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Come raccordi e smussi impattano sui costi di lavorazione CNC

Raccordi e smussi vengono solitamente aggiunti ai modelli solidi per migliorare l’estetica ed eliminare spigoli vivi e angoli. Molti progettisti utilizzano queste funzionalità facilmente nei loro modelli CAD per migliorare le funzionalità e i disegni. Ma qual è l'impatto economico di raccordi e smussi sui costi di lavorazione CNC?

I raccordi e gli smussi sono belli da vedere e aggiungono valore al design. Ma aumentano anche significativamente il tempo macchina e il costo dei disegni per la lavorazione CNC.

Le principali domande da farsi prima di aggiungere un raccordo o uno smusso al disegno sono:

  • Qual è la funzione principale del raccordo o dello smusso?
  • Questo raccordo o smusso è davvero necessario per il funzionamento della parte?
  • Quanto è conveniente aggiungere questa funzione per la quantità che sto producendo?
  • Come si può controllare la tolleranza?

Per una migliore comprensione del motivo per cui queste considerazioni sulla disegnazione e sui costi siano importanti, esaminiamo alcuni esempi.

Perché raccordi e smussi aumentano i costi di lavorazione

La preparazione degli utensili richiede tempo e denaro

Per prima cosa, confrontiamo come vengono eseguiti raccordi e smussi con il processo di lavorazione CNC. Gli smussi vengono solitamente realizzati con uno strumento rettificato all’angolo corretto, come uno svasatore, frese per smussi o un perforatore.

Una fresa per smussi viene utilizzata per realizzare smussi esterni, mentre un perforatore o uno svasatore viene usato per smussi interni.

Countersinks for CNC machines
Per via dell’angolo retto, gli smussi possono essere facilmente realizzati con una sola passata della macchina mediante utensili come questi svasatori

I raccordi vengono creati con una punta tonda che lavora il profilo della parte. Se il raccordo da lavorare si trova lungo lo spigolo di una parte, è probabile che venga utilizzata una fresa a candela per arrotondare gli angoli.

Tuttavia, la preparazione di questi strumenti può richiedere molto tempo e denaro. La punta deve fondere il raccordo con le facce superiori e laterali della parte in modo tale da non avere errori o tracce rimanenti.

Per ottenere ciò, i raggi lungo i bordi delle parti (come il raccordo verde nella Figura 1) sono generalmente realizzati con una fresa a candela a punta tonda. Per ottenere un raccordo di alta qualità, la fresa viene programmata a lavorare il bordo del pezzo facendo piccolissime passate.

Ma questo rende il processo costoso. L’inclusione di più raccordi e smussi ad alta precisione e qualità aumenta notevolmente i tempi di lavorazione. In un ambiente manifatturiero, il tempo è denaro. Quindi, prima di aggiungere un raccordo o uno smusso extra, va considerato se sia necessario per la funzione della parte e se valgano i costi aggiuntivi che ne derivano.

3D model representing a part with fillets and chamfers
Figura 1
Ball nose mills for CNC machines
Le frese tonde vengono utilizzate per asportare gradualmente la superficie di raccordi d’angolo e sformi, aumentando notevolmente il tempo macchina

Raccordi e smussi non sono adatti per bassi volumi produttivi

Il volume di produzione è un altro fattore importante che influisce sui costi. Il costo di lavorazione è inversamente proporzionale ai pezzi prodotti e quindi una bassa produzione di pezzi comporta costi più elevati e viceversa.

L’aggiunta di raccordi e smussi se la quantità produttiva è bassa aumenta il costo complessivo (vedere la tabella con il confronto dei costi di seguito). Un ciclo di produzione di grandi dimensioni potrebbe utilizzare un processo di fusione o forgiatura. In questo caso, il raccordo non solo sarebbe economicamente conveniente ma anche necessario.

Come ridurre i costi di lavorazione dei raccordi e smussi

Quando si valutano questi fattori e si decide di aggiungere un raccordo o uno smusso, il passaggio successivo consiste nel considerare come lavorare la parte a basso costo.

Disegnare gli smussi con le tolleranze corrette

Nella Figura 2 sottostante, il foro blu sulla parte superiore di questo componente è un foro maschiato M18 X 2 con uno smusso di 0,635 mm. Questo smusso è necessario perché consente all’elemento di fissaggio di inserirsi più facilmente nel foro.

