Детали дронов от прототипа до серии с подбором необходимой технологии

Hydroforce изготавливает первые детали дрона фрезеровкой из цельного металла, а в серии переводит каждую деталь на подходящую ей технологию: оребрённые корпуса на литьё под давлением, шестерни и защёлки на порошковую металлургию и MIM, силовые узлы остаются на станках с ЧПУ. Один цех, один план качества и один комплект документов от первого образца до серийной партии.

Программа разработки дрона проходит две очень разные фазы. Пока планер доводят, детали меняются после каждого испытательного полёта, и платить за пресс-форму, которая через месяц уйдёт в брак, никто не хочет. Когда конструкция заморожена и заказана первая серия, вопрос меняется: какие детали ещё выгодно вырезать из цельного блока, а какие пора лить или прессовать, чтобы тысячная деталь стоила дешевле и совпадала с первой.

Механообработка, литьё под давлением и порошковая металлургия работают у нас в одном цеху. Производитель мультикоптеров, сельскохозяйственных, самолётных, наземных или морских дронов может начать с нами на прототипе и остаться на серию. В статье показано, как этот переход планируется для каждой детали.

Этап 1: прототипы из цельного металла

Фрезерованному прототипу не нужна оснастка. Изменилась конструкция, изменилась 3D-модель, и следующая деталь сходит со станка уже с новой геометрией. Для первых планеров это решающий довод.

• Материалы: алюминиевые сплавы серий 6xxx и 7xxx для лучей со встроенной посадкой мотора, центральных пластин, креплений моторов, узлов складывания лучей и кронштейнов; титан и нержавеющие стали 1.4301/304 и 1.4404/316 для валов, морских корпусов и деталей, работающих в солёной воде.
• Точность: ±0,05 мм и посадки IT6–IT7 на отверстиях и привалочных плоскостях, контроль геометрии по ISO 2768-fH, ISO 286 и ISO 1101.
• Станки: фрезерные обрабатывающие центры Haas с рабочей зоной 1270 × 660 × 635 мм и токарные станки DMG MORI до Ø500 мм и длиной до 1000 мм.
• Контроль: первая деталь измеряется на КИМ Zeiss, отработанная на ней программа используется для следующих.
• Покрытие: анодирование или порошковая окраска по спецификации, чтобы прототип летал и испытывался в том же покрытии, что будет в серии.

Один вопрос стоит решить уже на этом этапе. Если корпус потом будут лить, его фрезерованный прототип должен сразу иметь литейные уклоны, толщины стенок и радиусы скруглений отливки. Результаты испытаний прототипа с прямоугольными карманами и толстыми стенками на тонкостенный литой корпус не переносятся. Мы проверяем чертёж под серийную технологию, пока делается прототип, и лётные испытания идут на той геометрии, которая пойдёт в производство.

Шестерённые ступени сервоприводов, насосов опрыскивателей и лебёдок для прототипа нарезаются и шлифуются по ISO 1328. Нагруженной ступени обычно нужна 7-я степень точности. Ту же шестерню позже можно прессовать и спекать, но только когда её модуль, ширина и профиль окончательно утверждены.

Этап 2: своя серийная технология для каждой детали

Когда конструкция заморожена, каждую деталь рассматривают отдельно. В таблице показаны обычные маршруты для дрона и наземного робота. Последняя колонка важна не меньше остальных: у литой или спечённой детали всё равно остаются поверхности, которые доводят на станке.

Силовые узлы часто и в серии остаются фрезерованными. Крепление мотора воспринимает тягу и вибрацию, оно небольшое, и фрезерованный анодированный сплав 7xxx для него самый подходящий материал. В серии такие детали обрабатываются партиями одинаковых изделий с одного установа и по одной программе КИМ. Цена детали снижается, а сама деталь не меняется.

Наземные роботы со стрелой или отвалом выпадают из этой схемы. Гидроцилиндры для них делаются на заказ начиная с одной штуки, поэтому опытный и серийный цилиндр проходят один и тот же маршрут с одинаковым испытанием давлением 1,5 от рабочего.

Литьё под давлением для корпусов: что меняется в серии

Больше всех от перехода на литьё выигрывает оребрённый корпус. Выфрезеровать рёбра охлаждения из цельной плиты занимает много минут на корпус, и большая часть плиты уходит в стружку. На нашей машине производственный цикл длится от 30 секунд до 2 минут в зависимости от размера детали, а рёбра, бобышки крепления и кабельные вводы формируются вместе с корпусом за один впрыск.

