Que vous cherchiez à créer un seul prototype ou à vous préparer à la production de masse, la réduction des coûts de fabrication est souvent une priorité absolue en ce qui concerne l'usinage CNC.
Heureusement, en tant que concepteur, vos décisions peuvent grandement affecter le prix final. En suivant la conception des conseils de machinabilité dans cet article, vous pouvez fabriquer des pièces optimisées pour minimiser les coûts tout en répondant à vos exigences de conception.
Qu'est-ce qui affecte le coût des pièces CNC?
Le prix des pièces usiné CNC dépend des facteurs suivants:
● Temps de traitement: plus il faut de temps pour traiter une pièce, plus il coûtera cher. Dans CNC, le temps d'usinage est souvent le principal moteur des coûts.
● Coûts de démarrage: ceux-ci sont liés à la préparation des fichiers CAO et à la planification des processus, et sont d'une grande importance pour la production de petits lots. Ce coût est fixé et il est possible de réduire le prix unitaire en exploitant des "économies d'échelle".
● Coût des matériaux: le coût des matériaux et la difficulté du traitement des matériaux ont un grand impact sur le coût global. L'optimisation de la conception tout en considérant certains facteurs de matériaux peut réduire considérablement le prix.
● Autres coûts de fabrication: lorsque vous concevez une pièce avec des exigences spéciales (par exemple, lorsque vous définissez des tolérances étroites ou concevez des murs minces), puis un outillage spécial, un contrôle de qualité plus serré et plus d'étapes d'usinage peuvent être nécessaires (pour réduire la vitesse de traitement). Bien sûr, cela a un impact sur le temps de fabrication total (et le prix).
Maintenant que la source du coût CNC est claire, voyons comment optimiser la conception pour la minimiser ...
Astuce 1: Ajoutez un rayon aux bords verticaux intérieurs
Tous les outils de fraisage CNC ont une forme cylindrique et créent un rayon lors de la coupe du bord de la poche.
Utilisez un outil de plus petit diamètre pour réduire le rayon d'angle. Cela signifie que plusieurs passes à des vitesses inférieures - les outils plus malleurs ne peuvent pas supprimer le matériel aussi rapidement en un seul pass que les plus grands, ajoutant le temps et le coût d'usinage.
Minimiser le coût:
● Ajoutez un rayon d'au moins 1/3 de la profondeur de la cavité (plus gros c'est mieux).
● Il est préférable d'utiliser le même rayon sur tous les bords intérieurs.
● Au bas de la cavité, spécifiez un petit rayon (0,5 ou 1 mm) ou aucun rayon du tout.
Idéalement, le rayon d'angle doit être légèrement plus grand que le rayon de l'outil utilisé pour machine la poche. Cela réduira la charge sur l'outil et réduira davantage les coûts de fabrication. Par exemple, si votre conception a une cavité de 12 mm de profondeur, ajoutez un rayon de 5 mm (ou plus) aux coins. Cela permettra à un coupeur Ø8 mm (rayon de 4 mm) de les couper plus rapidement.
Astuce 2: limiter la profondeur de la cavité
Si vous avez besoin d'un bord intérieur avec des coins pointus (par exemple, lorsqu'une partie rectangulaire doit s'intégrer dans une cavité), utilisez une forme avec une contre-dépasse au lieu de réduire le rayon du bord intérieur, comme ceci:
L'usinage des cavités profondes peut avoir un impact considérable sur le coût des pièces CNC, car de grandes quantités de matériaux doivent être supprimées, ce qui prend du temps.
Il est important de se rappeler que les outils CNC ont des durées de coupe limitées: généralement, ils fonctionnent mieux lorsqu'ils sont 2 à 3 fois plus profonds que leur diamètre. Par exemple, un coupeur Ø12 peut couper en toute sécurité les poches jusqu'à 25 mm de profondeur.
Des cavités plus profondes (jusqu'à 4 fois le diamètre de l'outil ou plus) peuvent être coupées, mais cela ajoute un coût en raison du besoin d'outils spécialisés ou d'un système CNC multi-axe.
