חריטה מול כרסום CNC
בעולם עיבוד השבבי הממוחשב, שתי השיטות הנפוצות ביותר הן חריטה (Turning) וכרסום (Milling). שתי השיטות מסירות חומר גלם כדי ליצור חלקים מדויקים, אך הן שונות מהותית בעקרון העבודה, ביעילותן וביישומים האידיאליים. מאמר זה ינתח את היתרונות והחסרונות של כל שיטה, תוך התמקדות בעלויות, דיוק, זמני הגדרה (Setup Time) ויישומים מומלצים ובשימוש במכונות מתקדמות כמו אלו של Miyano, Citizen, OKUMA ו-Doosan המיובאות על ידי חברת אלבה פתרונות טכנולוגיים מתקדמים.
עקרון העבודה הבסיסי: ההבדל המהותי בין חריטה לכרסום
בחריטה (CNC Turning), חומר הגלם (העוּבָד) מסתובב במהירות גבוהה על צירו, בעוד כלי החיתוך נייח יחסית ומבצע תנועה לינארית. תהליך זה אידיאלי לחלקים סימטריים סביב ציר מרכזי (Rotationally Symmetric Parts).
בכרסום (CNC Milling), כלי החיתוך מסתובב במהירות גבוהה, בעוד חומר הגלם מקובע על שולחן העבודה. הכלי יכול לנוע בכמה צירים (3, 4 או 5 צירים), מה שמאפשר יצירת גיאומטריות מורכבות, חריצים, כיסים ומשטחים לא סימטריים.
הבדל הזה משפיע ישירות על כל הפרמטרים האחרים: עלויות, דיוק, זמני ייצור וסוגי החלקים.
יתרונות וחסרונות בדיוק ובאיכות פני שטח
חריטה CNC
יתרונות
- דיוק גבוה מאוד בקוטר ובקונצנטריות (Concentricity): עד ±0.005 מ"מ (IT6-IT7) בחלקים גליליים.
- גימור פני שטח מעולה (0.4-0.8 Ra מיקרון): ללא צורך בהשחזה נוספת.
- קצב הסרת חומר גבוה מאוד (High MRR): במיוחד בחיתוך גס של פלדה, נירוסטה או טיטניום, מחרטה יכולה להסיר 500-1,500 סמ"ק לדקה לעומת 100-400 סמ"ק לדקה בכרסומת רגילה.
- פחות רעידות ופחות כוחות חיתוך רדיאליים: החלק מסתובב והכלי כמעט נייח → פחות בעיות של דפלקציה של כלי ארוך (במיוחד ב-L/D גבוה).
- חיי כלי ארוכים יותר: כלי חריטה (Inserts) זולים משמעותית (5-25 ₪ ללהב) ועמידים פי 3-5 מכרסום בקוטר דומה.
- קירור יעיל יותר טוב: נוזל הקירור מגיע ישירות לאזור החיתוך בגלל הסיבוב.
- מתאים במיוחד לחומרים קשים: כמו Inconel 718 או 15-5PH, כי הכוחות מופעלים בעיקר אקסיאלית.
- אפשרות לחריטה קשה (Hard Turning): מחליף השחזה עד HRC 60-65 בדיוק של ±0.005 מ"מ ו-Ra 0.2-0.4 מיקרון.
חסרונות
- פחת חומר גבוה: מתחילים מבר עגול (Bar Stock) → לפעמים 50-70% מהחומר הופך לשבבים.
- מגבלת אורך/קוטר (L/D): מעל 8:1 נדרש Steady Rest או Tailstock, מה שמסרבל.
- קושי בייצור חלקים דקי דופן: הסיבוב יוצר כוחות צנטריפוגליים ורעידות.
- פחות גמישות בשינויי תוכן: כל שינוי בפרופיל דורש תוכנית חדשה ארוכה יותר.
כרסום CNC
יתרונות
- דיוק גבוה בגיאומטריות מורכבות: עד ±0.01 מ"מ ב-3 צירים ועד ±0.005 מ"מ ב-5 צירים.
- גמישות עצומה בגיאומטריה: אפשר לייצר כמעט כל צורה שניתן לדמיין (Undercuts, חורים בזווית, משטחים חופשיים).
- פחת חומר נמוך יותר: מתחילים מבלוק או יציקה קרובה למידה הסופית (Near-Net-Shape).
