Guide de conception d'usinage CNC

Un guide complet pour vous aider à obtenir les meilleurs résultats pour vos produits et composants usinés CNC.

Indice:

•introduction

•Qu'est-ce que l'usinage CNC?

•Limitations de conception pour l'usinage CNC

•Sélection des matériaux

•Finitions de surface

•Conseils rapides pour maximiser l'usinage CNC

introduction

Bien que les pièces physiques prennent vie dans l'atelier, le processus de fabrication commence en fait bien avant la mise en marche des machines de fraisage et de tournage CNC. Tout commence par le processus de conception.

Non seulement le processus de conception est une étape essentielle dans l’élaboration des dimensions et de la structure d’un produit ou d’une pièce, mais il peut en fait faciliter le processus de fabrication sur toute la ligne en tenant compte de certaines limitations inhérentes à la technologie de production.

Afin de nous assurer que nos clients tirent le meilleur parti de nos services de fabrication, nous avons compilé un guide de conception complet pour l'usinage CNC rempli de pratiques de conception utiles, de conseils et de choses à faire et à ne pas faire.

Dans le Guide de conception d'usinage CNC, nous couvrirons les bases de ce qu'est l'usinage CNC, les limites de conception du processus, nos services CNC spécifiques, comment choisir le meilleur matériau pour votre projet et plus encore. Notre guide de conception d'usinage CNC peut vous aider non seulement à maximiser votre commande de produits, mais également à réduire les coûts.

Flux de travail d'usinage CNC

Qu'est-ce que l'usinage CNC?

Dans les termes les plus simples, l'usinage à commande numérique par ordinateur (CNC) est une technologie de fabrication soustractive qui produit des pièces finies en retirant des couches d'un bloc solide de matériau, appelé ébauche. Le fraisage CNC, l'un des principaux types d'usinage CNC, utilise des outils de coupe qui tournent à une vitesse de plusieurs milliers de rotations par minute (RPM) pour éliminer avec précision la matière jusqu'à ce qu'une forme nette soit obtenue. En plus du fraisage, l'usinage CNC peut également utiliser des tours et des perceuses pour produire des pièces ou des caractéristiques.

En tant que processus de fabrication contrôlé par ordinateur, CNC Machining produit des pièces basées sur un modèle de conception assistée par ordinateur (CAO) qui est envoyé à la machine CNC via un logiciel de fabrication assistée par ordinateur (FAO).

Les machines CNC fonctionnent sur un nombre variable d'axes. Une machine CNC traditionnelle à 3 axes est capable de manipuler et de travailler des pièces le long des trois axes linéaires: X, Y et Z. La technique est plus efficace pour les pièces relativement simples et peu profondes. Une machine 5 axes est capable de travailler le long des trois axes linéaires ainsi qu'autour de deux axes de rotation. Cela permet de réaliser des coupes plus complexes et plus profondes, élargissant ainsi le potentiel de conception des pièces.

En raison de la précision, de la vitesse et de l'automatisation de l'usinage CNC, il est devenu l'un des processus de fabrication soustractive les plus utilisés. L’une des utilisations les plus courantes de la technologie est la production de prototypes métalliques, car c’est actuellement l’un des moyens les plus efficaces de produire de petites séries ou des pièces métalliques uniques. L'usinage CNC est également hautement évolutif, ce qui signifie qu'il peut être utilisé pour la production et le prototypage ponctuels ainsi que pour la production de volumes moyens à élevés.

L'usinage CNC offre un certain nombre d'avantages aux fabricants, notamment un haut niveau d'automatisation, une excellente fiabilité, une reproductibilité et une précision géométrique élevée. Le procédé offre également une qualité de finition de surface pour les pièces et une bonne durabilité.

Malgré tous ces avantages, cependant, il existe certaines limites à l'usinage CNC. Heureusement, si ces limitations sont prises en compte pendant le processus de conception, les temps et les coûts de production ont le potentiel d'être réduits et le processus de fabrication peut être optimisé.

