CNC işleme, prototip ya da seri üretim ile son kullanım için üretim yapmak adına tercih edilebilecek en iyi yoldur. Ancak CNC işleme konusunda kafa karışıklığına neden olan ana faktör genellikle işleme maliyetleridir. Malzeme, tasarım, yüzeyler, miktar ve geri dönüş süresi gibi faktörler, CNC ile işlenmiş parçaların maliyetini etkileyen birkaç önemli başlıktır. Neyse ki, konusunda uzman bir CNC operatörü, işleme maliyetleri ve buna bağlı olarak nihai ürün maliyetlerini düşürmek için yardımcı olacak çeşitli tecrübelere sahiptir.

Bu makale ile mühendisler tarafından verilen en iyi 10 ipucuna yer vermeye çalışacağız. Bu ipuçlarını projelere uygulamak maliyetleri düşürmenin yanı sıra tasarım gereksinimlerine uygun optimize edilmiş parçalar üretmeye de yardımcı olacaktır.

CNC İşlenmiş parça maliyetlerini etkileyen faktörler

Maliyetler konusunda hangi başlıklarda tasarruf edilebileceği konusuna değinmeden önce CNC parça fiyatlarını etkileyen 6 ana faktörü kısaca özetleyelim.

İşleme Süresi

CNC ile parçaların maliyetlerinin ana belirleyici unsuru kuşkusuz işleme süresidir. Parçanın işleme süresi uzadıkça, maliyetler de buna paralel olarak artış gösterir.

Malzeme

Her malzeme farklı bir fiyatla satışa sunulur ve üreticiler bu malzemeler arasından proje gereksinimlerine uygun olanı seçerler. Gereksinimleri karşılayan benzer malzemelerin fiyatları da farklıdır fakat yine de çok büyük bir maliyet kalemini oluştururlar.

Hata Payı

Tasarım aşamasında belirlenen sıkı tolerans payları, işleme sürecinin zorlaşmasına ve hurda üretiminin artmasına neden olabilir. Bu durum malzeme ve işleme süresi gibi maliyetler göz önünde bulundurulduğunda maliyetlerin artmasına sebep olacaktır.

Miktar

1 ve 1000 parça üretmek CNC programlama süresi bakımından aynıdır. Bu nedenle ihtiyaç duyulan miktar fazla ise, birim maliyetleri azaltmak için toplam maliyeti ürün sayısına eşit olarak paylaştırmak gerekir.

Freze ile Yüzey İşleme

Yüzey İşleme

CNC ile işleme sürecinin sonunda kaplama, düzleştirme, anotlama, siyah oksitleme gibi ardıl yüzey işlemlerine ihtiyaç duyulduğunda, bu birkaç adım maliyetleri önemli ölçüde artıracaktır.

Teslim Süresi

Daha kısa sürede teslim edilmesi talep edilen bir sipariş için üretici daha fazla iş gücü kullanmak ve gerekli durumlarda diğer siparişleri geciktirmek zorunda kalacaktır. Bu durum endüstride hızlandırılmış işlem ücreti adı verilen ekstra bir maliyeti de genel maliyet kalemlerine ekleyeceği anlamına gelir.

Kanıtlanmış 10 tasarım ipucu ile maliyetten tasarruf etmek

Makalenin bu aşamasına kadar maliyetleri etkileyen altı ana faktörü özetlemeye çalıştık. Bu aşamada ise maliyetlerden tasarruf etmek için genel kabul görmüş ipuçlarını sizlere sunuyoruz.

1.     En uygun malzemenin seçilmesi

Bir parça tasarımında maliyetten tasarruf etmenin en önemli yöntemi, proje gereksinimleri için en uygun malzemenin seçilmesidir. En pahalı malzeme çoğu durumda en iyi tercih değildir. Bu nedenle parçaların amacına ve işlevine göre karar vermeli ve en uygun malzeme seçilmelidir.

Hemen hemen benzer performans ve özelliklere sahip birçok malzeme göz önüne alındığında, fiyat farkları hemen göze çarpacaktır. Bu alternatif malzemeler incelenerek fonksiyonel kullanım için uygun olup olmadığı belirlenmelidir. Örneğin, yaygın olarak üretilen kalıp ejektör pimleri için SKH51 yerine SKD61 malzemesini seçmek dahi maliyetlerde %50-70 tasarruf etmenize yardımcı olabilir.