- אפשרות לעיבוד 5 צירים סימולטני: חלקים מורכבים כמו להבי טורבינה או Impeller בחתיכה אחת ללא חיבורים.
- שימוש בכלים קטנים מאוד: כרסום בקוטר 0.1-1 מ"מ לחריצים זעירים (נפוץ מאוד בתעשייה רפואית וביטחונית בישראל).
- אינטגרציה קלה עם מדידה בזמן אמת: Probe על הכרסומת (Renishaw וכו') מאפשר תיקון אוטומטי של סטיות.
- מתאים מאוד לאבות טיפוס: שינוי בתוכנה של CAM משנה את החלק תוך דקות.
חסרונות
- בלאי כלים גבוה ויקר: כרס קרביד מלא בקוטר 12 מ"מ יכול לעלות 400-1,200 ₪ ולשרוד רק 30-120 דקות בחיתוך קשה.
- כוחות חיתוך גבוהים ורעידות: דורש מכונה קשיחה מאוד (כמו Doosan או OKUMA עם מבנה Box-in-Box).
- זמן אוויר (Air Cutting) גבוה: הכלי נע הרבה באוויר בין חיתוכים → זמן מחזור ארוך יותר.
- רגישות גבוהה לרעידות (Chatter): במיוחד בחלקים דקי דופן או כלים ארוכים.
- צריכת חשמל גבוהה פי 2-3 ממחרטה באותה הסרת חומר.
סיכום: מתי באמת כדאי לבחור מה?
| מאפיין הפרויקט | שיטה מועדפת | למה? |
|---|---|---|
| צירים, פינים, תותבים, פוליים | חריטה בלבד | 70-90% זול ומהיר יותר [cite: 101] |
| מארזים, בסיסים, תבניות | כרסום 3/4/5 צירים | אין ברירה אחרת [cite: 101] |
| חלק גלילי + חורים רדיאליים/שטוחות | Mill-Turn (OKUMA Multus, Citizen Miyano) | חוסך 40-60% זמן ומפחית טעויות קיבוע [cite: 101] |
| סדרה של 1-20 יחידות מורכבות | כרסום 5 צירים | Setup אחד, אין העברות [cite: 101] |
| סדרה של 5,000+ יחידות גליליות | מחרטת CNC + רובוט | עלות לחלק נמוכה ביותר, אוטומציה מלאה [cite: 101] |
| חומר קשה מאוד (HRC >58) | חריטה קשה או כרסום Trochoidal | תלוי בגיאומטריה – חריטה קשה זולה יותר אם אפשרי [cite: 101] |
זמני הגדרה וזמני מחזור ייצור (Setup Time & Cycle Time)
זמן הגדזרה (Setup Time)
- חריטה - קצר יותר: לרוב 30-90 דקות לחלק סדרתי. קיבוע החלק פשוט (Collect או Chuck), ומספר הכלים נמוך.
- כרסום - ארוך יותר: 1-4 שעות ואף יותר בחלקים מורכבים, בגלל צורך במתקני קיבוע מורכבים (Fixtures), אפס נקודות אפס (מוצא) מרובות והחלפות כלים תכופות.
זמן מחזור לחלק (Cycle Time)
- חריטה - מהיר פי 2-5 מכרסום בחלקים גליליים, בזכות חיתוך רציף והסרת חומר גבוהה (MRR – Material Removal Rate).
- כרסום - איטי יותר בחלקים פשוטים, אך יעיל בחלקים מורכבים שדורשים מעברים מרובים במחרטה.
בסדרות גדולות (מעל 500 יחידות), חריטה חוסכת עשרות אחוזים בזמן כולל.
עלויות ייצור: השוואה כמותית
עלויות תלויות בהיקף הייצור, בחומר ובמורכבות:
| פרמטר | חריטה | כרסום |
|---|---|---|
| עלות מכונה לשעה (ממוצע) | 200-400 ₪ [cite: 112] | 300-600 ₪ (גבוה יותר ב-5 צירים) [cite: 112] |
| עלות לחלק: סדרה קטנה (1-50 יח') | גבוהה יחסית (זמן Setup גבוה יחסית לכמות) [cite: 112] | גבוהה מאוד בגלל Setup מורכב [cite: 112] |
| עלות לחלק: סדרה גדולה (>1000 יח') | נמוכה משמעותית: עד 70% זול יותר [cite: 112] | גבוהה יותר, אך סבירה בחלקים מורכבים [cite: 112] |
| עלות כלים (Tooling) | נמוכה: כלי חריטה זולים ועמידים [cite: 112] | גבוהה: כרסים יקרים, בלאי מהיר יותר [cite: 112] |
| פחת חומר | גבוה יותר (מתחילים מבר) [cite: 112] | נמוך יותר (מתחילים מבלוק מדויק) [cite: 112] |
בישראל, בתעשיית הרכב והאלקטרוניקה, חריטה נפוצה לייצור צירים ותותבים בהיקפים גדולים: עלות לחלק יכולה לרדת לכמה שקלים בודדים. לעומת זאת, כרסום 5 צירים נדרש לחלקי תעופה וביטחון, שם העלות לחלק יכולה להגיע למאות שקלים, אך אין אלטרנטיבה.
