Le guide complet des pièces usinées

Les pièces usinées sont partout, et il est facile de comprendre pourquoi :l'usinage CNC convient à une gamme de métaux et de plastiques, et les pièces usinées peuvent être fabriquées rapidement et à moindre coût, sans aucun outillage nécessaire.

Avec 3ERP, vous pouvez obtenir des pièces usinées et des prototypes à des prix équitables avec des délais courts, et nous avons l'expérience de travailler avec des clients de divers secteurs. Mais pourquoi opter pour des pièces usinées plutôt que des pièces moulées ou imprimées en 3D ? Parfois, le choix est évident, mais parfois, il est plus difficile de décider. Et comment concevez-vous réellement des pièces pour l'usinage, en interne ou sous-traitées à un fabricant ?

Ce guide passe en revue les bases des pièces usinées :ce qu'elles sont, pourquoi les entreprises en ont besoin, les meilleurs matériaux d'usinage, les tolérances typiques pour les pièces usinées, comment concevoir des pièces usinées, et plus encore.

Que sont les pièces usinées ?

Les pièces usinées sont partout. Des minuscules attaches métalliques aux composants de moteurs d'avions, toutes sortes de pièces ont été fabriquées à l'aide du processus d'usinage. Mais qu'est-ce que l'usinage, et qu'est-ce donc qu'une pièce usinée ?

Lorsque nous parlons de pièces usinées, nous entendons quelque chose de plus spécifique que des objets construits à l'aide de machines. Nous entendons spécifiquement les pièces fabriquées à l'aide de coupe machines telles que moulins , tours , et routeurs . Ces machines fonctionnent toutes de manière différente, mais leur objectif fondamental est le même :utiliser un outil de coupe tranchant. , ils coupent des sections d'un bloc de matériau connu sous le nom de pièce.

Même au sein de cette définition, les pièces usinées peuvent être formées de différentes manières. Le processus d'usinage peut être manuel , dans lequel un machiniste (un opérateur professionnel qualifié d'équipement d'usinage) manipule une machine comme un moulin pour couper manuellement la pièce à usiner dans la forme souhaitée. Ou il peut être numérique , auquel cas une machine CNC motorisée coupe automatiquement les pièces usinées selon les instructions de l'ordinateur.

De nos jours, la plupart des pièces usinées complexes ou personnalisées sont fabriquées avec des machines CNC, mais les machinistes effectuent toujours un usinage manuel pour certains travaux, car cela peut être plus rapide que de créer une conception numérique et de programmer les machines numériques.

Les pièces usinées peuvent être en métal ou en plastique (parfois d'autres matériaux aussi), mais elles doivent être fabriquées à partir d'un matériau qui peut être coupé sans se déformer de manière drastique.

Parfois, les pièces sont usinées après avoir été construites avec un autre procédé de fabrication. Par exemple, les articles coulés ou moulés peuvent avoir certains détails ou caractéristiques usinés à un stade ultérieur. Celles-ci peuvent être décrites comme des pièces partiellement usinées ou des pièces post-usinées.

Pourquoi utiliser des pièces usinées ?

Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles les entreprises, les concepteurs de produits, les départements R&D et d'autres professionnels peuvent utiliser des pièces usinées, et de nombreux avantages spécifiques des pièces usinées sont décrits dans la section suivante.

En bref, les pièces usinées ont une excellente résistance, car elles sont construites à partir de blocs de matériaux solides, et elles peuvent être fabriquées dans une large gamme de formes et d'épaisseurs. Ils peuvent avoir des caractéristiques très détaillées et peuvent être fabriqués à partir d'une très large gamme de matériaux. De petites quantités de pièces usinées peuvent être fabriquées rapidement, car elles ne nécessitent pas d'outillage, et les tolérances peuvent être très serrées si les vitesses d'usinage sont réduites.

Les entreprises peuvent également utiliser des pièces usinées, car l'usinage est une technique de fabrication éprouvée qui est une norme de l'industrie depuis des décennies. Les pièces usinées sont donc susceptibles de répondre aux normes et certifications spécifiques à l'industrie.

Avantages des pièces usinées

Les pièces usinées offrent certains avantages qui peuvent ne pas être possibles avec, par exemple, des pièces moulées par injection ou des pièces imprimées en 3D. Certains des principaux avantages des pièces usinées sont répertoriés ici.

