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Conseils pour réduire les coûts d'usinage CNC
Nous nous efforçons de créer des prototypes uniques et innovants qui ont fière allure et fonctionnent bien. Lors de la conception ou de l'usinage, nous accordons une grande attention à l'utilisation finale de la pièce, par exemple « les pièces aérospatiales nécessitent des pièces légères, les feux arrière automobiles nécessitent une finition de surface élevée, etc. ». Mais la volonté de réduire les coûts traverse tout le processus de conception et de fabrication.
Avant de comprendre les techniques de réduction des coûts d'usinage CNC, nous devons d'abord comprendre les facteurs de prix des pièces personnalisées CNC. Le facteur le plus important est le temps de traitement, qui dépasse même le coût d'amortissement de la machine et le coût de programmation. L'astuce pour réduire les coûts d'usinage CNC est de suivre certaines règles pour optimiser la conception, réduisant ainsi le temps d'usinage sans compromettre la fonctionnalité mécanique de la pièce. DDPROTOTYPE a rassemblé plus de dix conseils pour, espérons-le, réduire les coûts de votre prochain projet CNC.
1. Explorez les matériaux bon marché - Réduisez les coûts d'usinage CNC
Le prix des matières premières et la facilité de transformation ont un impact significatif sur les coûts. Le prix des matières premières est déterminé par leur rareté et leur propre valeur. DDPROTOTYPE a fait une comparaison de prix de différents matériaux mais avec la même taille qui sont couramment utilisés, et a constaté que la différence de prix est assez importante. La facilité de transformation d'un matériau a un impact plus important sur les coûts de transformation que le prix des matières premières. En général, la coupe de matériaux plus tendres nécessite moins de temps d'usinage et ne nécessite pas de couteaux spéciaux ou d'outils auxiliaires supplémentaires. Par exemple, pour les pièces d'un même dessin, le prix de traitement de aluminium 6061 est bien inférieur à celui de acier inoxydable .
Prenez la taille 6" x 6" X 1" comme exemple, le coût des différents matériaux varie
Métal | |
Aluminium 6061 | $25 |
Aluminium 7075 | $80 |
Acier inoxydable 304 | $90 |
Laiton C360 | $148 |
Plastique | |
ABS (acrylonitrile butadiène styrène) | $17 |
POM (Polyoxyméthylène) | $27 |
Nylon 6 | $30 |
PEEK | $300 |
En général, tout comme un prototype fonctionnel, le choix d'un matériau souple relativement bon marché qui répond aux exigences de conception serait plus rentable . L'aluminium 6061 est clairement le matériau le plus rentable pour réaliser des prototypes métalliques en raison de son faible coût et de sa très bonne usinabilité. L'acier inoxydable et le titane sont des options très coûteuses et peuvent permettre d'économiser de l'argent à moins que certaines propriétés matérielles spécifiées ne soient requises. Si vous concevez un dispositif médical et qu'il doit être implanté à l'intérieur du corps humain, la biocompatibilité doit être la première priorité, et vous devez choisir des alliages de titane, ou des aciers inoxydables, etc., en fonction des besoins réels. En ce qui concerne les plastiques, l'ABS et le POM sont les matériaux peu coûteux les plus populaires et sont relativement faciles à traiter, le PEEK est un matériau très coûteux.
2. Équilibrez la quantité et le délai d'exécution - -Réduction des coûts d'usinage CNC
Une plus grande quantité est un autre facteur important dans la réduction des coûts d'usinage CNC. Avec l'augmentation de la quantité, le prix unitaire diminue. Dans l'image ci-dessous, le coût d'usinage d'une seule pièce est de 41.89 $, et si 10 pièces sont produites, le coût unitaire tombe à 11.26 $. Augmenter la quantité à 100 pièces ramène le prix unitaire à 5.72 $. La raison pour laquelle le prix a tellement baissé est qu'une seule pièce est traitée, ce qui nécessite également une programmation, un réglage de la machine, une commande de matériel, etc., tout en traitant de plus grandes quantités, ces tâches ne doivent être effectuées qu'une seule fois ; plus important encore, lorsque la quantité augmente, nous augmenterons certains gabarits auxiliaires pour améliorer l'efficacité de la production, réduisant ainsi considérablement le prix unitaire du produit.
3. Évaluer le besoin de traitement de surface - -Réduire les coûts d'usinage CNC
Un autre facteur qui affecte sérieusement le coût est la finition. Lorsque différents traitements de surface sont requis sur la surface d'une pièce, par exemple, une finition très polie est requise d'un côté et un revêtement spécial est requis de l'autre côté, ou l'effet de finition de surface de la pièce entière doit être conservé comme cohérente que possible, des frais supplémentaires seront engagés à ce moment. Il est nécessaire d'évaluer soigneusement la nécessité du traitement de surface de la pièce, tel que l'anodisation, le traitement thermique, les revêtements spéciaux, etc.
