10 méthodes pour économiser sur l’usinage CNC
Cet article fournit 10 trucs et astuces pour réduire les coûts de fabrication d’une pièce usinée en fraisage par une machine à commandes numériques. L’objectif est d’aider les concepteurs et les acheteurs qui doivent fabriquer ces pièces à éviter certaines erreurs de conception et à bien évaluer les requis de leurs pièces. Voici en résumé les 10 trucs qui seront expliqués dans cet article.
- Éviter les parois minces
- Éviter les tolérances trop serrées
- Avoir des trous de diamètres standards
- Éviter les cavités trop profondes
- Choisir les bons rayons pour les coins arrondis
- Utiliser le bon matériau
- Optimiser les trous filetés
- Choisir le bon fini de surface
- Séparer une pièce complexe en plusieurs pièces
- Si possible, commander en grande quantité
Avant d’aller plus en détail dans chacune de ces astuces, nous allons définir rapidement ce qu’est l’usinage CNC et plus particulièrement, le fraisage.
Le fraisage CNC (Computer Numerical Control)
Ce procédé de transformation du métal est utilisé pour retirer de la matière avec un outil rond tournant dans un bloc de matière. Cet outil est guidé par un ordinateur qui lui indique le chemin à suivre pour retirer la matière. Ainsi, la fraiseuse (machine de fraisage CNC) et ses différents outils permettent de créer une pièce avec les caractéristiques voulues. En effet, l’outil en rotation retire graduellement de la matière avec ses arrêtes affutées. Ce procédé est le plus répandu au Québec avec plus de 600 ateliers d’usinage qui offrent ce service.
1. Éviter les parois minces
Enjeu : éviter d’avoir des parois minces inférieures à 0,8 mm (1/32") pour du métal et inférieures à 1,5 mm (1/16") pour du plastique. Les parois minces sont sujettes à vibrer lors d’usinage et en dessous de ces limites, les risques d’erreur sont très élevés.
Solution : s’assurer que l’ensemble des parois de votre pièce soient supérieures aux limites mentionnées plus haut. Aussi, s’assurer que les parois minces soient les moins profondes possibles, afin de minimiser les risques de vibration et d’erreur lors de la fabrication.
2. Éviter les tolérances trop serrées
Enjeu : les tolérances trop serrées sur une pièce demandent davantage de temps d’usinage et de temps d’inspection. En effet, pour atteindre des tolérances supérieures à ±0.125 mm (±0.005"), le fabricant doit prendre plus de temps pour définir les bons paramètres d’usinage et à contrôler les pièces produites. Aussi, les risques de non-conformités augmentent avec des tolérances trop serrées.
Solution : réviser et s’assurer de ne pas insérer des tolérances trop serrées dans les requis de fabrication. Ainsi, en évitant toutes tolérances trop précises, vous pourrez économiser en temps d’usinage et de contrôle.
3. Avoir des trous de diamètre standard
Enjeu : dans l’industrie de la fabrication, les fournisseurs de forêts (outil pour percer un trou) offrent une gamme de dimensions standards. Si le diamètre des trous d’une pièce ne correspond pas aux diamètres standards, la complexité et le temps d’usinage augmentent.
Solution : s’assurer que les trous sur votre pièce ne sont pas hors standards. Si ce n’est pas possible, il faut valider que le fabricant n’aura pas à commander d’outils sur mesure pour fabriquer votre pièce. L’achat d’outils sur mesure aurait pour effet d’augmenter les coûts fixes de fabrication.
4. Éviter les cavités trop profondes
Enjeu : une cavité est considérée comme trop profonde lorsque sa profondeur est 4 fois celle du rayon de l’outil. Dans ce cas, il faut avoir des outils plus longs non-standards et la vitesse d’usinage est diminuée puisque l’outil est plus long. Tel que mentionné dans le truc #5, plus la profondeur de la cavité est grande, plus le rayon de l’outil est grand et plus les rayons dans les coins de la cavité doivent être grands.
