Drönardetaljer från prototyp till serie, med rätt process för varje detalj

Hydroforce bearbetar de första drönardetaljerna ur massiv metall och för sedan över varje detalj till den process som passar dess serie: tryckgjutning för hus med kylflänsar, pulvermetallurgi och MIM för kugghjul och spärrar, CNC-bearbetning för bärande beslag. En verkstad, en kvalitetsplan och en uppsättning dokument från den första prototypen till seriepartiet.

Ett drönarprogram genomgår två mycket olika faser. Medan stommen utvecklas ändras detaljerna efter varje provflygning, och ingen vill betala för en gjutform som skrotas nästa månad. När konstruktionen är frusen och den första serien är beställd vänder frågan: vilka detaljer är fortfarande värda att fräsas ur ett massivt block, och vilka bör gjutas eller pressas så att det tusende exemplaret kostar mindre och är identiskt med det första.

Vi driver bearbetning, tryckgjutning och pulvermetallurgi i samma verkstad. Därför kan en tillverkare av multirotor- och jordbruksdrönare, drönare med fasta vingar, markgående eller marina drönare börja hos oss med prototypen och stanna kvar för serien. Den här artikeln beskriver hur övergången planeras detalj för detalj.

Steg 1: Prototyper bearbetade ur massivt material

En bearbetad prototyp kräver inga verktyg. När konstruktionen ändras ändras CAD-modellen, och nästa detalj lämnar maskinen med den nya geometrin. För tidiga stommar är det det avgörande argumentet.

• Material: aluminiumlegeringar i serierna 6xxx och 7xxx för armar med integrerat motorsäte, centralplattor, motorfästen, armleder och konsoler; titan och rostfritt stål 1.4301/304 och 1.4404/316 för axlar, marina hus och detaljer i saltvatten.
• Noggrannhet: ±0,05 mm och passningar IT6–IT7 på hål och infästningsytor, med geometrisk kontroll enligt ISO 2768-fH, ISO 286 och ISO 1101.
• Maskiner: CNC-fräsning i fräscentra från Haas med arbetsområde 1 270 x 660 x 635 mm och svarvar från DMG MORI upp till Ø500 mm och 1 000 mm längd.
• Kontroll: den första detaljen mäts i CMM-maskinen från Zeiss, och mätprogrammet som verifierats på den återanvänds för nästa detaljer.
• Ytbehandling: anodisering eller pulverlackering enligt specifikation, så att en prototyp kan flygas och provas med samma ytskikt som serien får.

En fråga bör redas ut redan i detta skede. Om ett hus senare ska tryckgjutas bör den bearbetade prototypen redan ha gjutdetaljens släppvinklar, väggtjocklekar och hörnradier. Provresultat från en prototyp med kantiga fickor och tjocka väggar går inte att överföra till ett tunnväggigt gjutet hus. Vi granskar ritningen med avseende på serieprocessen medan prototypen tillverkas, så att flygproven görs på den geometri som går till produktion.

Kugghjulssteg för servoställdon, sprutpumpar och vinschar kuggskärs och slipas enligt ISO 1328 för prototypen. Ett belastat steg kräver vanligen kvalitetsklass 7. Samma kugghjul kan senare pressas och sintras, men först när dess modul, bredd och profil är slutgiltiga.

Steg 2: En serieprocess för varje detalj

När konstruktionen är frusen granskas varje detalj för sig. Tabellen visar de vanliga vägarna för en drönare eller en markrobot. Den sista kolumnen är lika viktig som de andra: en gjuten eller sintrad detalj har fortfarande ytor som färdigbearbetas i maskin.

Bärande beslag förblir ofta bearbetade även i serie. Ett motorfäste tar upp tryckkraft och vibrationer, det är litet, och bearbetad och anodiserad 7xxx-aluminium är rätt material för det. I serie bearbetar vi sådana detaljer i partier av identiska enheter med en uppspänning och ett CMM-program, vilket sänker styckpriset utan att detaljen ändras.

Markrobotar med bom eller blad (schaktblad) är undantaget från hela upplägget. Deras hydraulcylindrar tillverkas på beställning redan från ett exemplar, så prototypcylindern och seriecylindern följer samma tillverkningsväg, med samma tryckprov till 1,5 gånger arbetstrycket.

Tryckgjutning av hus: vad som ändras i serie

Ett hus med kylflänsar är den detalj som vinner mest på övergången till tryckgjutning. Att fräsa kylflänsar ur en massiv platta tar många minuter per hus och förvandlar största delen av plattan till spån. I vår press är produktionscykeln 30 sekunder till 2 minuter, beroende på detaljens storlek, och kylflänsar, fästbossar och kabelgenomföringar formas tillsammans med själva huset i samma skott.