4. Définissez des tolérances serrées si nécessaire - Réduisez les coûts d'usinage CNC
Habituellement, toutes les caractéristiques d'une pièce ne sont pas essentielles à sa fonction. Dans la conception, plus il y a de dimensions avec des exigences de tolérance, plus les exigences de précision sont élevées (par exemple, marquage du rayon, du diamètre et de la position du trou, du congé), etc., augmenteront le coût de l'usinage. Pour éviter d'ajouter des coûts inutiles, seules quelques surfaces critiques doivent être tolérées, telles que les trous, les arbres, les boutons-pression, etc., et des tolérances strictes sont contrôlées (la tolérance standard est de +/- 0.005 pouce). Chez DDPROTOTYPE, notre plage de précision de tolérance typique est de 0.005″ à 0.001″, selon la structure, le matériau, etc.
5. Essayez d'éviter le texte ou les icônes.
Si ce n'est pas nécessaire, essayez d'éviter de créer du texte ou des icônes sur la pièce pendant l'usinage CNC, ce qui augmentera le coût. Si du texte et des icônes sont nécessaires, envisagez de le remplacer par un processus de traitement de surface tel que la peinture ou l'impression, car cela peut réduire le temps d'usinage CNC.
6. Utilisez autant d'outils de taille standard que possible
Lors de la conception de pièces, essayez de concevoir des dimensions qui correspondent aux outils CNC standard, ce qui peut considérablement économiser du temps d'usinage. Par exemple, les diamètres de trou, de filetage et de poche doivent être usinés directement avec des outils CNC courants. Les trous de taille non standard nécessitent des fraises ou des alésoirs pour un usinage de précision, et même certaines structures nécessitent des outils personnalisés. Si vous n'êtes pas familier avec les dimensions de l'outil, une pratique générale consiste à définir le trou sur un pouce "standard", tel que 1/8 ", 1/4" ou un nombre entier de millimètres. Évitez les tailles comme 0.3871″ ou 3.956 mm. De plus, le maintien de dimensions de trou et d'empreinte cohérentes sur l'ensemble de la pièce peut réduire la fréquence des changements d'outils et ainsi accélérer la Processus d'usinage CNC.
7. Utilisez la taille de taraudage standard
La conception de trous taraudés standard peut réduire le coût de l'usinage CNC. La taille du taraud et la profondeur du filetage affectent le temps de traitement. Par exemple, si vous concevez un trou fileté de 2 à 56 pouces, si le filetage est trop profond alors que le taraud est relativement fin, il sera plus difficile à utiliser. C'est une pratique courante de toujours concevoir la profondeur maximale du filetage pour qu'elle soit inférieure à trois fois le diamètre de l'alésage. Des filetages plus longs peuvent nécessiter des outils spéciaux, augmenter considérablement le temps de taraudage et il existe un risque de rupture du taraud. Si le robinet est cassé, nous devons le traiter avec EDM ou refaire les pièces.
8. éviter les pièces à géométrie large et complexe - -Réduire les coûts d'usinage CNC
Les caractéristiques d'une pièce, y compris la taille et la complexité, ont un impact important sur les coûts d'usinage CNC. Il va sans dire que des pièces plus grandes consommeront plus de matière et de temps d'usinage. Pour les pièces très complexes, plusieurs processus peuvent être nécessaires pendant le processus d'usinage, peut-être en procédant sur plusieurs machines, ce qui nécessite plus de programmation, de montages et de coûts de configuration. Par exemple, une pièce de la figure ci-dessous doit être traitée sur plusieurs surfaces au cours du processus de fabrication. En 2019, DDPROTOTYPE a cité 159 $ pour cette pièce.
9. Évitez de concevoir des parois minces
Bien que l'usinage CNC puisse usiner des pièces avec des tolérances serrées et des parois minces même inférieures à 1 mm, si vous avez un budget serré, il est recommandé d'augmenter l'épaisseur de paroi. Les pièces aux parois trop fines (généralement définies comme inférieures à 0.794 mm (1/32 pouce)) se déforment facilement lors de l'usinage CNC et peuvent également provoquer des vibrations de l'outil, ce qui rend difficile le maintien des tolérances. La bonne façon d'usiner des parois minces est de réduire la quantité d'avance, ce qui prend beaucoup de temps d'usinage. Par conséquent, la conception de parois plus épaisses peut aider à accélérer les délais de traitement et à réduire les coûts. DDPROTOTYPE recommande une épaisseur de paroi minimale de 0.8 mm pour les pièces métalliques et de 1.5 mm pour les pièces en plastique. Si vous fabriquez des pièces avec des épaisseurs de paroi plus petites, vous pouvez essayer la fabrication de tôlerie.
