Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi votre conception CAO "parfaite" fait l'objet d'un devis très élevé ou, pire, d'une "absence de devis" ? C'est probablement dû à quelques erreurs courantes, mais coûteuses, de conception pour la fabrication (DfM), telles que celles décrites dans le présent document. guide de sélection des matériaux.
Ce guide révèle les 5 plus grandes erreurs de DfM dans l'usinage CNC et vous donne des étapes simples et réalisables pour les corriger, vous permettant ainsi d'économiser du temps et de l'argent.
Les plus courants et les plus des erreurs coûteuses en matière de gestion des finances publiques dans l'usinage CNC comprennent la conception d'angles internes aigus nécessitant un outillage spécial, des parois trop fines pour être rigides, des poches profondes ou des trous avec des rapports d'aspect élevés, l'application de tolérances inutilement serrées sur l'ensemble de la pièce et la spécification de finitions de surface trop lisses.
Maintenant que vous connaissez les principaux problèmes, lisez la suite pour voir les données spécifiques, les conseils d'experts et une étude de cas sur la façon dont la correction de ces erreurs DfM a permis à une entreprise d'économiser plus de 70% sur le coût de ses pièces.
Référence rapide : Impact sur les coûts des erreurs courantes en matière de gestion de la chaîne logistique
Erreur 1 : L'attrait des angles internes aigus
On le voit souvent dans les modèles de CAO : une poche ou une fente dont les angles internes sont parfaitement nets et à 90 degrés. D'un point de vue esthétique, c'est propre et précis. Mais dans le monde de l'usinage CNC, cette caractéristique est un facteur de coût important.
Pourquoi ? La raison est simple : Les outils de coupe CNC sont ronds. Un outil rond ne peut pas créer un coin parfaitement carré.
Pour obtenir cette arête vive, votre pièce doit être soumise à un processus différent et plus coûteux, comme par exemple l'application d'un procédé de fabrication. Usinage par décharge électrique (EDM).
Un seul coin traité par électroérosion peut coûter 3 à 5 fois plus qu'un coin usiné avec une fraise standard. Il s'agit là d'un exemple classique de la façon dont un petit choix de conception entraîne un changement de processus majeur, une décision étudiée dans notre l'analyse coût-bénéfice des processus d'usinage.
Comme le souligne souvent Greg Paulsen, directeur de l'ingénierie des applications chez Xometry, le DfM consiste à réaliser l'objectif de votre conception de la manière la plus efficace possible. Il note : "Souvent, une très petite modification non critique de la conception peut faire la différence entre une pièce de $50 et une pièce de $500." L'angle interne aigu est souvent l'un de ces ajustements.
La solution simple et rentable
La solution est simple : concevoir avec un rayon d'angle. En ajoutant un rayon, vous permettez à un outil de coupe rond standard d'effectuer le travail efficacement. Voici deux règles à suivre :
- Un bon rayon : Le rayon de l'angle doit être au moins égal à 1/3 de la profondeur de la cavité.
- Un meilleur rayon : Pour une efficacité maximale, le rayon doit être légèrement supérieur à celui de l'outil. Par exemple, l'utilisation d'un outil de 12 mm de diamètre (avec un rayon de 6 mm) pour dégager une poche est beaucoup plus efficace que l'utilisation d'un minuscule outil de 3 mm. L'outil plus grand peut enlever de la matière jusqu'à 8 à 16 fois plus rapide.
En ajoutant simplement un rayon généreux, vous parlez le langage du logiciel, ce qui vous permet d'obtenir un devis plus rapide, moins cher et plus précis.
Erreur 2 : Défier la physique avec des murs ultra-minces
Dans la quête de conceptions légères et compactes, il est tentant de repousser les limites de l'épaisseur des parois. Une conception avec des parois fines et élancées peut sembler magnifique à l'écran, mais elle crée souvent des problèmes importants dans l'atelier d'usinage.
your pursuit of quality, it’s easy to
Pour compenser, le machiniste n'a d'autre choix que de ralentir considérablement la machine, en effectuant des coupes très légères et prudentes. Il ne s'agit pas d'un ajustement mineur ; pour les parois d'une épaisseur inférieure à 0,5 mm, cette approche prudente peut permettre de réduire les coûts. augmenter le temps d'usinage de 100% à 300%.