Solution : s’assurer que les cavités sur une pièce ne dépassent pas le ratio profondeur/rayon de 4. Aussi, une autre option est d’augmenter le diamètre de l’outil utilisé pour aller chercher davantage de profondeur. Par contre, il faut s’assurer que le plus grand diamètre permet quand même d’usiner les autres caractéristiques de la pièce.
5. Choisir les bons rayons pour les coins arrondis
Enjeu : tous les coins internes d’une cavité doivent être arrondis et non carrés. La dimension des rayons internes doit être supérieure à 1/3 de la profondeur de la cavité. Si cette norme est respectée, la cavité pourra être usinée avec un seul outil rapidement.
Solution : réviser l’ensemble des cavités de votre pièce et s’assurer que leur profondeur n’excède pas 3 fois le rayon de l’outil.
6. Utiliser le bon matériau
Enjeu : le choix du matériau a un impact énorme sur le prix d’une pièce. Par exemple, le prix du titanium¹ brut est de 4,80$/kg et le prix de l’acier au carbone² brut standard est de 0,77$/kg. Alors, choisir le mauvais matériel peut causer une différence dans le prix d’une pièce.
Solution : lors de la sélection du matériau pour la fabrication d’une pièce, il est important de se poser les bonnes questions. En effet, il faut être en mesure d’analyser les requis de la pièce : poids, rigidité, magnétisme, résistance à la corrosion, dureté, etc. Pour déterminer ces requis, les concepteurs et ingénieurs doivent analyser en détail les conditions d’utilisation et l’environnement dans lequel la pièce va servir.
7. Optimiser les trous filetés
Enjeu : les trous filetés sont considérés trop profonds lorsque la profondeur de filetage est supérieure à 3 fois le diamètre du trou. Un filetage trop profond est difficile à usiner et augmente les risques d’erreur lors de l’usinage. De plus, mécaniquement, augmenter la profondeur de filetage au-delà de 3 fois le diamètre n’augmente pas la force de serrage du trou.
Solution : s’assurer que les trous filetés ne sont pas inutilement trop profonds et supérieurs à 3 fois le diamètre du trou. Aussi, si le trou ne débouche pas, il faut s’assurer de laisser au moins une distance équivalente de 1 fois le diamètre en le fond du trou et la fin des filets.
8. Choisir le bon fini de surface
Enjeu : le fini de surface d’une pièce peut être rugueux, lisse, brute, peinturé, anodisé, chromé, etc. Il est alors important de choisir le type de fini requis pour la pièce fabriquée.
Solution : éliminer les finis de surface trop lisses s’ils ne sont pas requis pour le fonctionnement de la pièce ou pour son apparence. Si une peinture est requise, il est important de déterminer quel type de recouvrement choisir. Par exemple, la peinture en poudre est plus dispendieuse que la peinture liquide³, mais elle possède des caractéristiques de durabilité supérieures.
9. Séparer une pièce complexe en plusieurs pièces
Enjeu : une pièce complexe peut nécessiter beaucoup d’opérations d’usinage pour accomplir l’ensemble de ses formes et requis.
Solution : envisager l’option de séparer une pièce complexe en deux ou plusieurs plus petites pièces moins complexes. Elles pourront ensuite être assemblées ensemble à l’aide de vis ou de soudage. Ainsi, le temps d’usinage et d’assemblage des pièces séparées est inférieur au temps d’usinage d’une pièce complexe.
10. Si possible, commander en grande quantité
Enjeu : avant de commencer la production d’une pièce, un fournisseur doit passer à travers une série d’étapes obligatoires. Ces coûts fixes ne varient pas en fonction du nombre de pièces demandées. Par exemple, le fabricant doit créer le programme numérique, préparer la machine, installer les bons outils et faire le suivi avec le client.
Solution : ces coûts fixes sont répartis sur le nombre total de pièces fabriquées. Donc, si une seule pièce est produite, l’ensemble des coûts fixes seront inclus dans le prix. Par contre, plus la quantité augmente, plus la portion des coûts fixes par pièce diminue. Le graphique ci-dessous illustre bien ce concept.
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