Hvornår og hvorfor du skal bruge afrundinger for bedre dele

Små detaljer kan gøre en stor forskel. En af de vigtigste små detaljer er afrundingen. En afrunding er et afrundet indvendigt hjørne på en del. Mange designere, især dem der er nye inden for produktion, overser dem. Dette er en stor fejl. Denne artikel vil vise dig, hvornår og hvorfor du skal bruge afrundinger. At lære dette vil spare dig tid, penge og gøre dine dele stærkere og lettere at producere.

Hvad er en afrunding, og hvorfor er den vigtig?

Lad os starte med det grundlæggende. En afrunding er simpelthen et afrundet hjørne på indersiden af en del. Forestil dig, hvor to vægge mødes inde i en kasse. I stedet for et skarpt 90-graders hjørne skaber en afrunding en glat, buet overflade. Du tror måske, at dette er en lille detalje, men det er en af de vigtigste designfunktioner, du kan tilføje. Det gør din del stærkere og i mange tilfælde mulig at fremstille med visse værktøjer.

Har jeg virkelig brug for fileter på min del?

Du spørger måske: "Har jeg virkelig brug for dem hele tiden?" Det korte svar er: ofte, ja. Du har især brug for afrundinger, når en del vil være under en form for belastning eller kraft. Du har også brug for dem, når delen skal fremstilles ved hjælp af en CNC-maskine. Skarpe indvendige hjørner er svage punkter. Tænk på et stykke papir. Det er let at rive det, hvis du først laver et lille snit. Et skarpt hjørne i en del fungerer som det lille snit og giver stress et sted at opbygge sig.

Med 3D-print har du friheden til at udnytte indviklede og usædvanlige geometrier. Du kan lave skarpe hjørner uden problemer. Men når du bevæger dig væk fra 3D-print mod en anden proces som CNC-bearbejdning, skal du begynde at planlægge for begrænsningerne ved den proces tidligt. Ved CNC-bearbejdning kan du ofte ikke lave skarpe hjørner. Selvom du kan, vil delen være meget svagere. Så tilføjelse af en afrunding er et vigtigt skridt for at gøre din del producerbar og pålidelig.

Hvordan forhindrer en fillet spænding og brud?

Skarpe hjørner er et stort problem på grund af noget, der kaldes spændingskoncentrationer. Når der påføres en kraft på en del, strømmer spændingen gennem den som vand i en flod. Et skarpt, 90-graders indvendigt hjørne er som en stor, skarp sten i den flod. Spændingsstrømmen rammer den og opbygges intenst på det ene lille sted. Denne høje koncentration af spænding kan få delen til at revne og svigte, selv under normal brug.

En afrunding løser dette problem ved at udjævne stien for spændingen. I stedet for en skarp sten er en afrunding som en blid, buet flodbred. Spændingen kan strømme jævnt rundt om kurven uden at opbygge sig på ét sted. Dette er kernen i reduktion af spændingskoncentrationer. Ved at tilføje en simpel afrunding fordeler du spændingen over et større område. Dette gør hele funktionen meget stærkere. Funktioner med en god afrunding er meget mindre skrøbelige end deres firkantede modparter.

Er fileter et must-have til CNC-bearbejdning?

Ja, absolut. Ved CNC-bearbejdning er indvendige afrundinger påkrævet. Tænk på, hvordan en CNC-maskine fungerer. Den bruger et roterende skæreværktøj, som en fræser, til at fjerne materiale. Disse værktøjer er runde. Fordi værktøjet er rundt, kan det ikke skabe et perfekt firkantet hjørne inde i en lomme. Når det runde værktøj kommer til et hjørne, efterlader det naturligt en afrundet kant, som er en afrunding.

Hvis du designer en del med et skarpt indvendigt hjørne og sender den til CNC-bearbejdning, kan maskinarbejderen ikke fremstille den som designet. Det bedste, de kan gøre, er at bruge det mindst mulige værktøj til at gøre hjørne radius så lille som muligt. At forsøge at lave en unødvendig lille afrunding er en dårlig idé. Det vil tvinge maskinarbejderen til at bruge et lille, skrøbeligt værktøj. Dette vil få maskinen til at køre meget langsommere og vil øge omkostningerne. Det kan endda gøre funktionen umulig at producere. For afrundinger på en CNC maskine er større ofte bedre og billigere.

Hvad sker der, når jeg ikke bruger en afrunding i mit design?

At glemme at tilføje en afrunding kan forårsage flere problemer. For det første, som vi talte om, vil din del have spændingskoncentrationer, hvilket gør den svag. Den kan svigte uventet. Dette er en enorm sikkerheds- og pålidelighedsrisiko, især når dele bruges af kunder. For det andet, hvis delen er til CNC-bearbejdning, kan den være umulig at fremstille. Du får en e-mail fra værkstedet om, at dit design skal ændres. Dette er en almindelig form for DFM-feedback. Det spilder tid og forsinker dit projekt.

Forestil dig, at du designer en del og antager, at et værktøj kan lave et skarpt hjørne. Værkstedet skal muligvis bruge en speciel proces, som f.eks. Electrical Discharge Machining (EDM), for at skabe det. Dette er meget dyrt og langsomt. I de fleste tilfælde ville en simpel afrunding have fungeret lige så godt til en brøkdel af prisen. Ikke at tilføje den ene lille afrunding på kanten af en del kostede os en uges forsinkelser og hundredvis af dollars i ekstra maskintid. Det er en lektie, du kun vil lære én gang.

Hvordan vælger jeg den rigtige fillet-radius?