• Väggar och vikt: tunnväggiga partier på 0,5–1,5 mm, med ribbor placerade där huset behöver styvhet.
• Noggrannhet: ±0,1–0,3 mm i gjutet tillstånd, ytfinhet Ra 1,6–6,3 µm.
• Värme: aluminiumlegeringar har en värmeledningsförmåga på 90–160 W/m·K, så huset leder självt bort värmen från effektelektroniken.
• Verktyg: gjutformar tillverkas i vår egen verktygsverkstad av stål H13 eller P20 och provkörs i en produktionspress innan förstaartikeln godkänns.
• Täta eller värmebehandlade hus: vakuumassisterad tryckgjutning där ett hus måste hålla tätt mot en packningsyta eller lösningsglödgas till T6. Zoner som är känsliga för porositet kontrolleras med röntgen.
• Efterbearbetning: CNC-bearbetning av anliggningsytor, hål, gängor och tätningsspår, därefter pulverlackering, KTL-lackering, kromatering eller anodisering enligt specifikation.

För små detaljer som kräver mycket tunna partier och fin detaljåtergivning gjuts zinklegeringar i varmkammarmaskiner. Magnesium kan diskuteras för en viss detalj.

Sintrade och MIM-detaljer: kugghjul, spärrar och små spakar

Kugghjul för sprutpumpar, vinschar och servodrivningar är den andra gruppen som byter process i serie. Ett pressat och sintrat kugghjul får sin kuggprofil från pressverktyget, så varje kugghjul från ett och samma verktyg har samma geometri.

• Pulvermetallurgi (PM): pressning upp till 800 MPa, slutlig densitet upp till 97 %, tolerans ±0,05 mm i sintrat tillstånd och snävare efter kalibrering. Pulvret går in i detaljen, så upp till 30 % mindre material åtgår än när samma kugghjul bearbetas fram ur stång. Den kvarvarande porositeten dämpar vibrationer och gör att kugghjulet går tystare.
• Metallformsprutning (MIM): för små detaljer under omkring femtio gram med tvärhål, fickor och underskär, till exempel fällbara gångjärn, låshakar, arreteringar, mikrokugghjul och gimbalkonsoler. Bland stålsorterna finns 17-4 PH och 316L, väggtjockleken går ner till 0,3 mm och toleransen till ±0,02 mm. Ett skott tar 15–45 sekunder.

Sintring lönar sig från tusentals detaljer och uppåt, eftersom den kräver ett press- eller MIM-verktyg. Under den kvantiteten förblir kugghjulet skuret. Många drivsystem kombinerar båda vägarna: sintrade kugghjul för de snabba, lätt belastade stegen och ett bearbetat kugghjul för det belastade utgående steget, allt från en leverantör och under ett kvalitetssystem.

Värmebehandlingen följer ritningen: genomhärdning och anlöpning, sätthärdning genom uppkolning eller nitrering, samt lösningsglödgning och åldring för 17-4 PH. Hål och lagersäten som kräver en snävare passning kalibreras eller bearbetas efter sintring.

Hur processbytet hanteras

Att flytta en detalj från fräsmaskinen till en gjutform eller ett pressverktyg är den punkt där en serie kan gå fel. Vi planerar det på samma sätt för varje detalj som kräver verktyg.

1. Ritningsgranskning före verktygstillverkning. Släppvinklar, delningslinje, placering av ingjutning och överlopp samt bearbetningsmån stäms av innan gjutformen eller formen tillverkas. Lagerhålen och tätningsytorna markeras som zoner där porositet inte accepteras. För en MIM-detalj omfattar granskningen även jämn väggtjocklek, referenser för vridpunkt och monteringshål, stora plana ytor som kan slå sig vid sintring samt ett inlopp placerat på avstånd från funktionsytor; formhålan görs ungefär 1,18 gånger den färdiga detaljens storlek för att kompensera för krympning.
2. Verktygsprov och förstaartikel. De första skotten eller de första pressningarna mäts fullständigt, varje mått på ritningen, och jämförs med CAD-modellen och med den godkända prototypen.
3. Kontrollplan. Kritiska egenskaper och kontrollfrekvenser fastställs skriftligt innan serien släpps. På begäran delar vi planen och kommer överens om bevittnade prov eller kontroll av tredje part.
4. Samma utgångsläge för återkommande order. Verktygsritningar, processparametrar och sintringsprogram sparas, så att en återkommande order tillverkas mot samma utgångsläge som förstaartikeln.

Dokumenten ändras inte med kvantiteten. En prototyp och ett serieparti levereras med samma materialintyg, mätrapport och beläggningsprotokoll.

Vad ni ska skicka till oss

För att kunna offerera båda stegen samtidigt behöver vi:

• 3D-modellen eller ritningen för varje detalj, med material och ytbehandling;
• prototypkvantiteten och förväntad årlig seriekvantitet;
• de ytor som bär last, tätar eller lägesbestämmer andra detaljer;
• den miljö drönaren arbetar i: damm, sprutkemikalier, saltvatten eller temperaturområde.

Vi svarar med priset för den bearbetade prototypen, en rekommenderad serieväg för varje detalj samt verktygs- och styckpris för den vägen. Skicka era filer till office@hydroforce.ee eller använd kontaktsidan.

Läs även: tryckgjutna aluminiumhus för LED-belysning, sintrade kugghjul med pulvermetallurgi och MIM, kvalitetsplanering per teknik. Tekniksidor: CNC-bearbetning, tryckgjutning, pulvermetallurgi och MIM, hydraulcylindrar. Branschsida: Drönare och obemannade system.