6 moyens de réduire les coûts d'usinage


Tenez compte de plusieurs considérations en matière de conception et de matériaux afin de réduire les dépenses d'usinage

 

 

La complexité du design de votre pièce à usiner peut rapidement faire augmenter son coût de production. Pourtant quelques règles simples peuvent vous éviter des problèmes de faisabilité ou des frais inutiles. Nous vous proposons ici quelques astuces pour ajuster votre design, optimiser votre conception et le choix de votre matériau.

Proto Labs fait appel à un logiciel d'automatisation pour fournir un devis concernant des pièces et souligner les éléments dont la conception nécessite d'être examinée. Ce logiciel détecte tout de suite les formes qui ne peuvent être réalisées mais il met également en lumière les zones ne nécessitant aucun changement mais qui sont susceptibles d'améliorer l'usinabilité globale de la conception, notamment les parois minces, le texte gravé, les trous profonds et les géométries complexes, pour n'en citer que quelques aspects.

Voici quelques conseils destinés à vous aider à concevoir des pièces usinées plus rentables.

1. Ajoutez un relief aux cavités situées dans un angle
Prenons l'exemple des angles d'une cavité usinée, comme l'intérieur d'une boîtier électronique ou un support servant à fixer le corps d'un composant rectangulaire. En matière de conception, une erreur commune consiste à conserver tel quel les angles vifs de l'intersection des parois verticales de ces formes de pièce. À titre d'exemple, imaginons d'usiner une boîte en acier inoxydable devant contenir un ensemble de fiches de sport. Le seul moyen d'obtenir les angles parfaitement droits nécessaires afin de ranger les informations concernant tous les membres du club consiste à faire appel à la technologie EDM, processus lent et coûteux.

Au lieu de cela, nous équiperons l'un de nos centres d'usinage de la plus petite fraise en bout disponible afin d'égaliser les angles. Sur un matériau en acier inoxydable 304, cela nécessite l'emploi d'une fraise en bout de 0,8 mm permettant d'obtenir un rayon d'angle de 0,4 mm. Il s'agit d'un angle assez vif, mais la profondeur est limitée, la longueur maximum de la plupart des fraises en bout de découpage de l'acier de cette fourchette de dimensions correspondant à cinq fois le diamètre de l'outil de coupe, ce qui est loin de faire le compte en matière de profondeur. L'usinage à l'aide d'une fraise en bout de petite dimension telle qu'un modèle de ce type est également un travail lent et délicat, ce qui augmente le coût de votre projet.

Une approche qui ménagera davantage votre budget consiste à usiner un relief dans chaque angle de la cavité. Ceci permet de supprimer ce rayon inutile pour laisser plutôt un espace en forme de U ou de C (voir l'illustration). Il est également possible d'obtenir des cavités beaucoup plus profondes. En faisant une entaille d'une largeur de 6,35 mm au niveau de chaque angle, des angles vifs d'une profondeur d'environ 32 mm peuvent être réalisés. Et en adoptant l'aluminium, voire le plastique, on obtient des profondeurs de cavités deux fois plus importantes que celles fournies par l'acier. Mais surtout, concevoir des cavités selon ce principe réduit le coût, il est possible de se servir de fraises en bout de plus grandes dimensions et d'augmenter les taux d'enlèvement de matière en conséquence.

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L'image gauche illustre les rayons d'angle obtenus au moyen du fraisage. Envisagez d'ajouter des reliefs aux angles vifs (image droite) afin d'améliorer l'ajustement.

2. Ébavurez les bords vous-même
Éviter les fissures d'angle constitue une autre mesure de réduction des coûts associée au rayon. Soucieux de retirer les bavures et de briser les angles vifs, les concepteurs lissent souvent les intersections de pièces extérieures à l'aide de chanfreins ou d'angles arrondis. Si cette mesure est compréhensible et parfois tout à fait nécessaire, elle peut également s'avérer coûteuse. Avec les pièces en acier inoxydable, nous fournissons une option d'ébavurage automatisée, tous les autres matériaux étant toutefois livrés usinés. Si la conception de la pièce exige de briser les angles, nous devons faire appel à un outil supplémentaire (une fraise hémisphérique) et usiner ces angles au moyen d'un mouvement de profilage 3D. Nous exploitons généralement ces outils à une vitesse très élevée et enlevons de très petites quantités de matière, même si le processus de va-et-vient permettant de veiller à ce que chaque angle soit arrondi peut être long. Nombre de clients choisissent de réaliser des économies en ébavurant eux-mêmes ces pièces à la lime, avec du papier de verre ou une roue de polissage.

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Ajouter un chanfrein ou des rayons à des angles peut allonger les temps d'usinage en raison des fraises hémisphériques.

File the corner

Lorsqu'un bord a besoin d'être arrondi, utiliser une lime ou un outil d'ébavurage afin de briser l'angle plutôt que de le fraiser.