Öte yandan, alüminyum 6061 gibi daha yumuşak bir malzeme seçildiğinde kesim işlemi kolaylaşacağından işleme süresi de daha kısa sürecektir. Daha sert malzemelerin işlemesi daha zor olduğundan daha pahalı işleme takımlarına gereksinim duyar ve kırılma ve aşınma gibi risk faktörlerini de artırır. Özetle, daha sert bir malzeme tercihi daha uzun işlem süresi ve takım aşınma oranına sebebiyet vereceğinden işlenen parçaların maliyeti de hızla artacaktır.

2.     90° iç köşelerden uzak durmak

Tasarımda keskin veya 90 dereceye sahip iç köşelere yer vermek daha fazla işleme süresi ve ekstra maliyet anlamına gelir. Bununla birlikte, parçanın iç açılarının çoğunda 90 derece yerine yuvarlatılmış köşeler kullanmak işlevlerin kullanımını etkilemeyecektir.

Tasarımda yuvarlatılmış köşeleri tercih etmek, makinenin parça üretiminde durmadan çalışabilmesini de sağlar. Freze takımları ve parmak freze gibi CNC kesici takımlar, geometrileri nedeniyle yuvarlatılmış iç köşeler üretirler. Küçük ve dar bir iç köşe radyusu ise daha fazla paso ve özel küçük takımlar kullanılmasını gerektirir. Bu durum da işleme süresini artırmanın yanı sıra takım değiştirme gibi üretimi kesintiye uğratabilecek durumlar doğurur. Buna karşılık, köşelerde kullanılacak daha büyük yarıçaplar, daha büyük takımlarla da verimli bir işleme süreci gerçekleştirilmesine olanak tanır.

Optimum tasarım için önerilen iç köşe yarıçapı U:Ç (uzunluk-çap) oranının 3:1 veya daha azı olmasıdır. Ayrıca tüm iç köşe yarıçapları aynı olursa, işleme süresini kısaltan bir etki yaratabilir.

3.     İç boşlukları en aza indirmek (derin cepler)

Derin iç boşluklara sahip tasarımlarla metal ya da plastik parçaların işlenmesi genellikle ekstra zaman alır ve işlenmesi çeşitli zorluklar barındırır. Boşlukları oluşturmak için parçadan çok fazla malzeme çıkarılması gerekir. Bu durum malzeme israfına ve talaş tahliyesinde zorluklara neden olurken ayrıca derinliğe ulaşırken ek işlemlere ihtiyaç duyulmasına ve maliyetlerin artmasına neden olabilir.

Tasarımda yer alan ceplerin önerilen derinliği uzunluğunun 4 katı ile sınırlandırılmasıdır. Tasarım için en ideal seçim ise kendi çapının 2 ila 3 katına kadar olan derinlik tercihidir.

4.     İnce duvar tasarımından kaçınmak

Aşırı ince duvarla işlenmiş parçalar çok daha kırılgan bir yapıda olacaklarından işlenmeleri daha uzun sürecektir. Ve sıklıkla titreşim ürettikleri ya da deforme olma eğiliminde oldukları için istenen toleransları korumak oldukça zordur. Bu etkenler sonucu yavaş işleme, özel işleme teknolojilerinin kullanımı ve üretilen yüksek hurda oranı nedeniyle ince duvarlı parçalar daha maliyetli hale gelir.

İnce duvarlı parçalara kıyasla kalın duvarlı parçalar daha kararlı ve işleme maliyetleri daha düşük olma eğiliminde olurlar. İşleme maliyetlerinden tasarruf etmek için ince duvarlı tasarımlardan uzak durmak, duvar kalınlıklarını metallerde 0,8mm’den ve plastik parçaların duvar kalınlıklarını 1,5mm’den kalın tutmak önemli avantajlar sağlar.

5.     Standart kılavuz deliği boyutlarını kullanmak

Tasarımda dişleri işlenmiş bir deliğe yer verildiğinde, hem delik derinliği hem de kılavuz boyutu toplam maliyeti etkileyecektir. Genellikle, tutucu üzerinde yer alan diş uzunluğunun artırılması parçanın gücünü artırmamakla beraber delik çapının 3 katından fazla diş açılmamalı ve mümkün olduğu noktalarda kısa tutulmalıdır. Diş boyu çapın 3 katını aşarsa, bu durum kırılma riskini artırırken ayrıca işleme süresini de uzatır. Çok küçük dişler söz konusu olduğunda dişlerin elle kılavuz çekilerek kesilmesi gerekir ki bu durum da maliyeti artıran bir durumdur.

Standart Kılavuz Deliği Boyutlarını Kullanmak

Standart kılavuz boyutlarını tercih etmek süreç içerisindeki riskleri azaltırken maliyeti de azaltabilir. Örneğin, 4-40 boyutunda bir kılavuz kullanmak, 3-38 ile karşılaştırıldığında daha yaygın ve düşük maliyetlidir. Ayrıca, 2-56 (inç)’den daha büyük dişli delikler tasarlamak maliyetleri olumlu etkileyecektir.