• Стенки и вес: тонкостенные участки 0,5–1,5 мм, рёбра жёсткости там, где корпусу нужна жёсткость.
• Точность: ±0,1–0,3 мм в литом состоянии, шероховатость Ra 1,6–6,3 мкм.
• Отвод тепла: теплопроводность алюминиевых сплавов 90–160 Вт/(м·К), поэтому сам корпус отводит тепло от силовой электроники.
• Оснастка: пресс-формы изготавливаются в нашем инструментальном цеху из сталей H13 или P20 и проходят пробные отливки на производственной машине до утверждения первого образца.
• Герметичные и термообработанные корпуса: литьё с вакуумированием, если корпус должен держать уплотнение на привалочной плоскости или проходить закалку и старение по T6. Зоны, чувствительные к пористости, проверяются рентгеном.
• Отделка: проход на станке по привалочным плоскостям, отверстиям, резьбам и канавкам уплотнений, затем порошковая окраска, катафорез, хроматирование или анодирование по спецификации.

Мелкие детали с очень тонкими стенками и тонким рельефом отливаются из цинковых сплавов на машинах с горячей камерой прессования. Магний можно обсудить под конкретную деталь.

Спечённые и MIM-детали: шестерни, защёлки, мелкие рычаги

Шестерни насосов опрыскивателей, лебёдок и сервоприводов составляют вторую группу, которая в серии меняет технологию. Спечённая шестерня получает профиль зуба от пресс-формы, поэтому все шестерни с одного инструмента имеют одинаковую геометрию.

• Порошковая металлургия (PM): прессование до 800 МПа, конечная плотность до 97 %, допуск ±0,05 мм после спекания и точнее после калибровки. Порошок целиком уходит в деталь, и материала расходуется до 30 % меньше, чем при нарезке той же шестерни из прутка. Остаточная пористость гасит вибрацию, и шестерня работает тише.
• Литьё металла под давлением (MIM): для мелких деталей примерно до пятидесяти граммов с поперечными отверстиями, карманами и поднутрениями, например петель складывания, крючков фиксации, фиксаторов, микрошестерён и кронштейнов подвеса камеры. Стали, в том числе 17-4 PH и 316L, стенки до 0,3 мм, допуск до ±0,02 мм. Один впрыск занимает 15–45 секунд.

Спекание окупается от тысяч штук, потому что ему нужен пресс-инструмент или форма MIM. При меньшем количестве шестерню оставляют нарезной. Во многих приводах сочетаются оба пути: спечённые шестерни на быстрых, слабо нагруженных ступенях и нарезная шестерня на нагруженной выходной ступени, всё от одного поставщика и в одной системе качества.

Термообработка выполняется по чертежу: объёмная закалка с отпуском, цементация или азотирование, для 17-4 PH закалка на твёрдый раствор и старение. Отверстия и посадки подшипников, которым нужна более точная посадка, калибруются или обрабатываются после спекания.

Как организован переход на новую технологию

Перевод детали со станка на пресс-форму или пресс-инструмент как раз тот момент, когда серия может пойти не так. Для каждой детали с оснасткой мы планируем его одинаково.

1. Проверка чертежа до изготовления оснастки. Литейные уклоны, линия разъёма, расположение литников и промывников, припуск на механообработку согласуются до изготовления формы. Отверстия под подшипники и уплотнительные поверхности помечаются как зоны, где пористость недопустима. Для MIM-детали проверка включает равномерность толщины стенок, базы для осевых и крепёжных отверстий, большие плоские участки, которые могут повести при спекании, и место литника вдали от рабочих поверхностей; полость формы делается примерно в 1,18 раза больше готовой детали, чтобы учесть усадку.
2. Пробные отливки и первый образец. Первые отливки или первые прессовки измеряются полностью, по каждому размеру чертежа, и сравниваются с 3D-моделью и с утверждённым прототипом.
3. План управления. Критичные характеристики и частота контроля записываются до запуска серии. По запросу мы передаём план заказчику и согласуем приёмку в присутствии заказчика или независимый контроль.
4. Одна база для повторных заказов. Чертежи оснастки, параметры процесса и программы спекания хранятся, поэтому повторный заказ делается по той же базе, что и первый образец.

Документы от количества не зависят. Прототип и серийная партия уходят с одинаковыми сертификатом на материал, отчётом об измерениях и протоколом покрытия.

Что нам прислать

Чтобы сразу рассчитать оба этапа, нам нужны:

• 3D-модель или чертёж каждой детали с материалом и покрытием;
• количество прототипов и ожидаемый годовой объём серии;
• поверхности, которые несут нагрузку, уплотняют или базируют другие детали;
• условия работы дрона: пыль, химия опрыскивателя, солёная вода или диапазон температур.

В ответ вы получите цену фрезерованных прототипов, рекомендованную серийную технологию для каждой детали, стоимость оснастки и цену детали по этой технологии. Присылайте файлы на office@hydroforce.ee или через страницу контактов.

Читайте также: литые алюминиевые корпуса для светодиодных светильников, спечённые шестерни: порошковая металлургия и MIM, планирование качества по технологиям. Страницы технологий: механообработка, литьё под давлением, порошковая металлургия и MIM, гидроцилиндры. Страница отрасли: Дроны и беспилотные системы.