En outre, le risque de déformation ou de rupture totale de la pièce augmente considérablement. stratégies pour les superalliages difficiles à usiner est essentiel pour les composantes à enjeux élevés.
Pour l'aluminium, les parois d'une épaisseur inférieure à 0,8 mm sont plus de 50% plus susceptibles de se déformer, et ce défi est encore plus grand pour les matériaux difficiles, comme l'explique en détail notre guide de l'usinage du titane. Pour les plastiques, ce seuil est d'environ 1,5 mm.
Comment concevoir pour la stabilité et la force
La solution consiste à respecter les limites du matériau et à concevoir en tenant compte de la fabricabilité dès le départ.
- Suivre les lignes directrices : En règle générale, il convient de s'en tenir à une épaisseur de paroi minimale de 0,8 mm pour les métaux et 1,5 mm pour les plastiques. Si votre projet nécessite absolument une paroi plus fine, préparez-vous à une augmentation significative des coûts et des délais.
- Pensez aux côtes : Si vous devez renforcer une zone large et mince, envisagez de concevoir des nervures de soutien plutôt que d'épaissir l'ensemble de la pièce. Vous obtiendrez ainsi la rigidité nécessaire sans augmentation substantielle des matériaux ou du temps d'usinage.
N'oubliez pas qu'une conception robuste n'est pas seulement une conception qui fonctionne bien dans son application finale ; c'est aussi une conception qui peut être fabriquée de manière fiable et rentable.
Erreur 3 : Ignorer l'outil dans les zones profondes et étroites
Les ingénieurs aiment l'efficacité, c'est pourquoi la conception d'une pièce avec une poche profonde ou un trou long et étroit pour consolider les caractéristiques semble être une décision intelligente. Cependant, cette démarche néglige souvent un problème de fabrication fondamental : l'accès à l'outil et l'évacuation des copeaux.
Une caractéristique "profonde" est définie par son rapport hauteur/largeur-Il s'agit du rapport entre sa profondeur et son diamètre ou sa largeur. Lorsque ce rapport devient trop élevé, les outils standard ne sont plus efficaces.
Prenons l'exemple du forage d'un trou. Un foret standard donne de bons résultats jusqu'à un rapport d'aspect d'environ 4:1. C'est là que se trouve le point idéal en termes de rentabilité.
Que se passe-t-il lorsque l'on va plus loin ?
- A l'occasion d'une 6:1 le coût de l'usinage de ce trou unique peut augmenter de 100% à 150%. La machine doit passer à un cycle de "perçage au pic" - percer un peu, se rétracter pour dégager les copeaux et répéter l'opération - ce qui augmente considérablement le temps.
- Pousser vers un 10:1 ratio ? Là, vous êtes dans une autre catégorie. Les coûts peuvent grimper en flèche 300% à 800%. Cela nécessite des foreuses spécialisées et coûteuses et des processus extrêmement lents pour gérer la chaleur et éviter la rupture de l'outil.
La même logique s'applique aux poches profondes fraisées à l'aide d'une fraise en bout. Les plus long et plus fin l'outilplus elle est sujette aux déviations et aux vibrations, ce qui oblige le machiniste à réduire les vitesses de coupe et les avances, ce qui, vous l'aurez deviné, augmente les délais et les coûts.
L'approche intelligente de la profondeur
Avant de spécifier une caractéristique profonde, demandez-vous si elle est vraiment nécessaire.
- Pouvez-vous revoir la conception de la pièce ? Est-il possible d'obtenir la même fonction en usinant des deux côtés, ce qui revient à diviser par deux le rapport d'aspect d'une caractéristique donnée ?
- Le trou est-il essentiel ? S'il s'agit de réduire le poids, une poche plus large et moins profonde pourrait-elle permettre d'obtenir un résultat similaire de manière plus économique ?