6.     Karmaşık Tasarlanmış Parçalardan Kaçınmak

Büyük boyut, mikro boyut ya da karmaşık geometrili parçaların işlenmesi için özel takımlar, çok eksenli CNC makineleri ve bazı özel jigler gerekebilir. Bunların tümü maliyeti büyük oranda artıracaktır.

Bazı durumlarda birden fazla yüzey üzerinde işlem gerektiren karmaşık parçaları iki ya da daha fazla parçaya ayırmak denenebilir ve işlem sonrası parçalar kaynak ya da cıvata ile birleştirilebilir. Bu yaklaşım muhtemelen maliyetlerde bir düşüş yaşanmasına da yardımcı olabilir.

7.     TiN kaplama, DLC kaplama vb. gibi yüzey bitirme işlemleri

CNC ile işlenen parçalardan kozmetik, korozyon direnci, aşınma direnci ve diğer amaçlarla yapılan bitirme işlemleri yüzey karakteristiğine ya da özelliğine ulaşmak için yapılan ek işlemlerdir. Ancak bu aşamada gerçekleştirilen ısıl işlem, boncuk püskürtme, özel kaplamalar, anotlama ve benzeri işlemler toplam maliyeti artıran faktörlerdir. Bu yüzden bu tür bir işlem tercih edileceği zaman amaca göre dikkatlice değerlendirilmesi gerekir.

Yüzey Finisaj İşlemleri

Toplam maliyeti azaltmak istendiğinde, standart işlenmiş bitirme işlemleri tercih edilmelidir. Standart bitirme genellikle montaj braketleri gibi uygulamalar için tercih edilen hızlı ve uygun maliyetli bir seçim olacaktır. Yüzey kalitesi 125 RA µin (3,2 RA µm) ile karşılaştırılabilir.

8.     Sıkı toleransları aşırı kullanmamak

Çoğu metal parça üreticisi, ±0,001mm gibi sıkı toleranslarla işleme yapabilen ultra hassas işleme ekipmanlarına sahip olsa da yine de özel olmayan kullanım parçaları için sıkı toleransların aşırı kullanımı önerilmez. Daha sıkı toleranslarla üretim yapmak, atölyenin daha fazla işlem gerçekleştirmesine ve zaman harcamasına, dolayısı ile daha yüksek maliyetlerle hizmet vermesine neden olacaktır.

Bazı hassas kalıp parçaları, tıbbi parçalar ve havacılık aksesuarları sıkı toleranslar gerektirse de her parçanın bu tip bir sıkı tolerans gereksinimi yoktur. Önerilen tolerans değerleri endüstride kullanılan ISO 2768 standardını takip etmektir.

9.     Sipariş Miktarı

Günümüzün modern CNC torna ve freze makineleri geçmişe nazaran daha verimli çalışabilirler. Ancak programlama ve kurulum aşamalarında yine de uzman operatörlere ihtiyaç duyulur. Bilindiği gibi birim maliyet hesabı sipariş edilen parça sayısı ile orantılıdır. Örneğin, 10 adet ile 10000 adet arasında birim fiyat farkı oldukça fazla olacaktır. Bunun nedeni aynı parçaların CNC ile işlenmesi üretim verimliliği ve maliyet etkinliğini en üst seviyeye çıkarmasıdır.

Bir parçaya 50.000 adet ihtiyaç varsa, tek seferde 50.000 sipariş vermek, 10 defa 5.000 adet sipariş vermekten daha ucuza mal olur.

10.  İşi teşvik etmek ve üretim planının önceden hazırlanması

Ürün planının yapılması, tasarım çalışmasının tanıtılması ve üretim öncesi nihai ürünün bitirilmesi, CNC işleme tedarikçisi için hammadde satın almak, üretim planını oluşturmak ve ürünleri zamanında teslim etmek için yeterli süreyi tanıyacaktır. Endüstri uzmanlarının beyanlarına göre daha uzun teslim süreleri, toplam maliyetten %4-6 oranında tasarruf edilmesini sağlayabilmektedir.

Özet

Bu makalede, işlenmiş parçaların maliyetlerini düşürmekte kullanılabilecek 10 tasarım ipucuna yer verdik. Özetle, tasarımı basit tutmak ve standartları takip etmeyi öneriyoruz. Bu tasarım ipuçlarını aklınızın bir köşesinde tutmak ve projelere uygulamak birçok gereksiz maliyetten tasarruf etmeye ciddi anlamda yardımcı olacaktır.