Limitations de conception pour l'usinage CNC

L'usinage CNC est un processus de fabrication populaire en raison de sa capacité à produire une grande variété de pièces, allant des formes simples aux structures complexes. Comme toute technologie de fabrication, cependant, l'usinage CNC comporte certaines limites de conception. Nous les avons ventilés ci-dessous pour nous assurer que votre produit est conçu de manière optimale pour répondre aux capacités de notre usinage CNC.

La tolérance

Les tolérances

Lors de la soumission d'une conception pour la production, il est utile d'inclure une tolérance, ou la plage acceptable pour les dimensions d'une pièce. Les tolérances doivent être déterminées pour répondre à la fonctionnalité requise d'une pièce donnée.

Bien que l'usinage CNC soit capable d'atteindre des tolérances extrêmement serrées, il est important de garder à l'esprit que des tolérances plus strictes que les normes de notre service peuvent souvent entraîner des temps de production plus longs et des coûts plus élevés.

Si aucune tolérance spécifique n’est indiquée sur la conception du produit, RapidDirect maintient une tolérance standard de +/- -.005 \"pour les pièces métalliques et de +/-. 010 \" pour les pièces en plastique. Des tolérances plus strictes sont possibles, mais peuvent prendre plus de temps à atteindre car les taux de régime doivent être réduits pour tenir compte de la précision plus élevée.

Angle CNC

Angles

Avec le fraisage CNC, il est important de noter que toutes les arêtes ou murs verticaux intérieurs auront un rayon plutôt qu'un angle droit. En effet, les outils de coupe utilisés dans le fraisage CNC sont cylindriques, ce qui signifie qu'ils ne peuvent pas produire une arête droite. Ce type d'angle est appelé congé d'angle intérieur.

Lors de la conception d'une pièce, la prise en compte des filets des coins intérieurs peut conduire à un processus de production plus efficace. Par exemple, il est conseillé de spécifier un rayon non standard pour donner à l'outil de coupe la liberté de couper et de tourner le coin sans avoir à s'arrêter et à se repositionner. De plus, les filets avec un rayon plus grand sont plus rapides et moins chers à fraiser que des rayons plus petits.

Contre-dépouille CNC

Contre-dépouilles

En tant que caractéristiques qui ne peuvent pas être produites à l'aide d'un outil de fraisage standard, les contre-dépouilles présentent un certain nombre de défis lors de l'usinage CNC et doivent, si possible, être évitées. D'une part, si une géométrie en contre-dépouille n'a pas de dimensions standard, la production d'un outil d'usinage personnalisé sera nécessaire, ce qui augmentera considérablement le temps et les coûts d'usinage. Par conséquent, si une fonction de dégagement est nécessaire dans votre pièce, assurez-vous qu'elle a des dimensions standard.

Deuxièmement, comme les outils CNC sont limités en longueur, les contre-dépouilles ne doivent pas être trop profondes. Les contre-dépouilles trop profondes ou placées dans une zone difficile à atteindre seront impossibles à réaliser car les outils CNC ne pourront pas y accéder.

Épaisseur CNC

Épaisseur du mur

Avec l'usinage CNC, comme avec les autres processus de fabrication, il est important de s'assurer que la conception de votre pièce respecte les épaisseurs de paroi minimales. De manière générale, il est conseillé d'opter pour l'épaisseur de paroi la plus épaisse possible et d'éviter les parois ou éléments très fins. En effet, les éléments fins ou fins sont sensibles aux vibrations causées par les outils CNC, ce qui peut provoquer des ruptures ou des dommages.

Une épaisseur de paroi minimale standard pour les métaux usinés CNC est de 0,030 \"(~ 0,76 mm) et de 0,060 \" (~ 1,5 mm) pour les plastiques.