Réfléchir à la manière dont un outil accèdera à votre pièce et fonctionnera au sein de celle-ci pendant la phase de conception est une étape essentielle pour créer un produit rentable et manufacturable.
Erreur 4 : Le coût élevé de la précision inutile
In your pursuit of quality, a key step is understanding how to prevent common manufacturing defects, as it’s easy to fall into the trap of specifying tight tolerances across your entire part.
You might set a default tolerance of ±0.05mm in your drawing’s title block, thinking it ensures every feature is made perfectly. In reality, you’ve just made your part dramatically more expensive without adding functional value.
La fabrication d'une pièce avec une tolérance serrée ne concerne pas seulement le processus de coupe. Il s'agit d'un engagement dans un processus plus complexe et plus coûteux. Chaque dimension à tolérance serrée nécessite :
- Des vitesses d'usinage plus lentes pour garantir la précision.
- Changements d'outils plus fréquents et plus coûteux.
- Inspection approfondie, impliquant souvent un Machine à mesurer tridimensionnelle (MMT)qui peut prendre plus de temps que l'usinage lui-même.
La relation entre le coût et la tolérance n'est pas linéaire, elle est exponentielle.
- Le passage d'une tolérance standard (par exemple, ±0,1 mm) à une tolérance de précision (±0,025 mm) peut augmenter le coût de la pièce de 50% à 200%.
- Exiger une tolérance de haute précision (±0,005 mm) peut facilement doubler, voire quadrupler le coût à partir de là, car il faut souvent les opérations secondaires de meulage ou de rodage.
Comme le souligne Tony Holtz, responsable de l'ingénierie chez Protolabs, "l'un des facteurs de coût les plus courants que nous observons est l'application de tolérances inutilement serrées. Les ingénieurs appliquent souvent une tolérance de bloc de titre à l'ensemble de la pièce alors que seules une ou deux caractéristiques sont réellement critiques."
Un exemple concret : Le boîtier médical $300
Nous avons récemment travaillé avec une entreprise médicale en phase de démarrage dont le design du boîtier en aluminium a été cité à l'occasion d'une conférence de presse. $300 par unité. L'une des principales raisons est la tolérance globale de ±0,05 mm appliquée à l'ensemble de la pièce.
Nous avons rencontré leur concepteur et lui avons posé une question simple : "Quelles sont les surfaces absolument essentielles à la fonction ?" Il s'est avéré que seules deux surfaces avaient besoin de cette précision pour l'assemblage.
En ramenant la tolérance de toutes les caractéristiques non critiques à un standard de ±0,2 mm, nous les avons aidés à réduire le coût final à seulement $85 par unité, soit une réduction de 70% sans sacrifier la moindre fonctionnalité.
La solution : La tolérance avec intention
Au lieu d'appliquer une tolérance générale, analysez votre conception caractéristique par caractéristique.
- Identifier les caractéristiques critiques pour la fonction (CTF) : Il s'agit de surfaces d'accouplement, d'alésages de roulements ou d'emplacements d'emmanchement. Appliquez vos tolérances serrées seulement ici.
- Détendez tout le reste : Pour les caractéristiques non critiques, une tolérance standard est plus que suffisante et bien plus économique.
Cette approche intentionnelle indique à votre partenaire de fabrication où il doit concentrer ses efforts, ce qui vous permet de ne payer que pour la précision dont vous avez réellement besoin.
Erreur n° 5 : négliger le coût de l'état de surface
Une belle finition de surface lisse ou un logo gravé avec précision peuvent augmenter la valeur perçue d'un produit. Toutefois, lorsque l'objectif est la performance, le choix du bon revêtement fonctionnel est essentiel, comme l'explique ce document. Guide de l'anodisation de type II et de type III.
Le l'état de surface d'une opération d'usinage CNC standard est généralement de l'ordre de Ra 3.2 μmce qui est parfaitement fonctionnel pour la plupart des applications.
Exiger une finition plus lisse nécessite des étapes supplémentaires, et chaque étape augmente les coûts.
- Amélioration de la finition à Ra 1,6 μm pourrait nécessiter un passage supplémentaire de finition, ce qui augmenterait le coût d'un million d'euros. 10% à 25%.
