Części do dronów od prototypu do serii, z właściwym procesem dla każdej części

Hydroforce wykonuje pierwsze części do dronów skrawaniem z pełnego materiału, a następnie przenosi każdą część na proces dopasowany do jej serii: odlewanie wysokociśnieniowe dla obudów z żebrami chłodzącymi, metalurgię proszków i MIM dla kół zębatych i zatrzasków, obróbkę CNC dla okuć konstrukcyjnych. Jeden zakład, jeden plan jakości i jeden komplet dokumentów od pierwszego prototypu do partii seryjnej.

Program rozwoju drona przechodzi przez dwie bardzo różne fazy. Dopóki trwa dopracowywanie płatowca, części zmieniają się po każdym locie testowym i nikt nie chce płacić za formę, która za miesiąc trafi na złom. Gdy konstrukcja jest zamrożona i zamówiono pierwszą serię, pytanie się odwraca: które części nadal opłaca się wycinać z litego bloku, a które trzeba już odlewać lub prasować, żeby tysięczna sztuka kosztowała mniej i była taka sama jak pierwsza.

Obróbka skrawaniem, odlewanie ciśnieniowe i metalurgia proszków działają u nas w jednym zakładzie, dlatego producent multikopterów oraz dronów rolniczych, stałopłatów, dronów naziemnych lub morskich może zacząć u nas od prototypu i zostać na serię. Ten artykuł wyjaśnia, jak planuje się to przejście część po części.

Etap 1: prototypy frezowane z pełnego materiału

Prototyp obrabiany skrawaniem nie wymaga oprzyrządowania. Gdy zmienia się konstrukcja, zmienia się model CAD, a kolejna część schodzi z maszyny już z nową geometrią. Dla pierwszych płatowców to argument rozstrzygający.

• Materiały: stopy aluminium serii 6xxx i 7xxx na ramiona z wbudowanym gniazdem silnika, płyty centralne, mocowania silników, przeguby składania ramion i wsporniki; tytan oraz stale nierdzewne 1.4301/304 i 1.4404/316 na wały, obudowy morskie i części pracujące w słonej wodzie.
• Dokładność: ±0,05 mm i pasowania IT6–IT7 w otworach i na powierzchniach montażowych, z kontrolą geometrii według ISO 2768-fH, ISO 286 i ISO 1101.
• Maszyny: centra frezarskie CNC Haas o przestrzeni roboczej 1270 × 660 × 635 mm oraz tokarki DMG MORI do Ø500 mm i długości 1000 mm.
• Kontrola: pierwsza sztuka jest mierzona na maszynie współrzędnościowej Zeiss, a sprawdzony na niej program służy do kolejnych części.
• Wykończenie: anodowanie lub malowanie proszkowe według specyfikacji, aby prototyp można było oblatywać i badać w tym samym wykończeniu, jakie będzie miała seria.

Jedną sprawę warto rozstrzygnąć już na tym etapie. Jeśli obudowa będzie później odlewana ciśnieniowo, jej frezowany prototyp powinien mieć od razu pochylenia odlewnicze, grubości ścianek i promienie zaokrągleń odlewu. Wyniki testów prototypu z prostokątnymi kieszeniami i grubymi ściankami nie przenoszą się na cienkościenną obudowę odlewaną. Rysunek sprawdzamy pod kątem procesu seryjnego w trakcie wykonywania prototypu, dzięki czemu loty testowe odbywają się na geometrii, która pójdzie do produkcji.

Stopnie przekładni serwonapędów, pomp opryskiwaczy i wciągarek są dla prototypu nacinane i szlifowane według ISO 1328. Obciążony stopień wymaga zwykle klasy 7. To samo koło można później prasować i spiekać, ale dopiero wtedy, gdy moduł, szerokość i zarys są ostatecznie zatwierdzone.