3D model representing a part with fillets and chamfers
Figura 2

Quando si progetta uno smusso come quello sopra, non bisogna dimenticarsi delle tolleranze. Più restrittiva è la tolleranza, più costoso sarà il pezzo.

Nell’esempio mostrato in Figura 2, il diametro dello smusso è quotato con tre cifre decimali, il che significa che il diametro dello smusso può scostarsi solo di ± 0,127 mm dalla dimensione nominale.

Una tolleranza più stringente aumenterebbe a sua volta i costi poiché dovrebbe essere controllata più frequentemente e sarebbe necessario un calibro per smusso con una precisione di tre cifre decimali. Naturalmente, con un controllo più accurato e una misurazione più rigorosa, le parti diventeranno più costose.

Al contrario, se lo smusso viene ridotto a due cifre decimali di precisione, la deviazione consentita verrebbe raddoppiata a ± 0,254 mm della dimensione nominale. Ciò consentirebbe di controllare meno frequentemente e di utilizzare un calibro a corsoio invece di un calibro per smusso. Se questo piccolo accorgimento è accettabile per il progetto, anche i costi possono essere ridotti.

Rimuovere gli smussi quando possibile

Si può anche considerare la rimozione degli smussi dalla quota del foro per rendere le cose meno costose e più semplici (vedere la tabella seguente).

Ad esempio, in Figura 3, la funzione principale degli smussi nei fori laterali grigi è quella di facilitare l’inserimento del perno in ciascun foro. Se la dimensione esatta non è critica, si può non rappresentare lo smusso nel modello solido e aggiungere una nota al disegno di “rimuovere tutti gli spigoli vivi”.

In alternativa, potrebbe essere richiamato con una dimensione caratteristica minima e massima e una tolleranza lasca, come mostrato in Figura 3.

3D model representing a part with fillets and chamfers
Figura 3

Usare gli smussi invece dei raccordi ove possibile

Se il design consente di sostituire gli smussi al posto dei raccordi, è un’ottimo metodo per rendere la parte più economica. Ad esempio, gli smussi lungo i bordi della parte, come lo smusso in rosso, sono molto più semplici da realizzare e convenienti rispetto ai raccordi.

Ci vuole più tempo per impostare un utensile per un raggio rispetto a uno per lo smusso, poiché l’attrezzista deve fare in modo che le superfici delimitate da un raccordo si uniscano. Per ottenere l’accuratezza e la precisione desiderate, la fresa a candela con testa sferica deve passare più volte lungo la regione del raccordo.

Poiché uno strumento per smussare richiede meno tempo per l’installazione e il funzionamento, è più economico rispetto a un raccordo.

Se è necessario un raccordo e lo smusso non è un’opzione, provate a creare una dimensione standard di una punta tonda. Le punte tonde standard iniziano da 1,6 mm e aumentano di 0,8 mm. La lavorazione di un raccordo con questo strumento è sempre più veloce rispetto all’uso di una fresa a candela con testa tonda.

La tabella seguente illustra le variazioni del costo in base alle lavorazioni, confrontando i costi di lavorazione CNC per lotti da 1, 10 e 100 pezzi.

Modello 3DCosto per 1 parteCosto per 10 partiCosto per 100 parti

Con raccordi e smussi
€449.81€146.93€58.96

Solo con raccordi
€436.60 (-3%)*€143.84 (-2%)*€57.92 (-2%)*

Solo con smussi
€436.15 (-3%)*€143.72 (-2%)*€56.98 (-3%)*

Senza nessuna caratteristica
€400.13 (-11%)*€133.99 (-9%)*€54.86 (-7%)*

*Comparato al prezzo con raccordi e smussi

Utilizzare le risorse in rete per migliorare la producibilità

Comprendere e stimare in che modo le scelte di progettazione, come l’aggiunta di raccordi e smussi, influiscano sui tempi e sui costi di lavorazione richiede pratica ed esperienza.

Ma con una miriade di suggerimenti sulla progettazione per la lavorazione CNC disponibili online, potete ottenere un aiuto nel migliorare il vostro design e le vostre abilità.

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