Fils

Une fois qu'une pièce a été usinée aux dimensions et à la forme spécifiées, il est possible d'ajouter des filetages à l'aide de tarauds coupants, de tarauds de forme ou de fraises à fileter. Lors de la conception de votre pièce, il est utile de choisir la plus grande taille de filetage possible, car les tarauds plus petits ont un risque plus élevé de rupture pendant la production.

Si possible, évitez également les filetages profonds, car des trous profonds dans votre pièce peuvent entraîner des coûts de production plus élevés (si un outil personnalisé est nécessaire). De même, le respect des tailles de filetage personnalisées dans la conception de votre pièce peut aider à réduire les coûts et le temps de production.

Fraisage CNC

Chez RapidDirect, nous offrons une gamme de services d'usinage CNC, y compris l'un des processus CNC les plus courants: le fraisage CNC. Dans le processus de fraisage CNC, une ébauche de matériau est montée sur le banc de la machine, où des outils de coupe rotatifs, tels que des fraises en bout, coupent la matière première. Ces outils tournent à des vitesses extrêmement rapides de milliers de rotations par minute (tr / min) pour éliminer la matière résultant en une pièce finale.

Fraisage CNC

Pour rendre le processus de fraisage CNC aussi efficace que possible, le matériau initial à enlever est coupé par des outils plus grands à un taux de régime plus élevé. Cela permet le retrait rapide de la majeure partie du matériau. Lorsque la pièce est presque coupée à sa forme, des outils de plus haute précision avec moins de tours par minute entrent en jeu pour terminer la pièce.

Une fois que la pièce a été coupée avec succès, elle est soigneusement inspectée pour s'assurer que les tolérances requises sont respectées et que la qualité est conforme aux normes. À partir de là, la pièce peut être post-traitée et livrée au client.

Conseils rapides pour le fraisage CNC

•Tenez-vous en aux coins internes arrondis: comme le fraisage CNC utilise des outils de rotation ronds, il est impossible de créer un angle interne net.

•Utilisez les rayons les plus grands possibles: plus l'outil de coupe utilisé est grand, plus le matériau peut être enlevé rapidement. S'assurer que les rayons internes les plus grands possibles sont intégrés dans la conception facilitera le processus de fraisage.

Tournage CNC

Tournage CNC

Dans le processus de tournage CNC, une ébauche de matériau est montée sur un mandrin rotatif, qui déplace la pièce pendant que les outils de coupe stationnaires font leur travail. Le tournage CNC est bien adapté à la production de pièces symétriques le long de leur axe central et est souvent plus rapide et moins cher que les produits fraisés CNC.

Les outils de tournage CNC, ou tours, restent stationnaires car la matière première est tournée à des vitesses élevées, entrant en contact pour éliminer avec précision la matière jusqu'à ce qu'une géométrie finale soit obtenue. En raison de la nature du tournage CNC, le processus est principalement utilisé pour produire des pièces cylindriques, mais il est également possible de produire des profils non cylindriques en utilisant des systèmes de tournage et de fraisage CNC multi-axes.

Conseils rapides pour le tournage CNC

•Éloignez-vous des angles internes vifs: comme le fraisage CNC, le tournage CNC est capable de produire des angles arrondis, à la fois à l'extérieur et à l'intérieur.

•Symétrique, mais ni trop mince ni trop longue: si la conception d'une pièce est trop longue ou trop mince, la rotation pendant la production peut devenir instable et causer des problèmes de fabrication.

Sélection des matériaux

En tant que processus de fabrication soustractif, CNC Machining fabrique des pièces à partir d'un bloc de matière première, en métal ou en plastique. Ce bloc est appelé ébauche de matériau. Quel que soit le matériau avec lequel vous travaillez, le choix des bonnes dimensions du flan de matériau est crucial avant le processus de production. En règle générale, il est judicieux de choisir un flan d'au moins 0,125 \"(~ 0,3 cm) plus grand dans chaque dimension que les dimensions de la pièce finale, pour tenir compte des incohérences dans la matière première. En même temps, il est important de ne pas utiliser un flan trop grand pour minimiser les déchets de matière.