1. Pas de MOQ

L'un des principaux avantages des pièces usinées est la possibilité de les acheter sans quantité minimum de commande.

Pour les pièces moulées, il est nécessaire de fabriquer des outils métalliques, un processus qui prend beaucoup de temps et coûte généralement des dizaines de milliers de dollars. Cependant, les pièces usinées sont découpées directement à partir d'une pièce brute, ce qui permet de commander de très petites quantités ou même des pièces uniques à moindre coût.

Bien sûr, exiger une très grande quantité de pièces (en plastique) pourrait signifier que le moulage est une meilleure proposition. Mais l'usinage est pratiquement unique en ce qu'il offre des pièces de haute qualité sans MOQ, ce qui le rend adapté aux petites entreprises, aux petites séries et au prototypage.

2. Bons prototypes

Certaines entreprises choisissent de commander des prototypes moulés par injection, mais seules les grandes entreprises peuvent généralement se le permettre. Le coût de l'outillage peut rendre le prototypage prohibitif.

Les pièces usinées sont adaptées et abordables en tant que prototypes car elles peuvent être fabriquées à l'unité. L'usinage est également beaucoup plus rapide que le moulage, ce qui signifie que les départements R&D peuvent rapidement itérer plusieurs versions d'une pièce, puis la soumettre à tous les tests ou évaluations nécessaires avant de passer à la production.

La polyvalence des matériaux d'usinage signifie également que les entreprises peuvent, par exemple, commander des pièces usinées dans plusieurs alliages métalliques ou plastiques composites différents pour voir lequel fonctionne le mieux dans des conditions de test.

3. Liberté de conception

Les pièces usinées peuvent avoir une grande variété de formes et de tailles. En effet, l'usinage CNC n'est pas soumis à des contraintes de conception de moulage extrêmes telles que les parois minces et la conicité; les pièces usinées peuvent être épaisses et robustes, mais leurs caractéristiques peuvent aussi être fines et détaillées.

Bien que les pièces usinées aient certaines limites en ce qui concerne, par exemple, les sections internes et les canaux profonds, l'usinage représente toujours l'un des processus de fabrication les plus flexibles sur le plan géométrique.

Les pièces moulées, en revanche, doivent avoir des parois minces et se conformer généralement à des critères de conception plus stricts.

Même l'impression 3D, généralement considérée comme l'une des meilleures techniques de fabrication en termes de liberté de conception, a des limites telles que l'évitement des porte-à-faux. (Et des structures de support étendues peuvent être nécessaires pour des conceptions plus complexes et tentaculaires, qui doivent être supprimées avec des étapes de post-traitement coûteuses.)

4. Qualité

Les pièces usinées peuvent être fabriquées selon des normes très élevées. Peut-être plus important encore, les clients peuvent spécifier les tolérances qui doivent être respectées par le machiniste. Cela signifie que le machiniste ou l'opérateur de la machine peut consacrer plus de temps aux pièces à tolérances serrées et aux caractéristiques individuelles.

Bien que les moules à injection puissent également être fabriqués avec des tolérances serrées, chaque moulage individuel ne peut pas être tenu à un niveau aussi élevé. Les moulages produits vers la fin de la durée de vie du moule peuvent ne pas avoir la définition des unités précédentes.

5. Délais

Les pièces usinées peuvent être fabriquées plus rapidement que les pièces fabriquées via d'autres processus de production comme le moulage.

Cela est dû en partie à l'absence d'outillage à forte intensité de main-d'œuvre, mais le processus de fabrication lui-même est également très efficace :certains des centres d'usinage les plus rapides équipés de rails de guidage linéaires ont des cadences rapides d'environ 4 000 cm par minute (bien que les pièces ne devraient pas être réellement usiné à ces vitesses).

La nature de l'usinage en une seule étape et la vitesse des centres d'usinage CNC se combinent pour faire des pièces usinées parmi les plus rapides à fabriquer (en faibles volumes), réduisant les délais d'exécution pour une mise sur le marché plus courte et un prototypage rapide pratique.

