовка полостей ➔ Снятие напряжений / поверхностная обработка ➔ Многоосевая 3D-чистовая обработка ➔ Сверление и нарезание резьбы ➔ Удаление заусенцев и пескоструйная обработка ➔ Прозрачное анодирование ➔ Проверка на координатно-измерительной машине

• Шаг 1: Закупка и выравнивание сырья — Раскрой сертифицированных алюминиевых заготовок 6061-T6 с полными протоколами испытаний материала (MTR). Заготовки были обработаны фрезерованием с шести сторон для обеспечения надежных опорных точек для последующих многоосевых операций.
• Шаг 2: Высокоэффективная черновая обработка и нормализация напряжений — Были выполнены высокоэффективные черновые проходы для удаления основного материала полости и грубой обработки контуров внешних арочных поверхностей, оставляя равномерный припуск на всех поверхностях. Детали были сняты и им дали стабилизироваться при комнатной температуре, чтобы снять напряжения, возникшие в процессе обработки, перед повторным зажимом .
• Шаг 3: Повторная обработка и получистовая обработка основания — Блоки были повторно зафиксированы на готовой монтажной поверхности, основание было повторно отшлифовано для устранения незначительных деформаций , и были выполнены получистовые проходы твердосплавными концевыми фрезами для получения формы, близкой к окончательной .

Плоское, изготовленное на станке с ЧПУ, монтажное основание из алюминиевого формовочного блока 6061-T6 с прецизионными резьбовыми отверстиями для крепежных элементов.

• Шаг 4: Многоосевая 3D-обработка контуров и механическая обработка элементов — Была применена многоосевая непрерывная контурная обработка с использованием высококачественных твердосплавных шаровых фрез. Была выполнена обработка 3D-профиля седла, продольного выступа, соответствующего паза и ряда поперечных пазов для снятия нагрузки. Сверление и фрезерование резьбы для глухих монтажных отверстий производились с высокой точностью в той же последовательности.
• Шаг 5: Удаление заусенцев, пескоструйная обработка и прозрачное анодирование — Обработанные блоки были обезжирены и проверены на наличие микрозаусенцев. Мастера вручную очистили все пересекающиеся углы каналов. Критические диаметры отверстий и монтажные поверхности были замаскированы перед нанесением мелкодисперсной пескоструйной обработки и натурального прозрачного анодирования типа II .

Контроль качества

Для проверки надежности совмещения комплекта пресс-форм в гидравлическом прессе заказчика HONSCN был внедрен структурированный план обеспечения качества:

Высокоточная координатно-измерительная машина (КИМ) для проверки трехмерного криволинейного контура и координатного положения отверстий на гранитной поверочной плите.

• Проверка сырья: Химический состав и твердость сплава 6061-T6 были проверены по заводским сертификатам испытаний.
• Контроль с помощью координатно-измерительной машины (КИМ): Проверка межосевых расстояний монтажных отверстий, глубины отверстий, шага резьбы и плоскостности заднего монтажного основания .
• Проверка 3D-профиля поверхности: с помощью оптического сканирования поверхности проводилось сравнение с исходной 3D CAD-моделью для подтверждения того, что сложная седловидная кривизна остается в пределах жестких ограничений профиля по всей длине пролета.
• Оптический осмотр на наличие заусенцев: Каждый поперечный паз и зенковка были осмотрены под оптическим увеличением для подтверждения полного отсутствия заусенцев и острых выступов .
• Проверка правильности сборки без предварительной обработки: Перед упаковкой стержень и гнездо были выровнены с помощью прецизионно отшлифованных калибровочных штифтов и соединены для проверки равномерного зазора по линии разъема .

Результаты проекта и отзывы клиентов

• Прототип пресс-формы доставлен в срок: оба формовочных блока были обработаны, зачищены от заусенцев, анодированы и проверены в соответствии с согласованным графиком выполнения работ [сроки выполнения проекта, например, ~2 недели] .
• Первый опытный образец одобрен: клиент установил комплект пресс-форм непосредственно в свой опытный пресс; образцы панелей приборов сформировались чисто, без царапин или дефектов поверхности .
• Бесшовное выравнивание линии разъема: Заказчик подтвердил, что две половины пресс-формы смыкаются с равномерным контактом и без заеданий .
• Заказ на производственную оснастку размещен: исходя из соответствия размеров и качества поверхности прототипа оснастки, заказчик подтвердил заказы на несколько дополнительных вариантов оснастки для своей новой линейки бытовой техники .

Отзывы клиентов:
Заказчик подтвердил, что инструментальные блоки были собраны с плавным выравниванием, без видимых несоответствий линии разъема и успешно прошли пилотное испытание формовки с первого хода пресса без необходимости дополнительной регулировки на верстаке .

Почему клиент выбрал HONSCN

Этот проект был не просто о резке алюминия на стандартном фрезерном станке. Для его реализации требовался производственный партнер, способный управлять всем жизненным циклом сложного формовочного инструмента:
• Прогнозирование DFM: выявление потенциальных ограничений по вылету режущего инструмента и предложение оптимизации радиуса сглаживания перед резкой металла.
• Обработка с контролем напряжений: прогнозирование и противодействие естественным тенденциям деформации заготовки из сплава 6061-T6 при интенсивном удалении материала.
• Целостность поверхности: Сочетание многоосевого CAM-программирования с тщательным контролем зачистки и анодирования позволяет устранить косметические дефекты.
• Полный комплекс услуг «под ключ»: черновая обработка, многоосевая чистовая обработка, нарезание резьбы, снятие заусенцев, обработка поверхности и проверка с помощью КИМ — все под одной крышей.

Заключение

Изготовление прецизионных пресс-форм из алюминия 6061-T6 обеспечивает значительные преимущества с точки зрения стоимости и скорости при прототипировании бытовой техники и мелкосерийном производстве. Однако для достижения производительности, соответствующей производственным стандартам, требуется тщательный контроль траекторий движения инструмента, снятия напряжений и целостности поверхности, чтобы сложные 3D-профили сохраняли свою заданную геометрию.
В компании HONSCN Precision мы уделяем особое внимание проектированию производственного процесса до мельчайших деталей, обеспечивая гармоничную работу каждого контура, канала и элемента крепления в сборочных и формовочных операциях наших клиентов.
Наша инженерная команда готова оказать поддержку вашему проекту на всех этапах, от первоначального анализа проекта до поставки готовой продукции, включая изготовление пресс-форм на станках с ЧПУ, прецизионных металлических компонентов и многоосевых производственных решений .