Stratégies de réduction des coûts dans l'usinage CNC moderne

Dans le secteur manufacturier, l’usinage CNC est très apprécié pour sa précision et sa rapidité. Cependant, ce processus peut être coûteux. Les fabricants sont constamment à la recherche de méthodes permettant de réduire le coût de l’usinage CNC tout en maintenant une production de haute qualité.

Cet article partage quelques stratégies efficaces pour réduire les coûts des services CNC. Avec quelques changements intelligents, les entreprises peuvent économiser de l'argent tout en fournissant des articles de qualité supérieure.

Économie unitaire et production en vrac

Dans l'usinage CNC, le concept « plus c'est moins » s'applique. Plus vous fabriquez de produits, moins ils coûtent cher. L'usinage CNC devient rentable lorsque la production atteint des centaines ou des milliers.

La première raison est la réduction du coût des matières premières lorsque vous achetez en gros. Selon une estimation, l'achat de matériaux pour plus de 1 000 pièces peut réduire le prix unitaire de cinq à dix fois. L’autre raison est la cohérence des processus. Que 10, 50 ou 100 unités soient produites, la conception CAO, les outils et la configuration de la machine restent les mêmes tout au long de la production. Enfin, la production en vrac peut être facilement automatisée puisque le début, la fin et la série d’étapes intermédiaires sont les mêmes.

En revanche, si vous passez à la production unitaire, vous devrez reconcevoir, réinitialiser et reprogrammer la machine à chaque fois qu'un produit est fabriqué.

Simplification géométrique pour l'efficacité opérationnelle

Des géométries complexes, souvent inutiles, compliquent et prolongent le processus d'usinage. Si nous apportions de simples modifications de conception à la géométrie, cela pourrait réduire considérablement le temps de production et donc réduire les coûts.

Par exemple, au lieu de créer des arêtes vives dans les cavités, concevez des arêtes avec un rayon. Les embouts d'outils CNC sont de nature cylindrique. Ils font toujours des bords radiaux. Même le rayon des coins compte : un rayon faible signifie qu'un outil de plus petit diamètre doit être utilisé et qu'il faudra plusieurs passes pour enlever le matériau.

Pour obtenir des arêtes vives, il faut passer à un processus plus coûteux, l'usinage par électroérosion (EDM). Une alternative citée par les machinistes, surtout lorsqu'il faut insérer une forme rectangulaire dans la cavité, consiste à réaliser des contre-dépouilles autour des coins (voir la figure). Ce type de conception est appelé os de chien bidirectionnel.

De même, des filetages plus profonds (1,5 fois le diamètre) n’améliorent plus la résistance des joints. Il est donc conseillé de ne pas augmenter la profondeur du filetage car cela nécessiterait un outillage spécial, ce qui représente un coût inutile.

Il en va de même pour les cavités profondes, vous devez les limiter. Avec des outils ordinaires, vous créez facilement une profondeur de 2 à 3 fois le diamètre. Mais les cavités profondes nécessiteront des outils et des accessoires spéciaux et, dans certains cas complexes, des systèmes CNC multi-axes.

Lors de la conception de trous, assurez-vous de choisir les tailles standard car leurs outils sont moins chers et facilement disponibles. Les tailles des trous doivent être en fractions de pouce (1/8", 1/4) ou entières au cas où vous suivez la norme millimétrique.

Enfin, augmenter l’épaisseur des parois fines peut réduire le temps d’usinage. Pour les pièces métalliques, les parois doivent avoir une épaisseur supérieure à 0,8 mm et pour les pièces en plastique, l'épaisseur minimale doit être supérieure à 1,5 mm.

Économie des matériaux dans les opérations CNC

Le choix du matériau compte également. À moins que des exigences de conception ou de structure ne s’interposent, vous devez opter pour des alternatives de matériaux moins chères et facilement usinables. Si nous parlons de matériaux moins chers, l’aluminium 6061 est actuellement l’option la moins chère pour réaliser des prototypes. De plus, il est également simple à usiner.

Le laiton et l’acier sont plus faciles à usiner que l’aluminium mais coûteux. Ils sont donc idéalement recommandés pour la production en vrac. La raison derrière cette préférence réside dans les économies d’échelle. Malgré le coût plus élevé des matériaux, les temps d'usinage plus courts associés à ces matériaux peuvent compenser la dépense initiale, en particulier dans les séries de production à grande échelle.

Les plastiques (ABS, nylon, Delrin) sont également disponibles au même prix que l'aluminium mais sont difficiles à usiner. Ils doivent donc être évités pour les besoins de production en masse. En bref, pour des besoins ponctuels, choisissez des matériaux moins chers tandis que pour une production en série, choisissez des matériaux (souples) faciles à usiner.

L’achat de matériaux en gros peut également contribuer à réduire le coût global de l’usinage CNC. Si vous achetez plusieurs tonnes de matériel, vous économiserez probablement beaucoup d’argent.

Analyse de tolérance de précision pour la gestion des coûts

Dans les pratiques courantes d'usinage CNC, si une tolérance spécifique n'est pas définie dans le dessin technique, les pièces sont usinées en utilisant la tolérance standard, autour de ± 0,125 mm ou mieux. Cette précision est suffisante pour la plupart des fonctionnalités non critiques et contribue à maintenir les coûts de production à un niveau inférieur.

Des tolérances serrées, bien que nécessaires pour certaines caractéristiques critiques, augmentent considérablement le coût d’usinage. La précision requise pour ces tolérances exige plus de temps, de compétences et d'équipements plus sophistiqués, ce qui contribue à des coûts de production plus élevés.

Pour optimiser la rentabilité des opérations d'usinage, spécifiez uniquement des tolérances plus strictes pour les fonctionnalités qui les nécessitent réellement. Par exemple, les caractéristiques qui ne sont pas essentielles au fonctionnement ou à l'ajustement de la pièce ne doivent pas être soumises à des tolérances strictes.

Optimisation du processus de finition : équilibrer qualité et coût

Les finitions finales s'additionnent et augmentent les coûts d'usinage CNC. Une façon de réduire ce phénomène consiste à choisir les bons matériaux. Par exemple, certains matériaux, comme l’aluminium, sont hautement usinables et nécessitent moins de polissage de surface. Si vos exigences de conception le permettent, passer à ces modèles pourrait s’avérer très rentable, en particulier lorsqu’une production en vrac est impliquée.

Dans les cas où les finitions telles que usinées sont suffisantes, utilisez-les. Les finitions telles qu'usinées sont souvent de haute qualité et peuvent répondre aux exigences de nombreuses applications sans nécessiter de traitement supplémentaire.

Cependant, il existe des cas où il est impossible de renoncer à la finition. Ces traitements comprennent un film chimique, un sablage aux billes, un électropolissage et une anodisation.

Conclusion

Le coût de l’usinage CNC peut être élevé en raison de plusieurs facteurs. Les exigences de conception complexes, les tolérances de précision et le type de matériau utilisé contribuent aux dépenses globales. Cependant, en adoptant quelques stratégies simples, vous pouvez largement contrôler ce coût.

Par exemple, le passage à la production en vrac pourrait aider. De même, l'élimination des éléments de conception inutiles tels que les arêtes vives, les poches profondes et les trous non standard peut rendre le processus d'usinage simple et rentable. Enfin, le bon choix de matériaux peut également aider. Utilisez des matériaux moins chers et plus faciles à usiner.