Etap 2: osobny proces seryjny dla każdej części

Gdy konstrukcja jest zamrożona, każdą część ocenia się osobno. Tabela pokazuje zwykłe drogi dla drona lub robota naziemnego. Ostatnia kolumna jest równie ważna jak pozostałe: część odlewana lub spiekana nadal ma powierzchnie, które wykańcza się na maszynie.

Okucia konstrukcyjne często pozostają obrabiane skrawaniem także w serii. Mocowanie silnika przenosi ciąg i drgania, jest małe, a frezowane i anodowane aluminium 7xxx jest dla niego właściwym materiałem. W serii obrabiamy takie części partiami identycznych sztuk na jednym zamocowaniu i według jednego programu pomiarowego, co obniża cenę sztuki bez zmiany samej części.

Roboty naziemne z wysięgnikiem lub lemieszem są wyjątkiem od całego tego schematu. Ich cylindry hydrauliczne wykonuje się na zamówienie od jednej sztuki, więc cylinder prototypowy i seryjny przechodzą tę samą drogę, z tą samą próbą ciśnieniową przy 1,5-krotności ciśnienia roboczego.

Odlewanie ciśnieniowe obudów: co zmienia się w serii

Obudowa z żebrami zyskuje na przejściu na odlewanie najwięcej. Wyfrezowanie żeber chłodzących z litej płyty zajmuje na jedną obudowę wiele minut i zamienia większość płyty w wióry. Na naszej prasie cykl produkcyjny trwa od 30 sekund do 2 minut, zależnie od wielkości części, a żebra, wzmocnienia mocujące i wyprowadzenia kabli powstają razem z korpusem w tym samym wtrysku.

• Ścianki i masa: cienkościenne odcinki 0,5–1,5 mm, z żebrami tam, gdzie obudowa potrzebuje sztywności.
• Dokładność: ±0,1–0,3 mm w stanie odlanym, powierzchnia Ra 1,6–6,3 µm.
• Ciepło: stopy aluminium przewodzą ciepło z przewodnością 90–160 W/m·K, więc sama obudowa odprowadza ciepło od elektroniki mocy.
• Oprzyrządowanie: formy powstają w naszej narzędziowni ze stali H13 lub P20 i są próbowane na prasie produkcyjnej przed zatwierdzeniem pierwszej próbki.
• Obudowy szczelne lub obrabiane cieplnie: odlewanie ciśnieniowe wspomagane próżnią, gdy obudowa musi utrzymać uszczelnienie na powierzchni uszczelki albo być przesycana do stanu T6. Strefy wrażliwe na porowatość kontroluje się rentgenem.
• Wykończenie: przejście CNC po powierzchniach współpracujących, otworach, gwintach i rowkach uszczelek, następnie malowanie proszkowe, powłoka katoforetyczna, chromianowanie lub anodowanie według specyfikacji.

Małe części wymagające bardzo cienkich przekrojów i drobnych detali odlewa się ze stopów cynku na maszynach z gorącą komorą. Magnez można omówić dla konkretnej części.

Części spiekane i MIM: koła zębate, zatrzaski i małe dźwignie

Koła zębate pomp opryskiwaczy, wciągarek i napędów serwo to druga grupa, która w serii zmienia proces. Koło prasowane i spiekane dostaje zarys zęba od matrycy, więc każde koło z jednego narzędzia ma tę samą geometrię.

• Metalurgia proszków (PM): prasowanie do 800 MPa, gęstość końcowa do 97 %, tolerancja ±0,05 mm po spiekaniu i węższa po kalibrowaniu. Proszek trafia do części, więc zużywa się do 30 % mniej materiału niż przy nacinaniu tego samego koła z pręta. Resztkowa porowatość tłumi drgania i sprawia, że koło pracuje ciszej.
• Formowanie wtryskowe metali (MIM): dla małych części o masie poniżej około pięćdziesięciu gramów z otworami poprzecznymi, kieszeniami i podcięciami, na przykład zawiasów składania, haków blokady, zapadek, mikrokół zębatych i wsporników gimbala. Stale to między innymi 17-4 PH i 316L, ścianki do 0,3 mm, tolerancja do ±0,02 mm. Jeden wtrysk trwa 15–45 sekund.

