Saat merancang komponen yang dikerjakan dengan mesin CNC, bagaimana kita dapat mengurangi biaya pengerjaan melalui optimalisasi struktural?

Saat merancang komponen yang dikerjakan dengan mesin CNC, mengurangi biaya pengerjaan melalui optimalisasi struktural adalah kunci untuk menyeimbangkan persyaratan fungsional dan keterjangkauan manufaktur. Strategi optimalisasi spesifik berikut disediakan dari berbagai dimensi:

1. Optimalisasi Pemilihan Material
   • Utamakan Material yang Mudah Dikerjakan: Material dengan kemampuan mesin yang baik, seperti paduan aluminium dan baja karbon rendah, dapat mengurangi keausan alat dan waktu pengerjaan. Misalnya, mengganti baja tahan karat dengan paduan aluminium 6061 dapat mengurangi biaya pengerjaan hingga lebih dari 30% (jika kekuatan memungkinkan).
   • Minimalkan Penggunaan Logam Mulia: Gunakan desain penguatan lokal (seperti hanya menggunakan paduan titanium di area yang tertekan) alih-alih struktur logam mulia secara keseluruhan.
   • Cocokkan Bentuk Material: Pilih bahan mentah yang mendekati bentuk akhir komponen (seperti batang atau pelat) untuk mengurangi sisa pengerjaan. Misalnya, menggunakan bahan mentah persegi panjang untuk mengerjakan komponen persegi dapat menghindari pemborosan berlebihan dari bahan mentah bundar.
2. Pengendalian Kompleksitas Geometris
   • Hindari Rongga Dalam dan Celah Sempit:
     • Rongga dalam (kedalaman > 5 kali diameter alat) memerlukan pengerjaan berlapis ganda dan rentan terhadap getaran dan kerusakan alat. Pertimbangkan untuk menggunakan kombinasi rongga dangkal atau struktur terpisah.
     • Celah sempit memerlukan alat berdiameter kecil, yang memiliki efisiensi pengerjaan rendah. Disarankan agar lebar celah ≥ 1,2 kali diameter alat.
   • Sederhanakan Dinding Tipis dan Sudut Tajam:
     • Dinding tipis (ketebalan<3mm) rentan terhadap deformasi dan memerlukan pengurangan parameter pemotongan atau penambahan penyangga. Optimalisasi dapat dicapai melalui penebalan lokal atau penambahan rusuk penguat.
     • Sudut tajam (sudut internal
   • Kurangi Ketergantungan Multi-Sumbu: Hindari permukaan melengkung atau lubang miring yang tidak perlu; sebagai gantinya, gunakan struktur bertingkat atau sudut standar (seperti 45°, 90°) untuk menyelesaikan pengerjaan dengan mesin tiga sumbu.
3. Rasionalisasi Toleransi dan Kekasaran Permukaan
   • Longgarkan Toleransi Non-Kritis: Melonggarkan toleransi pada permukaan non-pasangan dari ±0,05mm menjadi ±0,1mm dapat mengurangi jumlah langkah penyelesaian. Misalnya, toleransi posisi lubang pemasangan dapat dilonggarkan secara moderat, sementara hanya posisi bantalan kritis yang mempertahankan presisi tinggi.
   • Kekasaran Permukaan yang Lebih Rendah pada Permukaan Non-Fungsional: Mengurangi kekasaran permukaan permukaan non-estetika dari Ra1.6 menjadi Ra3.2 dapat memotong waktu penyelesaian. Misalnya, permukaan struktural internal tidak perlu dipoles.
   • Tentukan Toleransi Ekonomis: Rujuk ke standar presisi sedang dalam ISO 2768 untuk menghindari spesifikasi berlebihan.
4. Standardisasi dan Desain Modular
   • Satukan Dimensi Fitur: Gunakan ukuran mata bor standar (seperti lubang berulir M6, M8) alih-alih lubang non-standar untuk mengurangi frekuensi penggantian alat.
   • Penguraian Modular: Pecah komponen kompleks menjadi beberapa sub-komponen yang lebih sederhana, yang dapat dikerjakan secara terpisah dan kemudian dirakit melalui baut atau pengelasan. Misalnya, cangkang dengan rongga dalam dapat dibagi menjadi "badan utama+pelat penutup".
   • Desain Antarmuka Universal: Gunakan flensa standar, pasak, atau struktur snap-fit untuk mengurangi kebutuhan akan perkakas khusus.
5. Optimalisasi Pengerjaan dengan Bantuan Perangkat Lunak
   • Pengenalan Fitur Otomatis CAM: Manfaatkan perangkat lunak untuk secara otomatis mengidentifikasi fitur seperti lubang dan celah untuk mengurangi waktu pemrograman. Misalnya, fungsi pengenalan fitur di Fusion 360 dapat mempersingkat waktu pemrograman hingga 30%.
   • Optimalisasi Jalur Alat: Terapkan strategi pengerjaan kecepatan tinggi (HSM), seperti entri alat heliks dan pemotongan berkelanjutan, untuk mengurangi waktu non-pemotongan. Misalnya, jalur yang dioptimalkan dapat mengurangi waktu pengerjaan hingga 15%.
   • Verifikasi Simulasi: Gunakan pengerjaan virtual untuk memeriksa gangguan dan pemotongan berlebihan, menghindari scrap dari pemotongan percobaan.
6. Menyeimbangkan Ringan dan Kekuatan
   • Optimalisasi Topologi dan Pengeboran: Gunakan analisis elemen hingga (FEA) untuk menentukan jalur beban dan hanya mempertahankan material yang diperlukan (seperti struktur tulang biomimetik).
   • Perlakuan Panas Lokal untuk Penguatan: Terapkan pengerasan laser ke area tegangan tinggi (seperti akar roda gigi) alih-alih perlakuan panas secara keseluruhan.
   • Kombinasi Proses Hibrida: Setelah pengerjaan CNC struktur utama, tambahkan kisi-kisi ringan melalui manufaktur aditif (pencetakan 3D) untuk menyeimbangkan pengurangan berat dan kekuatan.

• Analisis DFM (Desain untuk Manufaktur): Berkomunikasi dengan pabrik pengerjaan pada tahap desain awal untuk mengidentifikasi fitur berbiaya tinggi.
• Pengurutan Prioritas: Optimalkan dalam urutan "pemborosan material>waktu pengerjaan>pasca-pemrosesan".
• Verifikasi Prototipe: Uji fungsionalitas dengan prototipe CNC yang dicetak 3D atau sederhana untuk menghindari pengerjaan ulang setelah produksi massal.

Dengan menerapkan strategi di atas, biaya pengerjaan CNC dapat dikurangi sebesar 20%-50% sambil memastikan fungsionalitas, terutama cocok untuk kebutuhan pengurangan biaya dalam produksi massal atau komponen dengan kompleksitas tinggi.