De plus, lors de la coupe de la cavité, l'outil doit être incliné à la profondeur de coupe correcte. Une entrée lisse nécessite suffisamment d'espace.
Minimiser le coût:
● Limitez la profondeur de toutes les cavités à 4 fois leur longueur (c'est-à-dire la plus grande dimension du plan XY).
Astuce 3: Augmentez l'épaisseur des murs fins
Les sections solides épaisses sont plus stables (moins coûteuses à la machine) et doivent être préférées à moins que le poids ne soit le facteur principal.
Pour éviter la distorsion ou la rupture lors de l'usinage des parois minces, plusieurs passes à faible profondeur de coupe sont nécessaires. Les caractéristiques minces sont également sujettes aux vibrations, ce qui les rend difficiles à machine avec précision et peut augmenter considérablement le temps d'usinage.
Minimiser le coût:
● Pour les pièces métalliques, l'épaisseur de la paroi de conception est supérieure à 0,8 mm (plus épaisse, mieux c'est).
● Pour les pièces en plastique, gardez l'épaisseur minimale de paroi supérieure à 1,5 mm.
L'épaisseur minimale de paroi réalisable est de 0,5 mm pour le métal et de 1,0 mm pour le plastique. Cependant, la machinabilité de ces fonctionnalités doit être évaluée au cas par cas.
Astuce 4: Limitez la longueur des filetages
La spécification d'un fil plus long que nécessaire peut augmenter le coût de la pièce CNC en raison du besoin possible d'outillage spécial.
Gardez à l'esprit que les fils de plus de 0,5 fois le diamètre du trou n'augmenteront pas réellement la résistance de la connexion.
Minimiser le coût:
● Concevez un fil avec une longueur maximale de 3 fois le diamètre du trou.
● Pour les fils dans les trous aveugles, il est préférable d'ajouter au moins la moitié du diamètre de la longueur non fidèle au bas du trou.
Astuce 5: Concevoir des trous de taille standard
Les trous peuvent être usinés par CNC rapidement et avec une haute précision en utilisant des exercices standard. Pour les tailles non standard, le trou doit être usiné avec un moulin à bout, ce qui peut ajouter au coût.
Limitez également la profondeur de tous les trous à 4 fois leur diamètre. Des trous plus profonds (jusqu'à 10 fois le diamètre) peuvent être fabriqués, mais ils peuvent ajouter des coûts car ils sont difficiles à machine.
Minimiser le coût:
● Pour les trous avec un diamètre inférieur ou égal à 10 mm et supérieur à 0,5 mm, l'incrément de diamètre du trou de conception est de 0,1 mm.
● Lors de la conception en pouces, utilisez des pouces fractionnaires traditionnels ou référez-vous à ce graphique de taille de forage fractionnaire.
● Concevez un trou avec une longueur jusqu'à 4 fois son diamètre.
Astuce 6: Définissez les tolérances étroites uniquement lorsque cela est nécessaire
La définition de tolérances étroites augmente le coût du CNC car il augmente le temps d'usinage et nécessite une inspection manuelle. Les tolérances ne doivent être soigneusement définies que lorsque cela est nécessaire.
Si aucune tolérance spécifique n'est définie sur le dessin technique, la pièce sera usinée en utilisant des tolérances standard (± 0,125 mm ou plus), ce qui est suffisant pour la plupart des caractéristiques non critiques.
Les tolérances étroites sur les caractéristiques internes sont particulièrement difficiles à réaliser. Par exemple, lors de l'usinage des trous ou des cavités qui se croisent, de petits défauts (appelés Burrs) peuvent se développer sur les bords en raison de la déformation du matériau. Les pièces avec de telles fonctionnalités doivent être inspectées et déburrées, qui sont toutes deux des processus manuels (et dans le temps) qui ajoutent du coût.
Minimiser le coût:
● Spécifiez les tolérances plus strictes uniquement lorsque cela est nécessaire.
● Définissez une seule donnée (comme une coupe transversale de deux arêtes) comme référence pour toutes les dimensions tolérées.