6. Modifications

Étant donné que les pièces usinées CNC sont fabriquées à partir d'un fichier CAO numérique, il est possible d'apporter des modifications à cette conception numérique jusqu'au moment de la fabrication.

Ceci est utile pendant la R&D et le prototypage, lorsque les ingénieurs peuvent souhaiter apporter des ajustements fractionnaires à la pièce usinée ou créer plusieurs versions. Cela réduit également la possibilité de gaspillage, car les pièces défectueuses sont moins susceptibles d'être fabriquées.

Il s'agit d'un avantage significatif pour les pièces usinées par rapport aux pièces moulées :l'outillage ne peut pas être changé facilement, et ce serait un énorme gaspillage d'argent que de créer un nouveau moule si une modification de dernière minute s'avérait nécessaire.

7. Force

Les pièces usinées sont découpées à partir de pièces solides appelées ébauches, qui ont généralement été coulées ou extrudées. Cela les rend très solides par rapport, par exemple, aux pièces imprimées en 3D, qui peuvent être beaucoup plus faibles le long d'un axe où une couche est construite sur la suivante.

De nombreuses pièces usinées sont également plus solides que leurs équivalents moulés, car les pièces moulées doivent avoir des parois minces et sont donc limitées en termes de performances mécaniques.

8. Finition de surface

Les pièces usinées évitent les problèmes de qualité de surface associés au moulage tels que les lignes d'écoulement, les jets et les bavures au niveau de la ligne de séparation. Avec une quantité modérée de post-traitement, les pièces usinées peuvent atteindre un niveau très élevé en termes de finition de surface.

L'usinage donne également une finition de surface bien supérieure à l'impression 3D, avant même qu'aucun post-traitement n'ait été effectué. L'impression 3D, en particulier l'impression FDM, peut laisser des lignes de couche visibles sur la surface de la pièce qui doivent être lissées par ponçage ou traitement chimique. Les pièces usinées n'ont pas ces lignes de calque.

Comment concevoir des pièces usinées

Il est toujours préférable d'employer la conception pour la fabrication (DfM ) principes :concevoir des pièces en fonction du procédé de fabrication qui sera utilisé. Les pièces destinées à l'usinage doivent être conçues différemment, par exemple, des pièces destinées à l'impression 3D.

Heureusement, les pièces usinées ne sont pas particulièrement difficiles à concevoir, tant que certaines règles sont respectées. Ces règles sont décrites ci-dessous.

Coupes

Les contre-dépouilles sont des coupes dans la pièce qui ne peuvent pas être exécutées à l'aide d'outils de coupe standard (parce qu'une section de la pièce l'obstrue). Ils nécessitent des outils de coupe spéciaux - ceux en forme de T, par exemple - et des considérations de conception spéciales.

Étant donné que les outils de coupe sont fabriqués dans des tailles standard, les dimensions de contre-dépouille doivent être en millimètres entiers pour correspondre à l'outil. (Pour les coupes standard, cela n'a pas d'importance, car l'outil peut se déplacer d'avant en arrière par petits incréments.)

La largeur de contre-dépouille peut aller de 3 à 40 mm, selon l'outil de coupe, avec une profondeur de contre-dépouille jusqu'à deux fois la largeur.

Si les contre-dépouilles peuvent être complètement évitées, les pièces usinées peuvent être fabriquées beaucoup plus rapidement et avec moins d'effort.

Épaisseur de paroi

Contrairement aux pièces moulées, qui se déforment si les parois sont trop épaisses, les pièces usinées ne supportent pas les parois particulièrement fines. Les concepteurs doivent éviter les parois minces ou utiliser un processus comme le moulage par injection si les parois minces font partie intégrante de la conception.

Lors de l'usinage, les épaisseurs de paroi doivent être au minimum de 0,8 mm (métal) ou 1,5 mm (plastique).

Saillies

Comme pour les parois minces, les sections saillantes hautes sont difficiles à usiner, car les vibrations de l'outil de coupe peuvent endommager la section ou entraîner une précision moindre.

Un élément en saillie ne doit pas avoir une hauteur supérieure à quatre fois sa largeur.

Cavités, trous et filetages

Lors de la conception de pièces usinées, il est important de se rappeler que les trous et les cavités dépendent des outils de coupe.