- Un produit très doux Ra 0,8 μm La finition nécessite souvent un léger polissage ou un ponçage. 30% à 60% au coût.
- L'obtention d'une finition miroir de Ra 0,4 μm ou mieux, nécessite des opérations secondaires coûteuses et fastidieuses telles que le rodage et le polissage, qui peuvent facilement se faire à l'aide d'une machine. doubler le coût total de la pièce.
De même, la gravure de textes ou de logos complexes directement à l'aide d'une fraise CNC est un processus étonnamment lent. Le petit outil doit tracer chaque ligne, ce qui peut prendre plus de temps que l'usinage du reste de la pièce.
La manière intelligente de spécifier les finitions
Avant d'opter par défaut pour une finition très lisse, réfléchissez à son utilité.
- Est-il fonctionnel ? Une finition plus lisse est nécessaire pour les surfaces d'étanchéité ou les tourillons de roulement, mais pour la plupart des surfaces externes sans contact, la finition standard est suffisante.
- Pouvez-vous utiliser un autre procédé ? Pour les logos et les textes, envisagez gravure au laser en tant qu'étape post-usinage. Elle est nettement plus rapide et moins coûteuse que la gravure CNC, tout en produisant une marque nette et permanente.
En comprenant ces cinq erreurs courantes de DfM dans l'usinage CNC, vous pouvez éviter des écueils coûteux et créer des conceptions qui sont efficaces à produire. Ces connaissances sont particulièrement importantes lorsqu'il s'agit de matériaux avancés, comme l'illustre cet article. guide des plastiques de haute performanceL'objectif est d'améliorer la qualité des produits et des services, de combler le fossé entre l'intention de votre conception et les réalités de la fabrication.
Votre liste de contrôle DfM
La théorie est une chose, mais c'est la mise en pratique qui compte. Pour vous aider à appliquer ces leçons directement à votre travail, nous avons créé une liste de contrôle simple.
Avant d'exporter le fichier STEP final, répondez à ces questions. C'est un moyen simple et rapide d'identifier les erreurs coûteuses de la DFM avant qu'elles n'aboutissent à un devis.
La liste d'autocontrôle du ministère de la défense :
- [ ] Coins internes : Le rayon de chaque angle interne est-il d'au moins 3 mm ou, idéalement, supérieur au rayon de l'outil de coupe prévu ?
- [Épaisseur de la paroi : Ai-je respecté les limites du matériau ? (par exemple, >0,8 mm pour l'aluminium, >1,5 mm pour les plastiques).
- [ ] Profondeur du trou et de la poche : La profondeur d'un trou ou d'une poche est-elle inférieure à 4 fois son diamètre/largeur ? Si ce n'est pas le cas, est-ce absolument essentiel ?
- [ ] Tolérances : Ai-je appliqué des tolérances strictes ? seulement aux caractéristiques critiques pour la fonction (CTF) et a laissé toutes les autres surfaces avec une tolérance standard ?
- [Texte et logos : Ai-je prévu que le texte et les logos soient appliqués au moyen d'un processus secondaire rentable, comme la gravure au laser, au lieu du fraisage CNC ?
Votre objectif est de créer de la valeur
En fin de compte, la conception pour la fabrication ne consiste pas à limiter votre créativité. Il s'agit de la renforcer. En comprenant et en respectant le processus physique de fabrication de votre pièce, vous pouvez concevoir des produits qui ne sont pas seulement brillants en théorie, mais aussi réalisables en réalité.
La maîtrise de ces principes DfM ne permet pas seulement de réduire les coûts et les délais. Elle permet d'instaurer un climat de confiance avec vos partenaires de fabrication et de vous présenter comme un ingénieur hautement compétent qui comprend l'ensemble du cycle de vie d'un produit.
En évitant ces erreurs courantes de gestion de la chaîne logistique, vous avez fait le premier pas. L'étape suivante consiste à maîtriser les principes sous-jacents de la Coûts d'usinage CNC pour que vos grandes idées se transforment toujours en grands produits, de manière efficace et économique.
