Кратко
Цена детали на ЧПУ складывается из заготовки, программирования и наладки, машинного времени, дополнительных операций вроде термообработки и покрытия и контроля. На малой партии главная статья — наладка, на большой — машинное время. Переплату чаще всего дают жёсткие допуски на все размеры, глубокие карманы с острыми углами и тонкие стенки.
- Цена = (программирование + наладка) ÷ количество + заготовка + машинное время × ставка станка + дополнительные операции + контроль.
- На одной-двух деталях больше половины цены уходит на подготовку. По данным сервиса Hubs, переход от одной детали к пяти снижает цену штуки примерно вдвое, а партия больше 1000 штук снижает её в 5–10 раз.
- Машинное время растёт от глубоких карманов, малых внутренних радиусов, тонких стенок и лишних установов. Внутренний радиус кармана лучше делать не меньше трети его глубины.
- Допуск ставят только там, где деталь с чем-то сопрягается. Для остальных размеров хватает общей строки «Общие допуски по ГОСТ 30893.1-m».
- В задание для цеха входят чертёж, STEP-модель, материал, количество, резьбы, шероховатость, термообработка и покрытие.
Формула цены
Цех считает стоимость детали примерно одинаково, даже если прайс выглядит как одна цифра за штуку.
Цена детали = (П + Н) ÷ N + З + Т × С + Д + К
- П — программирование: построение траекторий в CAM-системе и проверка на симуляции.
- Н — наладка: установка приспособлений и инструмента, привязка, первая деталь и её проверка.
- N — количество деталей в партии.
- З — заготовка: металл или пластик с припуском, резка в размер.
- Т × С — машинное время на одну деталь, умноженное на ставку машино-часа станка.
- Д — дополнительные операции: термообработка, покрытие, шлифование, слесарная доработка.
- К — контроль: обмер, протоколы, если они нужны.
Первые два слагаемых не зависят от размера партии и делятся на количество, поэтому одна деталь всегда дороже, чем каждая из десяти.
Пример: как наладка размазывается по партии
Возьмём кронштейн из Д16Т размером 80×40×20 мм, который делают с двух сторон, то есть за два установа. Все цифры условные.
| Партия | Подготовка на штуку, ₽ | Заготовка и обработка, ₽ | Цена штуки, ₽ |
|---|---|---|---|
| 1 шт. | 10 000 | 1 133 | 11 133 |
| 10 шт. | 1 000 | 1 133 | 2 133 |
| 100 шт. | 100 | 1 133 | 1 233 |
На одной детали подготовка составляет почти 90 % цены, на сотне — меньше 10 %. На больших партиях цех ещё и оптимизирует программу, делает приспособление на несколько деталей сразу и закупает металл дешевле, поэтому реальное снижение бывает сильнее, чем в таблице. Где проходит граница, после которой выгоднее литьё или другая технология, разобрано в сравнении прототипа и серии.
Заготовка и материал
Деталь режут из заготовки, которая больше готовой детали на припуск. Hubs рекомендует закладывать минимум 3 мм на сторону. Массу заготовки удобно прикинуть в калькуляторе веса металла, а затем умножить на цену килограмма.
Материал влияет на цену дважды: стоимостью самой заготовки и обрабатываемостью. Алюминий режется в разы быстрее нержавеющей стали, а титан и жаропрочные сплавы требуют низких скоростей и дорогого инструмента. Порядок цен на заготовки хорошо виден на примере Hubs, который считает плиту 152×152×25 мм (6×6×1 дюйм).
| Материал | Цена плиты 6×6×1 дюйм по данным Hubs |
|---|---|
| АБС | 17 $ |
| Алюминий 6061 (аналог АД33) | 25 $ |
| Полиацеталь (POM) | 27 $ |
| Полиамид 6 | 30 $ |
| Алюминий 7075 (аналог В95) | 80 $ |
| Нержавеющая сталь 304 (аналог 08Х18Н10) | 90 $ |
| Латунь C360 | 148 $ |
| PEEK | 300 $ |
Цены американские и в долларах, но соотношение показательное. Нержавейка дороже обычного алюминия в три с половиной раза, а PEEK в двенадцать. Если деталь не работает в агрессивной среде и не нагревается, дорогой материал стоит заменить. Для стальных деталей общего назначения часто хватает стали 45.