10. Évitez les bords intérieurs coupants
L'usinage d'un angle intérieur parfait de 90° est difficile car les outils usinés CNC tels que les fraises en bout ou les fraises sont cylindriques et peuvent automatiquement laisser des coins intérieurs arrondis lors de l'usinage. Si vous vous en tenez à cette conception, la meilleure façon d'y parvenir est d'utiliser l'usinage EDM, qui est un processus d'usinage plus coûteux et prendra plus de temps à usiner. Si des coins intérieurs pointus ne sont pas nécessaires, une conception conventionnelle est que le rayon du coin intérieur soit au moins 1/3 de la profondeur de la cavité. Les rayons de coin intérieur plus petits nécessitent des outils plus petits, mais les petits outils ne peuvent pas enlever de grandes quantités de matière en une seule fois, et les avances sont extrêmement petites pour éviter la casse de l'outil, ce qui augmente le temps d'usinage. Aussi, si possible, essayez de garder les coins intérieurs du même rayon. Cela permet de réduire la fréquence des changements d'outils.
11. Évitez les caries profondes
L'usinage CNC de pièces avec des cavités profondes prend du temps et coûte cher car l'outil est susceptible de se casser pendant le processus de fabrication de cavités profondes. La longueur de coupe des outils CNC est limitée et fonctionne sans problème lors de la coupe de cavités deux à trois fois plus profondes que leur diamètre. Par exemple, une fraise d'un diamètre de 15 mm peut facilement découper une cavité jusqu'à une profondeur de 30 mm. DDPROTOTYPE recommande que la longueur de la cavité ne dépasse pas 4 fois le diamètre de son outil selon la pratique. Sinon, des outils spéciaux ou des machines CNC 5 axes sont nécessaires. Pour les cavités plus profondes, des équipements d'usinage supplémentaires tels que l'EDM, le brochage, etc. peuvent être nécessaires pour faciliter le traitement, ce qui augmente le coût d'usinage.
12. Évitez de concevoir des fonctionnalités avec des rapports d'aspect élevés
Lors de l'usinage CNC de pièces à rapport d'aspect élevé, les vibrations de l'outil sont susceptibles de se produire et il est difficile de maintenir des tolérances strictes. Selon les expériences de DDPROTOTYPE, le rapport d'aspect doit être inférieur à 4, ce qui peut réduire efficacement le coût de l'usinage CNC.
13. Divisez les parties complexes
Dans certains cas, si une pièce complexe est découpée en plusieurs parties puis boulonnée ou soudée entre elles, la fonction mécanique de l'assemblage peut également être remplie, nous le recommanderons. Cela réduira les coûts par rapport à l'usinage individuel d'une grande pièce super complexe.
Surtout pour les pièces avec des cavités profondes ou des pièces qui doivent être usinées sur plusieurs côtés, leur usinage peut prendre du temps et peut nécessiter des montages personnalisés ou des machines CNC à 5 axes.
14. Assurez-vous que la conception est précise
Les dessins CAO inachevés ou inexacts entraîneront un traitement secondaire des pièces, voire une mise au rebut, et devront être refaits. Cela ajoute du temps de traitement supplémentaire, ce qui est très frustrant. Consulter un machiniste ou un fabricant expérimenté pendant la phase de conception peut vous faire économiser beaucoup de temps et d'argent à long terme.
Résumer. Meilleures pratiques pour réduire les coûts CNC
Dans l'ensemble, gardez vos pièces simples et évitez la complexité.
Dans le cas contraire, outillages ou montages spéciaux, plusieurs configurations de machines sont nécessaires, notamment pour les pièces aux géométries très complexes dans des matériaux spéciaux, ce qui implique des temps d'usinage plus longs.
Ainsi, afin de réduire le coût de l'usinage CNC, une fois la conception terminée, posez-vous les questions suivantes :
La conception a-t-elle été optimisée avec des directives de faisabilité de processus ?
Toutes les caractéristiques de la conception sont-elles absolument nécessaires ?
La fonction de conception peut-elle être simplifiée ?
Peut-il être divisé en plusieurs parties plus faciles à usiner puis assemblées ?
La conception est-elle ré-optimisée pour éliminer le besoin de plusieurs machines pour assister l'usinage ou l'outillage spécial pour répondre aux exigences ?
Existe-t-il des matériaux moins chers ou plus faciles à traiter qui peuvent répondre à mes besoins ?
Dans cet article, nous mettons en évidence les techniques de conception à application universelle pour réduire le coût de l'usinage CNC. Bien sûr, pour différents projets et différentes solutions, vous pouvez envoyer vos fichiers 3D à DDPROTOTYPE, optimiser vos conceptions gratuitement et fournir des suggestions constructives.