Phân Tích DFM Cho Gia Công CNC Chi Tiết Hốc Nhôm Phức Tạp

Trong ngành sản xuất, Thiết Kế Cho Sản Xuất (DFM) đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu chi phí. Nó đóng vai trò như một cầu nối then chốt giữa thiết kế và sản xuất, đảm bảo sự chuyển tiếp liền mạch từ giai đoạn tạo mẫu đến sản xuất hàng loạt.

Lấy một chi tiết hốc nhôm điển hình làm ví dụ, bài viết này phân tích DFM của nó từ góc độ gia công và thảo luận về cách tối ưu hóa hiệu suất sản xuất và đạt được kiểm soát chất lượng.

Tổng Quan Dự Án

Sản phẩm là một chi tiết hốc lớn với kích thước 328×272×87.5mm. Được làm từ vật liệu AL6061, bộ phận này có các cánh tản nhiệt trên bề mặt A để tản nhiệt. Có hai lỗ sâu (bề mặt lỗ màu cam) ở phía trước và phía sau làm kênh tuần hoàn dung dịch làm mát, tạo thành một vòng lặp qua các hốc nhỏ trên bề mặt B (bề mặt màu cam). Hốc bên trong được khoét rỗng chủ yếu để cung cấp không gian lắp ráp cho các bộ phận khác. Và các lỗ ren cùng các trụ được phân bố ở bên ngoài và bên trong hốc đóng vai trò làm chi tiết liên kết để lắp ráp các bộ phận khác.

Ngoài ra, chi tiết sử dụng gia công CNC trong giai đoạn tạo mẫu và sản xuất lô nhỏ, trong khi đúc áp lực kết hợp với gia công CNC được dùng cho sản xuất hàng loạt. Dưới đây, chúng tôi sẽ chia sẻ các giải pháp thiết kế cho khả năng chế tạo của chi tiết này trong gia công CNC từ góc độ thiết kế kết cấu và dung sai.

Phân Tích Thiết Kế Kết Cấu

Vì sản xuất hàng loạt bộ phận này liên quan đến đúc áp lực kết hợp với gia công CNC, thiết kế ban đầu của nhà thiết kế dựa trên đúc áp lực. Tuy nhiên, trong giai đoạn xác minh kỹ thuật và sản xuất lô nhỏ, việc chỉ sử dụng gia công CNC dẫn đến một số kết cấu không hoàn toàn phù hợp với phương pháp này.

Trụ Ren Trên Bề Mặt A Và Giới Hạn Của Dao

Các trụ ren trên bề mặt B kéo dài đến bề mặt A, với nhiều kết cấu hẹp và sâu ở giữa. Để gia công đầy đủ các vùng này, đặc biệt cần dùng các dao mảnh có đường kính nhỏ, nhưng việc tùy chỉnh loại dao này vượt quá giới hạn có thể chế tạo được.

Ngoài ra, độ cứng vững của chúng quá yếu trong quá trình gia công, dẫn đến các vấn đề như rung dao. Do đó, sau khi trao đổi với khách hàng, chỉ sử dụng các dao mảnh đường kính nhỏ thông thường để vát mép, và các trụ ren trên bề mặt A không được xuyên hoàn toàn tới các cánh tản nhiệt.

Kết Cấu Hẹp Trong Hốc Bề Mặt B

Kích thước độ sâu của các trụ ren trong hốc bề mặt B lớn, và khoảng cách với các bề mặt lân cận tạo thành một không gian hẹp, khiến độ khó gia công tương tự như đã đề cập ở điểm 1. Theo cách này, có những khác biệt nhất định giữa kết quả gia công thực tế và mô hình 3D.

Bán Kính Góc Trong Và Góc Thoát Khuôn Trong Các Hốc

Có nhiều bán kính góc trong trong hốc bề mặt B. Theo quy trình đúc áp lực, bán kính góc hốc sâu kết hợp với góc thoát khuôn có thể dễ dàng đạt được. Tuy nhiên, trong gia công CNC, kích thước góc R tại các góc phụ thuộc vào đường kính của dao được chọn để hoàn thiện hoặc vát mép.

Thông thường, chúng tôi khuyến nghị kiểm soát tỷ lệ giữa giá trị giới hạn của bán kính góc và độ sâu trong khoảng 10 lần. Đối với bộ phận này, tỷ lệ đạt khoảng 40 lần tại nơi sâu nhất. Do đó, cần phải tăng góc R trong quá trình gia công thực tế.

Nếu quả thực áp dụng thiết kế có tỷ lệ cực đoan, cũng nên thêm góc thoát khuôn 3° trở lên trong gia công CNC. Điều này có thể tạo thành một kết cấu rộng hơn ở phía trên và hẹp hơn ở phía dưới, giúp thoát phoi và tăng độ cứng vững gia công cho dao CNC.