At vælge den rigtige afrundingsradius er en balance. En større radius er næsten altid bedre for styrke og for at fremstille delen. En større radius fordeler spændingen mere bredt og giver maskinarbejderen mulighed for at bruge et større, stærkere skæreværktøj. Et større værktøj kan fjerne materiale hurtigere, hvilket gør din del billigere. En god tommelfingerregel er at gøre din afrundingsradius lidt større end radius på det skæreværktøj, der skal bruges.

For eksempel, hvis maskinarbejderen planlægger at bruge en 6 mm diameter fræser, er dens radius 3 mm. Du bør designe din afrunding med en radius på 3,1 mm eller mere. Dette giver værktøjet lidt plads. Den mindste afrundingsstørrelse, du kan oprette, er 0,4 mm, da standardværktøjer sjældent går under 0,8 mm i diameter. At forsøge at gå mindre tilføjer en masse omkostninger og risiko. Medmindre du har en meget specifik grund til en lille afrunding, skal du altid gå efter en generøs radius. Det vil få delen til at tilføje programmering og maskintid, hvis radius er for lille.

Hvordan påvirker skæredybden den filet, jeg har brug for?

Dybden af en lomme eller en funktion er meget vigtig, når du tænker på din afrunding. Jo dybere du skal skære, jo længere skal skæreværktøjet være. Et langt, tyndt værktøj er meget mindre stabilt end et kort, tykt et. Det kan bøje eller vibrere, hvilket fører til en dårlig overfladefinish og en unøjagtig del. For at bruge et stærkere, kortere værktøj har du brug for en større afrunding.

Her er hvorfor: Der er en grænse for den opnåelige længde af et værktøj for en given diameter. Et almindeligt forhold er, at et værktøjs skærelængde ikke bør være mere end 3 til 5 gange dets diameter. Så hvis du har en dyb lomme, skal du designe en stor nok afrunding til at give plads til et tykt nok værktøj. For eksempel er det meget lettere at skære en dyb lomme i plastik end i stål, så materialet spiller også en rolle. Du skal overveje skæredybden. Hvis din skæredybde er 30 mm, skal du bruge et værktøj, der kan nå så dybt. Det betyder et værktøj med større diameter og derfor en større afrundingsradius på bunden af lommen.

Kan en afrunding også bruges til udseende?

Ja, en afrunding kan i høj grad forbedre æstetikken i en del. En del med glatte, afrundede kanter ser ofte mere professionel og færdig ud end en med skarpe hjørner. Afrunding af kanterne giver delen det udseende, at dens flader smelter problemfrit sammen. Dette kan gøre en stor forskel i, hvordan en kunde opfatter kvaliteten af et produkt. Hvis du giver din del det udseende, at den er blød og glat, kan den føles mere venlig og imødekommende.

Tænk på forbrugerelektronik. Produkter fra virksomheder som Apple udnytter ofte indviklede og usædvanlige geometrier, men de har næsten altid en blød afrunding på hver kant. Dette er ikke kun for styrke. Det er et designvalg, der får produktet til at føles godt i din hånd. I et projekt besluttede den industrielle designer at gå den modsatte vej og bruge skarpe kanter, men vi tilføjede senere en lille afrunding overalt. Den endelige del føltes meget mere premium. Så du kan bruge en afrunding til at dele eller tilføje styrke, og også for at forbedre udseendet og følelsen. Afrundingsbrugen er meget alsidig.

Hvad er tre tilfælde, hvor fileter er absolut nødvendige?

For at opsummere dette udforsker det sidste afsnit tre tilfælde, hvor du altid skal bruge en afrunding. Jeg kalder disse de ikke-forhandlelige afrundingssituationer. Den første er for ethvert indvendigt hjørne på en del, der er fremstillet med CNC-bearbejdning. Vi har dækket dette meget. At skære et firkantet hjørne mellem to lodrette vægge er umuligt med et standard roterende værktøj. Du skal inkludere afrundinger, når en lodret væg møder en anden væg eller bunden af en lomme. Dette er regel nummer et for CNC.

Det andet tilfælde er for styrke. Du skal tilføje en afrunding til ethvert indvendigt hjørne, der vil opleve stress. Dette er nøglen til dele, der bærer belastninger, som f.eks. beslag, monteringer eller kabinetter. At bruge en afrunding til reduktion af spændingskoncentrationer er ikke valgfrit her; det er afgørende for, at delen kan overleve. Jeg ville endda tilføje en afrunding på en ribbe eller en boss-funktion. Boss-funktioner kan bruges til at tilføje styrke til funktioner, og afrundinger på kanterne af disse områder gør dem endnu stærkere. Et skarpt hjørne på en strukturel funktion er en fiasko, der venter på at ske. Det sidste tilfælde er, når en lodret kant, hvor to lodrette vægge mødes, også er et område, der også har brug for afrundinger. Specifikt, når to vægge mødes i en vinkel, der er skarp, skal du tilføje en afrunding. For eksempel, hvor en kant mødes med en vinklet overflade, kan en afrunding hjælpe. Selvom den vinkel, der er mindre end 180°, kræver en speciel værktøjsbane, gør afrundingen det renere at bearbejde. Dette er det tredje af de tre tilfælde, hvor afrundinger er kritiske.

Vigtige pointer at huske:

• A Filet er et afrundet indvendigt hjørne. Det er en af de vigtigste designfunktioner.
• Brug altid en Filet til at øge styrken af en del ved at reducere spændingskoncentrationer.
• For CNC-bearbejdning, skal du bruge en Filet på alle indvendige hjørner, fordi runde værktøjer ikke kan lave skarpe hjørner.
• En større afrundingsradius er næsten altid bedre. Det gør delen stærkere og billigere at maskine.
• A Filet kan også bruges til at forbedre udseendet og følelsen af et produkt, hvilket får det til at virke mere poleret og af høj kvalitet.