Une autre chose cruciale à garder à l'esprit avant de commander votre pièce usinée CNC est que votre sélection de matériaux aura un impact sur le temps et le coût de production. En effet, certains matériaux ont une meilleure usinabilité que d'autres, ce qui signifie qu'ils sont plus faciles et plus rapides à traiter. Les cadences d'usinage plus rapides se traduisent finalement par des coûts de production plus faibles.

Les métaux

En règle générale, les métaux hautement ductiles sont plus faciles à usiner, car les fraiseuses CNC peuvent les couper plus facilement et atteindre des vitesses de rotation plus élevées. Le laiton, par exemple, est l'un des métaux les plus faciles à usiner en raison de sa bonne malléabilité. Les alliages d'aluminium sont également bien adaptés à l'usinage CNC et se traduisent par des temps de production rapides.

L'acier, en revanche, est un métal solide qui a un taux d'usinabilité bien inférieur à celui de l'aluminium, ce qui signifie que les cadences de production seront plus lentes et plus coûteuses. Il est important de garder à l'esprit, cependant, que différentes nuances d'acier ont des niveaux d'usinabilité différents en fonction de leur teneur en carbone. Les aciers à très faible et très haute teneur en carbone sont généralement difficiles à usiner.

Par exemple, l'acier inoxydable 304, qui a une teneur en carbone relativement faible, est difficile à usiner car il devient gommeux et durcit trop rapidement. Des additifs tels que le soufre et le phosphore peuvent rendre l'acier inoxydable plus facile à usiner, comme le montre la meilleure usinabilité de l'acier inoxydable 303.

Pour mettre en perspective l'usinabilité de ces métaux, l'acier au carbone prend généralement quatre fois plus de temps à usiner que l'aluminium, tandis que l'acier inoxydable peut prendre le double de ce temps.

Chez RapidDirect, nous proposons les alliages métalliques suivants pour l'usinage CNC:

ALUMINIUM

•6061 T6

•7075 T651

•5052

•2024

•1060

•LY12

•2A12

•1100

•3003

•3004

•5083

•5754

•6082

•6063

•6083

•7050

•5A12

•5A02

LAITON

•Laiton C360

•Laiton 260

•Roulement C932 M07 Bronze

CUIVRE

•Cuivre H62

•Cuivre H65

•Cuivre H70

•Cuivre H80

•Cuivre H90

•Alliage de cuivre spécial

Polymères

Bien qu'il soit possible d'usiner des thermoplastiques, les propriétés des matériaux des polymères peuvent présenter des défis avec l'usinage CNC. D'une part, en raison de taux de conductivité thermique plus faibles, de nombreux thermoplastiques fondent ou se déforment lorsqu'ils entrent en contact avec des fraiseuses ou des forets CNC. Pourtant, pour les pièces qui ne nécessitent pas la résistance et la rigidité des métaux, les thermoplastiques peuvent offrir une alternative moins coûteuse.

Dans le cadre des thermoplastiques, le Delrin (POM), le polyéthylène haute densité (PEHD) et l'ABS présentent une bonne usinabilité. Bien que populaires pour leur résistance et leur durabilité, les matériaux tels que le PEEK, l'Ultem, le nylon et de nombreux composites sont plus difficiles à usiner.

Chez RapidDirect, nous proposons les thermoplastiques suivants pour l'usinage CNC:

abdos

•ABS beige

•Bleu ABS

•ABS noir

•ABS ignifuge

•ABS transparent

•Spécial ABS

ACRYLIQUE

DELRIN

•POM Blanc

•POM Noir

•Spécial POM

PEHD

NYLON

Surface usinée

Finitions de surface d'usinage CNC

La dernière étape du processus d'usinage CNC est le post-traitement. Chez RapidDirect, nous proposons un certain nombre de traitements de finition de surface pour compléter vos pièces finales et les adapter à vos exigences spécifiques. Il est à noter qu'avec l'usinage CNC, le post-traitement est facultatif, car la qualité des pièces usinées est déjà élevée (voir As-fraisé).