Что увеличивает машинное время
Большая часть цены серийной детали складывается из минут под шпинделем. Их добавляют элементы, которые требуют маленького инструмента, медленных проходов или переустановки детали.
| Элемент конструкции | Рекомендация | Почему дороже |
|---|---|---|
| Внутренний угол кармана | Радиус не меньше ⅓ глубины кармана | Малый радиус — малая фреза, много проходов на низких режимах |
| Глубокий карман | Глубина не больше 4 ширин кармана | Длинная фреза вибрирует, съём за проход меньше |
| Тонкая стенка | От 0,8 мм для металла, от 1,5 мм для пластика | Стенку снимают малыми слоями, чтобы она не прогнулась |
| Глубокое отверстие | До 4 диаметров стандартно | Глубже нужны специальные свёрла и вывод стружки |
| Длина резьбы | Не больше 3 диаметров | Глубже резьба прочности почти не добавляет, а метчик ломается чаще |
| Элементы с разных сторон | Как можно меньше установов | Каждый установ — новая наладка и риск смещения баз |
| Острые внутренние углы 90° | Скругление или поднутрение под фрезу | Острый угол фрезой не получить, нужна электроэрозия или долбление |
Цифры в таблице взяты из рекомендаций Hubs для фрезеровки, у конкретного цеха они могут отличаться. Список полезен и при проектировании, ведь модель, сделанную с учётом этих правил, станок проходит быстрее.
Допуски и шероховатость
Самый дорогой способ сэкономить на проектировании состоит в том, чтобы поставить «±0,01» на все размеры и не думать. Каждый жёсткий допуск означает медленные чистовые проходы, контроль каждой детали и иногда шлифование.
Для размеров, которые ни с чем не сопрягаются, в чертеже пишут одну строку с общими допусками по ГОСТ 30893.1-2002, это аналог ISO 2768-1. Цеху этого достаточно.
| Размер, мм | Класс f (точный) | Класс m (средний) |
|---|---|---|
| от 0,5 до 3 | ±0,05 | ±0,1 |
| св. 3 до 6 | ±0,05 | ±0,1 |
| св. 6 до 30 | ±0,1 | ±0,2 |
| св. 30 до 120 | ±0,15 | ±0,3 |
| св. 120 до 400 | ±0,2 | ±0,5 |
Сервис Hubs по умолчанию работает с точностью ±0,1 мм, а достижимой называет ±0,02 мм. Всё, что точнее класса m, ставят только на посадочные поверхности: отверстия под подшипники, штифты, валы. Посадки выбирают по таблицам допусков и посадок.
С шероховатостью то же самое. Ra 3,2 мкм — обычная поверхность после фрезерования, отдельных операций она не требует. Для Ra 1,6 и тоньше нужны чистовые проходы на других режимах, а Ra 0,8–0,4 на валах часто получают уже шлифованием. Указывайте тонкую шероховатость только на трущихся и уплотняемых поверхностях.
Термообработка, покрытия и контроль
Эти операции часто делают не на том же участке и не в том же цеху. У термистов и гальваников обычно есть минимальная стоимость загрузки печи или ванны, поэтому одна деталь с закалкой может стоить дороже десяти.
- Термообработка. Закалка меняет размеры и коробит деталь, поэтому точные поверхности оставляют с припуском и доводят шлифованием после термообработки. Это ещё одна операция.
- Покрытия. Анодирование, цинкование, химическое оксидирование добавляют к размеру слой покрытия. На посадочных поверхностях это учитывают в допуске или закрывают поверхность от покрытия, и такие требования нужно указать в чертеже.
- Контроль. Обмер штангенциркулем ничего не стоит, а протокол измерений на координатно-измерительной машине — отдельная работа. Если вам нужны протоколы, укажите это сразу.
Что положить в задание для цеха
Неполное задание цех закрывает своими допущениями и закладывает риск в цену. По полному заданию цена выходит точнее, а вопросов приходит меньше.
Задание на изготовление детали
- 01
3D-модель в STEP.
По ней программируют обработку. Формат читают все CAM-системы, в отличие от исходников конкретного CAD.
- 02
Чертёж в PDF.