מתי לבחור בכל שיטה?
מתי לבחור בחריטה?
- חלקים גליליים או סימטריים: צירים (Shafts), תותבים (Bushings), ברגים, אומים, גלגלי שיניים פשוטים.
- סדרות גדולות ובינוניות.
- דרישות גימור פני שטח גבוהות בקוטר.
דוגמאות ישראליות: חלקי מנועים בתעשיית הרכב (אלביט, רפאל), רכיבי הידראוליקה.
מתי לבחור בכרסום?
- חלקים פריזמטיים או מורכבים: מארזים, תבניות, חלקים עם חריצים, כיסים, משטחים לא סדירים.
- אבות טיפוס וסדרות קטנות.
- תכונות מרובות צדדים או תלת-ממדיות.
דוגמאות ישראליות: חלקי אלקטרוניקה להייטק (אינטל, אפלייד מטיריאלס), רכיבי רפואה (מדטרוניק ישראל), חלקי תעופה (תע"א).
שילוב שתי השיטות: הכירו את העתיד - מכונות Mill-Turn MULTITAKING
מכונות Mill-Turn (או בשמן המלא: Multi-Tasking Machines) מהדור החדש, כמו OKUMA Multus U-Series או DNS PUMA SMX כבר אינן רק "מחרטה עם כמה כלים חיים". הן מכונות היברידיות אמיתיות עם שני צירי ספינדל ראשיים (Main+Sub Spindle), צריח תחתון (Lower Turret) בעל ציר B מסתובב ±120° וציר Y נפרד, ולעיתים אפילו ציר שני שלם נוסף. המשמעות בייצור ישראלי היא קפיצה דרמטית ביעילות: חלק מורכב כמו גוף שסתום הידראולי 6/4-יציאות או מארז משאבה צנטריפוגלית לים המלח, שבעבר דרש 6-8 העברות בין מחרטה, כרסומת 3 צירים וכרסומת 5 צירים, היום יוצא שלם (Done-in-One) בתהליך אחד של 12-18 דקות בלבד.
בנוסף, המכונות האלה מאפשרות טכנולוגיות שלא קיימות במכונות נפרדות: חריטה סימולטנית בשני הספינדלים (Balanced Turning) שמקצרת זמן מחזור ב-40%-50% בחלקים ארוכים, כרסום גלילי בזמן שהחלק מסתובב (Polar Coordinate Milling) שמאפשר חריצי הליקס מדויקים ללא שימוש בכלי מיוחד, ותהליך Superimposed Machining, שבו הצריח העליון והתחתון עובדים בו-זמנית על אותו אזור או על שני קצוות החלק ביחד, דבר שכמעט מבטל זמן המתנה להחלפת כלים. בתעשייה הביטחונית והרפואית בישראל (שבה סדרות של 50-300 יחידות הן הנורמה), המעבר למכונות כאלה הוריד את עלות החלק הממוצע ב-35%-55% ואת זמן האספקה בשבועות שלמים, במיוחד כשמשלבים אוטומציה עם Bar Feeder ו-Gantry Loader.
-------------
לסיכום, אם החלק שלכם סימטרי סביב ציר, אז חריטה CNC תהיה זולה יותר, מהירה יותר ומדויקת יותר. אם החלק מורכב, פריזמטי או דורש עיבוד מכמה כיוונים, אז כרסום CNC הוא הפתרון היחיד.
אנחנו באלבה מספקים את מיטב המכונות משתי הקטגוריות: ממחרטות Citizen Miyano מדויקות ועד כרסומות OKUMA רב-ציריות, ומסייעים ללקוחותינו לבחור את הפתרון האופטימלי לכל פרויקט. צרו קשר לייעוץ מכני מקצועי.