Les cavités et les poches peuvent être usinées dans une pièce à une profondeur de quatre fois la largeur de la cavité. Les cavités plus profondes se retrouveront nécessairement avec des congés - arrondis plutôt que des bords tranchants - en raison du diamètre d'outil de coupe requis.

Les trous, qui sont faits avec des forets, doivent également avoir une profondeur ne dépassant pas quatre fois la largeur du foret. Et les diamètres des trous doivent, dans la mesure du possible, correspondre aux tailles de forets standard.

Les filetages, utilisés pour incorporer des éléments de fixation tels que des vis, n'ont pas besoin d'être plus profonds que trois fois le diamètre.

Échelle

Les pièces usinées CNC sont de taille limitée car elles sont fabriquées dans l'enveloppe de construction de la machine. Les pièces fraisées ne doivent pas mesurer plus de 400 x 250 x 150 mm ; les pièces tournées ne doivent pas mesurer plus de Ø 500 mm x 1000 mm.

Des dimensions plus importantes sont possibles avec des machines plus grandes, mais cela doit être discuté avec le machiniste avant la fabrication.

Matériaux des pièces usinées

Les pièces usinées peuvent être fabriquées à partir de nombreux matériaux différents, y compris les métaux et les plastiques.

Cependant, certains matériaux sont plus faciles à usiner que d'autres. Les matériaux très durs sont difficiles à pénétrer avec un outil de coupe et peuvent faire vibrer davantage l'outil (ce qui réduit la qualité). Les matériaux très mous et les matériaux à très bas point de fusion peuvent se déformer au contact de l'outil de coupe.

Les matériaux de pièces usinées les plus courants sont répertoriés ci-dessous. D'autres matériaux peuvent également être usinés sur demande auprès du fabricant.

Métal  : Aluminium, Acier, Acier Inoxydable (17-4, Inconel 625 &718), Magnésium, Titane, Zinc, Laiton, Bronze, Cuivre.

Plastique : ABS, PC, ABS+PC, PP, PS, POM, PMMA (Acrylique), PAGF30, PCGF30, Teflon, DHPE, HDPE, PPS, PEEK. (Moins courants :PA GF50, PPS GF50.)

Finitions de surface des pièces usinées

Les pièces usinées peuvent être traitées après usinage afin de modifier leur texture et leur aspect de surface. Les finitions peuvent être fonctionnelles ou cosmétiques.

Comme usiné  : Aucune finition de surface ajoutée. Cela convient à de nombreux composants fonctionnels internes non esthétiques.

Grenaillé  : Le processus de grenaillage consiste à tirer un média abrasif sur la pièce usinée, lui donnant un aspect mat. Le processus peut être ajusté pour donner un niveau spécifique de rugosité. Il peut ne pas convenir aux détails fins, car le grenaillage enlève de la matière et affecte donc la géométrie des pièces usinées.

Anodisé  : Le processus de passivation électrolytique de l'anodisation convient aux pièces usinées en aluminium, créant un revêtement coloré résistant aux rayures. L'anodisation de type II crée une finition résistante à la corrosion; Le type III est plus épais et crée une résistance à l'usure en plus de la résistance à la corrosion.

Enduit de poudre  : Pendant le processus de revêtement en poudre, de la peinture en poudre (de la couleur au choix du concepteur) est pulvérisée sur la pièce usinée, qui est ensuite cuite dans un four. Cela crée une couche solide, résistante à l'usure et à la corrosion qui est plus durable que les revêtements de peinture standard.

Tolérances des pièces usinées

Les pièces usinées peuvent être fabriquées avec des tolérances serrées, ce qui peut être nécessaire pour les pièces mécaniques critiques qui interagissent avec d'autres composants. Des tolérances plus lâches peuvent être choisies pour les prototypes et les pièces non mécaniques.

			Norme de tolérance
Levier de tolérance			Plage de dimensions globale
Spécifications	<<3,>0.5	<<6,>3	<<30,>6	<<120,>30	<<400,>120	<<1000,>400	<<2000, >1000
F	±0.05	±0.05	±0.1	±0.15	±0.2	±0.3	±0.5
M	±0.1	±0.1	±0.2	±0.3	±0.5	±0.8	±1.2
C	±0.2	±0.3	±0.5	±0.8	±1.2	±2	±3
V	–	±0.5	±1	±1.5	±2.5	±4	±6

Applications des pièces usinées

Les pièces usinées sont utilisées dans pratiquement toutes les industries, de l'aérospatiale à la médecine. Certaines pièces courantes et indépendantes du secteur sont répertoriées ci-dessous, suivies d'applications dans des industries spécifiques.