На нём допуски, резьбы, шероховатость и требования, которых нет в модели. Hubs отдельно просит чертёж, если в детали есть резьбы, допуски точнее стандартных или поверхности с особыми требованиями.
- 03
Материал.
Нужны марка и состояние: Д16Т, а не просто «алюминий»; сталь 45 нормализованная или улучшенная.
- 04
Количество.
Указывают партию и прогноз на год, если он есть. От этого зависит, будет ли цех делать приспособление.
- 05
Резьбы.
Их задают обозначением, например М6-6H на глубину 12 мм, а не диаметром отверстия. Размеры и шаги — по таблице метрической резьбы, диаметр отверстия под метчик можно проверить в калькуляторе.
- 06
Допуски.
Только на сопрягаемые размеры, плюс строка с общими допусками для остальных.
- 07
Термообработка и покрытие.
С твёрдостью в HRC и толщиной или типом покрытия.
- 08
Контроль и сроки.
Нужны ли протоколы и к какой дате нужна партия. Срочность тоже стоит денег.
Для сложной детали или колонны цену считают за изделие целиком, а не по часам шпинделей, и заранее выясняют бюджет заказчика: из десятка просчётов в заказ превращается примерно треть. Единичная деталь и серийная различаются по цене в разы, поэтому первым делом спрашивают тираж.
Как оформить чертёж так, чтобы его читали без вопросов, рассказано в подтеме «Чертежи». Если деталь делают по образцу без документации, сначала придётся пройти обмер и восстановление размеров, о чём рассказано в инструкции о детали по образцу.
Когда приходит модель без чертежа, я звоню и спрашиваю, какие размеры важны. Половина отвечает: «Все». Тогда я прошу показать, куда деталь ставится, и почти всегда оказывается, что важны два отверстия и одна плоскость. После этого цена падает, потому что остальное можно делать быстро.
Дмитрий ВолковИнженер-механик, фрезерные станки с ЧПУ и CAMЧастые вопросы
Почему за одну деталь просят так дорого?
Программирование и наладка занимают несколько часов, и все эти часы ложатся на одну деталь. Если позже понадобятся ещё такие же, выгоднее сразу делать несколько: каждая следующая обойдётся в цену заготовки и машинного времени.
Нужен ли чертёж, если есть 3D-модель?
Для простой детали без резьб и посадок модели иногда хватает. Если в детали есть резьбы, точные отверстия, особая шероховатость или термообработка, нужен чертёж: в STEP-модели этих сведений нет.
Что дешевле в обработке — алюминий или сталь?
Обычно алюминий: он легче режется, и обработка идёт в несколько раз быстрее. Но сплав 7075 (аналог В95) дороже распространённых сплавов в разы, а деталь, которой нужна твёрдость или работа при нагреве, из алюминия не сделать.
Как понять, какие допуски нужны?
Посмотрите, с чем деталь соприкасается. Отверстие под подшипник, вал под муфту, штифтовое отверстие требуют посадки. Габариты, наружные контуры, отверстия под болты с зазором обходятся общими допусками класса m.
Источники
- 14 proven design tips to reduce the cost of CNC machining ↗ — Hubs (Protolabs Network)
- How to design parts for CNC machining ↗ — Hubs (Protolabs Network)
- How to prepare a technical drawing for CNC machining ↗ — Hubs (Protolabs Network)
- ГОСТ 30893.1-2002. Общие допуски. Предельные отклонения линейных и угловых размеров с неуказанными допусками ↗ — Межгосударственный совет по стандартизации, 2002
- CNC machining design guide ↗ — Hubs (Protolabs Network)
Автор
Дмитрий ВолковИнженер-механик, фрезерные станки с ЧПУ и CAM, 15 лет в отрасли
Пятнадцать лет работает с фрезерными станками с ЧПУ: от мебельных раскроечных центров до обработки металла. Пишет о фрезерах, инструменте, CAM-программах и системах управления.
Все материалы автора →Как мы готовим материалы — в редакционной политике. Нашли ошибку? Напишите нам.
В этом разделе: Из чего складывается цена детали
Все →
Комментарии
Пока никто не написал. Задайте вопрос — автор или эксперты редакции ответят.
Написать комментарий