L'utilisation du dimensionnement et de la tolérance géométrique (GD&T) dans les dessins techniques tels que la planéité, la rectitude, la rondeur et la position vraie peut réduire le coût de l'usinage CNC car ils définissent généralement les tolérances plus lâches mais nécessitent des connaissances de conception avancées pour être appliqués efficacement.
Astuce 7: Gardez le nombre de paramètres de la machine au minimum
Les pièces rotatives ou repositionnées augmentent les coûts de fabrication car il doit généralement être fait manuellement. De plus, pour les géométries complexes, des luminaires personnalisés peuvent être nécessaires, augmentant encore le coût. Les géométries particulièrement complexes peuvent nécessiter un système CNC multi-axe, augmentant encore le prix.
Envisagez de diviser les pièces en géométrie qui peut être usinée en CNC dans une configuration, puis boulonnée ou soudée ensemble. Cela s'applique également aux pièces avec des cavités très profondes.
Minimiser le coût:
● Concevoir des pièces qui ne peuvent être usinées que dans une seule configuration.
● Si cela n'est pas possible, divisez la géométrie en parties pour l'assemblage plus tard.
Astuce 8: Évitez les petites caractéristiques avec des rapports d'aspect élevé
De petites caractéristiques avec des rapports d'aspect élevés sont sujets aux vibrations et sont particulièrement difficiles à machine avec précision.
Pour augmenter leur rigidité, ils doivent être attachés à des murs plus épais ou renforcés avec des côtes de support de contreventement (de préférence quatre: une de chaque côté).
Minimiser le coût:
● Concevoir des fonctionnalités avec un rapport d'aspect de moins de 4.
● Ajouter le contreventement ou fixer de petites caractéristiques aux murs pour augmenter leur rigidité.
Astuce 9: supprimez tout le texte et le lettrage
L'ajout de texte à la surface des pièces usinés CNC peut ajouter un coût significatif en raison des étapes d'usinage supplémentaires et longues requises.
Les méthodes de finition de surface, telles que l'impression d'écran de soie ou la peinture, sont une méthode plus rentable pour ajouter du texte à la surface des pièces usinées CNC.
Minimiser le coût:
● Supprimez tous les caractères et lettres sur les pièces usinées CNC.
● Si du texte est requis, préférez la gravure plutôt que le gaufrage, car ce dernier nécessite que plus de matériaux soient enlevés.
Astuce 10: Considérez la machinabilité des matériaux
La machinabilité fait référence à la facilité avec laquelle un matériau peut être coupé. Plus la machinabilité est élevée, plus le CNC peut traiter le matériau, réduisant les coûts.
La machinabilité de chaque matériau dépend de ses propriétés physiques. Généralement, plus l'alliage métallique plus doux (et plus ductile), plus il est facile de machine.
Minimiser le coût:
Si vous pouvez choisir entre les matériaux, choisissez-en un avec une meilleure machinabilité (en particulier pour les commandes à volume élevé).
Astuce 11: Considérons le coût des matériaux en vrac
Le coût des matériaux est un autre facteur qui peut considérablement affecter le prix des pièces usinées CNC.
L'aluminium 6061 est clairement le matériau le plus rentable pour fabriquer des prototypes métalliques car il combine un faible coût avec une très bonne machinabilité.
Minimiser le coût:
● Choisissez des matériaux à faible coût en vrac (en particulier pour les petits commandes par lots).
Astuce 12: Évitez les traitements de surface (multiples)
Les traitements de surface améliorent l'apparence et la résistance des pièces usinées CNC dans des environnements sévères, mais augmentent également leur coût.
Besoin de plusieurs finitions différentes sur la même partie augmente encore le prix en raison des étapes supplémentaires requises.
Minimiser le coût:
● Sélectionnez la finition de surface après le traitement.
● Demandez plusieurs finitions uniquement lorsque vous êtes absolument nécessaire.
Astuce 13: Considérons la taille des espaces
La taille du blanc peut affecter le coût global et pour assurer une bonne précision, certains matériaux doivent être retirés de tous les bords de la pièce. Cela peut avoir un impact significatif sur les coûts des matériaux (en particulier pour les commandes à volume élevé). En règle générale, le blanc doit être au moins 3 mm plus grand que la fin.
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