Pièces usinées courantes :

• Fixations
• Corps de vanne
• Rotules
• Engrenages
• Arbres
• Logements
• Parenthèses
• Rouleaux

Aéronautique

Les pièces usinables pour l'aérospatiale comprennent les prototypes de composants de moteur, les panneaux de carburant, les composants de train d'atterrissage et les supports de moteur.

Automobile

Les pièces usinées automobiles comprennent des composants de test de fonctionnement tels que l'éclairage, le moteur, les systèmes de transmission et de direction, ainsi que des pièces personnalisées uniques.

Médical

Les pièces usinées en titane et en acier inoxydable comprennent les implants, les dispositifs médicaux et les outils chirurgicaux tels que les scalpels.

Produits de consommation

Les pièces usinées se trouvent dans les articles ménagers et les appareils électroménagers. Les équipements sportifs peuvent également être usinés CNC, tandis que de nombreux composants métalliques et plastiques usinés se retrouvent dans l'électronique grand public. Les éléments tels que les boîtiers d'ordinateurs portables, les connecteurs et les prises peuvent tous être usinés.

Comment externaliser les pièces usinées

Les entreprises de quincaillerie, grandes et petites, sous-traitent souvent leurs besoins d'usinage CNC à un spécialiste. Même pour les prototypes, il est souvent judicieux de faire appel à une entreprise d'usinage CNC tierce plutôt qu'à une solution interne, en raison de l'espace de l'usine et des compétences humaines requises pour faire fonctionner l'équipement d'usinage.

Choisir un fabricant pour fabriquer des pièces usinées peut sembler décourageant, mais se concentrer sur les facteurs et pratiques suivants peut simplifier les choses.

• Certifications  :Les certifications ISO en particulier sont une bonne ligne directrice pour identifier les entreprises d'usinage compétentes, bien qu'elles ne vous informent pas de l'étendue des capacités d'une entreprise.
• Bouche à oreille  :Discutez avec d'autres entreprises de quincaillerie qui ont engagé des fabricants dans la région et découvrez leurs expériences d'externalisation de pièces usinées.
• Demander des informations :Une fois que vous avez établi un contact avec une entreprise, continuez à poser des questions jusqu'à ce que vous soyez convaincu qu'elle sait comment exécuter votre projet. S'ils ne peuvent pas vous donner une réponse claire, ils ne sont probablement pas un partenaire approprié pour l'externalisation.
• Visiter les usines :Si possible, rendez visite à votre partenaire d'externalisation potentiel pour voir comment il usine les pièces. Dans certains cas, il peut être possible d'engager un agent de fabrication pour organiser des visites sur plusieurs sites dans une région donnée.
• RfQ  :Envoyez une RfQ à plusieurs entreprises d'usinage présélectionnées pour avoir une idée de qui peut offrir le meilleur prix.

Lorsqu'il s'agit d'organiser la fabrication des pièces usinées sous-traitées, il peut être utile de suivre les conseils suivants.

• Suivre les directives DfM  :Assurez-vous que la conception de votre pièce numérique respecte les directives d'usinage :pas de parois minces, de trous de profondeur limitée, etc.
• Utilisez des normes universelles  :Soumettez un dessin technique complet avec vos fichiers numériques pour lever toute ambiguïté et utilisez des normes universelles pour éviter les erreurs de communication.
• NDA  :Signez un accord de non-divulgation lorsque vous sous-traitez des pièces usinées. Cela empêche légalement le fabricant de divulguer ou de réutiliser vos conceptions.
• Facteur des délais de livraison  :Les pièces externalisées mettent plus de temps à arriver que les pièces internes. Tenez donc compte des délais d'expédition si vous travaillez dans des délais serrés.
• Préparer le paiement  :Pour les premières commandes, les fabricants exigeront probablement un paiement initial, mais vous pourrez peut-être commander à crédit pour les commandes suivantes.