Thiết Kế Bo Góc Của Các Rãnh

Chi tiết hốc này có thiết kế bo góc ở đỉnh và đáy của một số rãnh. Thiết kế bo góc không gây vấn đề gì cho quy trình đúc áp lực, nhưng trong gia công CNC, chúng thuộc về gia công 3D, làm tăng độ khó và thời gian gia công. Với cùng một kết cấu, nếu có thể xử lý thành một kết cấu thông thường, có thể tạo ra đường chạy dao 2D, và hiệu suất gia công sẽ cao hơn nhiều so với gia công 3D. Do đó, chúng tôi thường khuyến nghị các nhà thiết kế xử lý những kết cấu như vậy thành kết cấu thông thường để cải thiện hiệu suất.

Tóm lại, từ góc độ và kinh nghiệm gia công, đối với các thiết kế kết cấu cần điều chỉnh, các kỹ sư tại Sendot Technology sẽ trao đổi đầy đủ với khách hàng để thực hiện các tối ưu hóa cần thiết đồng thời đảm bảo không ảnh hưởng đến việc lắp ráp và chức năng.

Xác Định Thông Số Dung Sai Cho Sản Xuất

Trong thiết kế ban đầu của sản phẩm mới, do thiếu tham chiếu từ các sản phẩm hoàn thiện, các nhà thiết kế thường quy định kích thước và dung sai quá chặt. Bản vẽ 2D của bộ phận này chứa 267 kích thước được kiểm soát, trải dài trên năm trang.

Sau khi các kỹ sư của Sendot Technology phân tích kỹ lưỡng, chúng tôi hoàn toàn hiểu rằng việc kiểm soát kích thước nghiêm ngặt là cần thiết cho các chi tiết gia công, nhưng chỉ cần kiểm soát hợp lý các kích thước quan trọng là đủ. Điều này đảm bảo chất lượng đồng thời cũng cân nhắc đến khả năng chi trả.

Do đó, thông qua trao đổi sâu với khách hàng, chúng tôi đều thống nhất giữ lại các kích thước chức năng liên quan đến lắp ráp làm kích thước kiểm tra bắt buộc và chuyển khoảng 2/3 kích thước thành kích thước tham chiếu.

Chiến Lược Đo Lường Và Đảm Bảo Chất Lượng

Vậy, làm thế nào để chúng tôi đảm bảo độ tin cậy của chất lượng đồng thời đơn giản hóa tổng số kích thước kiểm tra?

Xác Định Và Đo Các Kích Thước Kiểm Tra Bắt Buộc

Dựa trên các loại kích thước, chúng tôi xây dựng một bảng quy cách thao tác kiểm tra, quy định công cụ và phương pháp kiểm tra cho từng kích thước. Khi số lượng chi tiết tương đối nhỏ, máy đo tọa độ (CMM) là công cụ và phương pháp đo lường chính. Chúng cung cấp khả năng đo lường toàn diện và rất phù hợp cho các chi tiết có số lượng ít và nhiều kích thước.

Mô Phỏng Và So Sánh Thực Tế

Phần mềm CAM được dùng để mô phỏng chi tiết trước khi gia công nhằm xác nhận không có hiện tượng cắt lẹm hay thiếu kết cấu. Sau khi hoàn thành gia công, sản phẩm thực được so sánh với bản vẽ 3D từng chi tiết một để xác minh tính toàn vẹn của kết cấu và kiểm tra ngẫu nhiên một số kích thước tham chiếu.

Bằng cách kết hợp kiểm tra bắt buộc nghiêm ngặt với kiểm tra kích thước tham chiếu linh hoạt, Sendot Technology đảm bảo chất lượng đồng thời cải thiện hiệu suất cho chi tiết hốc lớn và sâu này.

Kết Luận

Chi tiết hốc này có kết cấu phức tạp, với tỷ lệ loại bỏ vật liệu cao tới 92%, thời gian gia công dài, chi phí cao và nhiều kích thước cần kiểm soát. Thông qua năng lực và kinh nghiệm gia công chuyên nghiệp, Sendot Technology tích cực trao đổi với khách hàng và thực hiện một số điều chỉnh hợp lý đối với một số đặc điểm kết cấu và kích thước đo lường dựa trên đặc tính của gia công CNC. Điều này đạt được cả hiệu quả về chi phí lẫn đảm bảo chất lượng. Chúng tôi hy vọng bài viết này mang lại những góc nhìn cho bạn về cầu nối giữa thiết kế và sản xuất.