Spiekanie opłaca się od tysięcy sztuk, bo wymaga narzędzia prasującego lub formy MIM. Poniżej tej ilości koło pozostaje nacinane. Wiele napędów łączy obie drogi: koła spiekane w szybkich, lekko obciążonych stopniach i koło obrabiane skrawaniem w obciążonym stopniu wyjściowym, wszystko od jednego dostawcy i w jednym systemie jakości.

Obróbka cieplna wynika z rysunku: hartowanie na wskroś z odpuszczaniem, nawęglanie lub azotowanie, a dla 17-4 PH przesycanie i starzenie. Otwory i gniazda łożysk, które wymagają ciaśniejszego pasowania, są kalibrowane lub obrabiane po spiekaniu.

Jak zarządza się zmianą procesu

Przeniesienie części z frezarki na formę lub narzędzie prasujące to moment, w którym seria może pójść źle. Planujemy to tak samo dla każdej części wymagającej oprzyrządowania.

1. Przegląd rysunku przed wykonaniem oprzyrządowania. Pochylenia odlewnicze, płaszczyzna podziału, położenie wlewów i przelewów oraz naddatek na obróbkę są uzgadniane przed wykonaniem formy lub matrycy. Otwory pod łożyska i powierzchnie uszczelniające oznacza się jako strefy, w których porowatość jest niedopuszczalna. W części MIM przegląd obejmuje także równomierną grubość ścianek, bazy dla otworów obrotowych i mocujących, duże płaskie powierzchnie, które mogą się wypaczyć podczas spiekania, oraz położenie wlewu z dala od powierzchni funkcjonalnych; gniazdo formy wykonuje się około 1,18 raza większe od gotowej części, aby uwzględnić skurcz.
2. Próba narzędzia i pierwsza próbka. Pierwsze wtryski lub pierwsze wypraski mierzy się w całości, każdy wymiar z rysunku, i porównuje z modelem CAD oraz zatwierdzonym prototypem.
3. Plan kontroli. Cechy krytyczne i częstotliwość kontroli są ustalane przed zwolnieniem serii. Na życzenie udostępniamy plan i uzgadniamy badania w obecności świadka lub inspekcję niezależnej strony.
4. Ta sama baza dla zamówień powtarzalnych. Rysunki oprzyrządowania, parametry procesu i programy spiekania są przechowywane, dzięki czemu zamówienie powtórne realizuje się na tej samej bazie co pierwsza próbka.

Dokumenty nie zmieniają się wraz z ilością. Prototyp i partia seryjna wychodzą z tym samym świadectwem materiałowym, tym samym raportem wymiarowym i tym samym zapisem powłoki.

Co nam przesłać

Aby wycenić oba etapy naraz, potrzebujemy:

• modelu 3D lub rysunku każdej części, z materiałem i wykończeniem;
• ilości prototypów i spodziewanej rocznej ilości w serii;
• powierzchni, które przenoszą obciążenie, uszczelniają lub bazują inne części;
• środowiska pracy drona: pyłu, chemii do opryskiwania, słonej wody lub zakresu temperatur.

W odpowiedzi dostajecie cenę frezowanego prototypu, zalecany proces seryjny dla każdej części oraz cenę oprzyrządowania i sztuki dla tego procesu. Pliki prześlijcie na office@hydroforce.ee albo skorzystajcie ze strony kontaktowej.

Zobacz także: aluminiowe obudowy odlewane ciśnieniowo do oświetlenia LED, koła zębate spiekane: metalurgia proszków i MIM, planowanie jakości według technologii. Strony technologii: obróbka CNC, odlewanie ciśnieniowe, metalurgia proszków i MIM, siłowniki hydrauliczne. Strona branży: Drony i systemy bezzałogowe.