Finition de surface

Anodisation (Type II ou Type III)

L'anodisation offre une excellente résistance à la corrosion des pièces usinées, améliorant la dureté et la résistance à l'usure de la surface tout en dissipant la chaleur. L'anodisation est le traitement de surface le plus courant pour la peinture et l'apprêt, car elle fournit une finition de surface de haute qualité. RapidDirect propose deux types d'anodisation: le type II, qui résiste à la corrosion; et Type III, qui est plus épais et ajoute une couche résistante à l'usure. Les deux processus d'anodisation permettent une large gamme de finitions de couleur.

Comme fraisé

Les finitions de surface usinées, qui n'impliquent pas de traitement de post-traitement, offrent le délai d'exécution le plus rapide pour les pièces. L'état de surface d'une pièce usinée est comparable à 125 µin Ra, tandis que les exigences peuvent être augmentées à 63, 32 ou 16 RA µin. Des marques d'outil mineures peuvent encore être visibles sur la pièce finale.

Revêtement en poudre

Dans le processus de revêtement en poudre, la peinture en poudre est pulvérisée directement sur la pièce usinée. La pièce revêtue est ensuite cuite dans un four, formant une couche durable, résistante à l'usure et à la corrosion. Une grande variété d'options de couleur est disponible dans le processus de revêtement en poudre.

Explosion de perles

Le grenaillage consiste à souffler de petites billes de verre contre la surface de la pièce usinée de manière contrôlée. Cette technique donne une surface lisse avec une texture mate. Lors du grenaillage, divers matériaux, tels que le sable, le grenat, les coquilles de noix et les billes métalliques, sont utilisés pour nettoyer les pièces ou les préparer pour les traitements de surface ultérieurs.

Conseils rapides pour maximiser votre produit usiné CNC

Rester simple

Si possible, garder une conception de pièce aussi simple que possible se traduira souvent par des temps de production plus rapides et donc des coûts inférieurs. En effet, la création de structures et de surfaces complexes utilise de nombreuses petites coupes, qui prennent plus de temps à exécuter que des coupes plus simples et plus grandes sur des surfaces planes.

Minimiser les changements d'outils

Suite à la simple astuce, vous assurer que la conception de votre pièce intègre des dimensions cohérentes pour les rayons d'angle internes et les trous peuvent réduire considérablement le temps d'usinage. En d'autres termes, l'utilisation des mêmes dimensions lorsque cela est possible réduira le nombre de changements d'outils nécessaires et chaque changement d'outil accroîtra le temps et les coûts supplémentaires.

Choisissez judicieusement les matériaux

Comme indiqué précédemment dans le guide, la sélection des matériaux peut avoir un impact important sur les temps et les coûts de production d'usinage CNC. Si possible, choisissez un matériau avec une bonne usinabilité, comme le laiton ou l'aluminium. Pour les applications où la rigidité et la résistance des métaux ne sont pas requises, l'usinage CNC d'une matière plastique peut également aider à réduire les coûts, car les ébauches de matériau sont moins chères.

Tenez compte des tolérances et des épaisseurs de paroi

Avec l'usinage CNC, des tolérances plus élevées et des parois plus minces entraînent souvent des coûts plus élevés, en raison du temps associé à la réalisation de coupes de plus grande précision. Si votre produit ou pièce a une plage de tolérance admissible, optez pour la tolérance inférieure pour réduire le temps et les coûts de production. Il en va de même pour les épaisseurs de paroi: si possible, choisissez la plus grande tolérance d'épaisseur de paroi.

S'en tenir à une finition de surface

La dernière étape du processus d'usinage CNC, la finition de surface, peut également affecter le coût de votre projet global. Le choix d'une seule surface pour votre pièce ou produit peut améliorer le temps et la rentabilité. Si plus d'une finition est nécessaire, il est toujours utile de minimiser le nombre de traitements de surface différents requis.