3. Évitez l'usage de texte avant le moulage
De la même façon, la gravure de texte est une opération au résultat visuellement plaisant quoi que chronophage, et elle est donc à éviter si possible. Là encore, une fraise hémisphérique sert à tracer les lettres et chiffres et symboles nécessaires sur le modèle CAO. Le résultat est attrayant et il peut s'agir d'une exigence valable sur votre pièce usinée, mais qui convient probablement mieux aux pièces moulées par injection pour lesquelles un temps d'usinage supplémentaire est amorti au moyen de volumes de pièces plus élevés.

Tooling Logo

Les petits diamètres d'outil augmentent le temps d'usinage, aussi veuillez envisager de retirer le texte ou les logos des prototypes usinés.

4. La prudence est de mise avec les parois et les formes minces
Notre tolérance de pièce standard est de +/- 0,12 mm. Si votre pièce comporte une forme de 0,5 mm au plus, notre système de devis automatisé la mettra en évidence comme présentant une géométrie à paroi mince. Notez toutefois que nous pourrons quand même l'usiner, même si la pièce obtenue pourra paraître légèrement différente de votre conception d'origine. Toute paroi mince de 0,5 mm au plus risque non seulement de se briser durant l'opération d'usinage mais elle peut fléchir ou gauchir par la suite. Augmentez son épaisseur autant que la conception de votre pièce le permet.

5. Recherchez la simplicité
Les cavités très profondes sont à bannir, même si les angles comportent des reliefs. Le temps d'usinage nécessaire au retrait d'une telle quantité de matière est très long, mais toute contrainte résiduelle au niveau de la première a tendance à se manifester lorsque les cavités deviennent plus profondes et les parois plus hautes. On peut recourir à des goussets et des supports pour soutenir ces pièces et empêcher un mouvement dû aux contraintes, ces éléments augmentant toutefois généralement les coûts d'usinage. Opter pour la simplicité reste le meilleur conseil à suivre par tout fabricant ou concepteur de produit des pièces usinées.

Le même principe s'applique également à l'ensemble de la géométrie des pièces. N'essayez pas d'exiger des pièces davantage que ce qu'elles devraient fournir. Optimiser l'utilisation des matériaux peut entraîner des problèmes de fixation des pièces ou d'usinage, ce qui augmente les coûts. Si la conception devient trop complexe, envisager de la décomposer en plusieurs composants et utiliser des pièces de fixation pour les assembler. Les coûts d'assemblage ou la complexité associée à de nombreuses pièces ne plaisent à personne mais il semble que cette approche soit la plus adaptée aux pièces difficiles à usiner. Les surfaces très découpées, les encoches caverneuses (sur un dissipateur thermique, par exemple), les trous et les filets particulièrement profonds constituent tous des exemples d'inducteurs de coûts d'usinage communs susceptibles d'entamer le budget de votre projet.

6. Étudiez la possibilité d'utiliser d'autres matériaux
L'une des façons les plus simples de s'en tenir à un budget, en supposant qu'il respecte vos exigences, consiste plutôt à adopter un matériau mieux adapté à la machine ou moins coûteux. Notre sélection de matériaux comprend des métaux et plastiques divers, chacun correspondant à ses propres caractéristiques techniques, aspects esthétiques, considérations d'usinage et coûts de matériau spécifiques.

  • L'acier inoxydable 17-4 PH est très difficile à couper. Si une robustesse élevée et une résistance à la corrosion ne constituent pas des aspects critiques, essayer plutôt l'option 316L ou 304.
  • Le cuivre est un excellent conducteur électrique mais il est beaucoup plus cher que l'aluminium, lequel est presqu'aussi conducteur mais également plus facile à usiner.
  • Le laiton est un métal mou, il est donc facile à usiner et n'est pas dur sur les fraises en bout.
  • Pour ce qui est des plastiques, nous proposons près de 30 choix possibles. Il sont tous relativement faciles à couper, un facteur qui est souvent, mais pas tout le temps, synonyme de pièces à un moindre coût. Certains plastiques offrent une résistance supérieure à l'usure, à la corrosion ou aux produits chimiques, d'autres sont très performants une fois exposés à la chaleur ou aux flammes, tandis que d'autres proposent d'excellentes propriétés électriques, de résistance et d'impact.

Le nombre de métaux et de plastiques est trop élevé pour en faire la liste exhaustive, mais n'hésitez pas à consulter la liste de matériaux complète ou à appeler l'un des ingénieurs de notre service clientèle pour obtenir des conseils.

Lorsque vous téléchargez un modèle CAO sur notre site Internet, notre outil de création de devis calcule les éléments pouvant être usinés, ceux susceptibles de présenter des difficultés, puis il écarte le reste. Ses conclusions sont indiquées clairement sur le devis, ce qui vous permet d'ajuster la conception de la pièce si vous le souhaitez, avant de soumettre de nouveau la pièce dans l'outil de création de devis. Toutefois, en cas de doute, veuillez nous appeler au +33 (0)4 27 50 29 47. Nous répondrons avec plaisir à toute question en matière de conception susceptible de permettre une économie de coût possible.