Coût de l'usinage CNC expliqué : facteurs clés qui façonnent votre budget projet

Les machines CNC ont complètement révolutionné la fabrication, permettant aux concepteurs de produits d'automatiser la fabrication et de produire des pièces usinées de haute qualité. Cependant, de nombreux concepteurs trouvent l'estimation du coût de l'usinage CNC assez difficile. En conséquence, ils sont souvent dépassés quand ils reçoivent les devis des fabricants.

Plusieurs facteurs affectent le coût de votre projet d'usinage CNC, notamment la conception du produit, le choix du matériau, la technologie de fabrication, l'outillage et la finition de surface.

Cet article couvrira tous ces facteurs. À la fin de cette lecture, vous apprendrez comment estimer (et réduire) vos coûts d'usinage CNC et créer les pièces parfaites pour votre projet.

Facteurs affectant les coûts d'usinage CNC

#1 Complexité de la conception

L'usinage CNC est un processus de fabrication soustractif — ce qui signifie qu'il utilise des outils de coupe pour enlever des portions de matériau d'une pièce brute jusqu'à ce que la pièce désirée soit formée. De ce mode de fonctionnement résultent certaines restrictions de conception en usinage CNC.

Par exemple, les coins verticaux internes des pièces usinées CNC auront toujours un rayon, quelle que soit la taille de votre outil de coupe. De plus, les outils de coupe CNC accèdent généralement à la pièce par la surface supérieure, rendant difficile (et coûteux) la fabrication de certaines caractéristiques ou pièces.

Plus votre conception de produit est complexe, plus il faut de temps pour usiner votre pièce, résultant en des coûts d'usinage plus élevés. Par conséquent, pour simplifier votre conception et réduire vos coûts de fabrication, vous devriez optimiser votre design en implémentant les conseils suivants :

• Ajoutez un rayon sur les arêtes internes pour tenir compte de la forme cylindrique de l'outil de coupe CNC. Le rayon devrait être d'au moins un tiers de la profondeur de la cavité et être le même pour toutes les arêtes internes pour gagner du temps et éliminer le besoin d'outillage additionnel.

Figure 1 : Rayon sur les arêtes internes

• Utilisez des dégagements (undercuts) quand vous devez créer un bord interne à 90° car réduire la taille de la fraise à bout ne fera pas le travail.

Figure 2 : Pour fabriquer un bord interne à 90°, réduire le rayon de la fraise ne fonctionne pas. Créez plutôt un dégagement avec un rayon d'au moins trois fois la profondeur de la cavité.

• Limitez la profondeur des cavités à quatre fois leur longueur (ou largeur). Les cavités avec un ratio profondeur/largeur plus petit nécessitent des fraises à bout spéciales, augmentant les coûts.

Figure 3 : Limiter la profondeur des cavités

• Concevez les dégagements avec une profondeur d'environ deux fois leur largeur et suffisamment de dégagement pour permettre l'accès de l'outil de coupe. En règle générale, le dégagement devrait être d'au moins quatre fois la profondeur du dégagement, surtout si vous utiliserez un outil de coupe en T.

Figure 4 : Les dégagements nécessitent un outillage et un ratio profondeur/largeur spécifiques pour réduire les coûts

Figure 5 : Ajouter du dégagement aux dégagements quand vous prévoyez d'utiliser l'outil de coupe en T

• Minimisez le nombre d'orientations d'usinage en gardant les caractéristiques sur un côté de la pièce, sauf si c'est absolument nécessaire. Par exemple, vous devrez configurer une fraiseuse CNC 3 axes deux fois pour créer le produit montré ci-dessous.

Figure 6 : Minimiser le nombre d'orientations d'usinage

#2 Main-d'œuvre

Le processus de développement de produit utilisant des machines CNC implique plusieurs étapes. Par exemple, vous devez d'abord créer un fichier CAO 3D avant de le convertir en programme informatique que la machine CNC utilise pour automatiser la fabrication.

Comme ces processus s'ajoutent aux coûts de main-d'œuvre, vous pouvez réduire les coûts en effectuant vous-même certaines de ces étapes plutôt qu'en externalisant. Par exemple, vous pouvez créer le fichier CAO 3D de votre produit avant d'externaliser la revue et la production à un ingénieur de fabrication.

Vos coûts de fabrication dépendent aussi du nombre de pièces (ou unités) que vous produisez, avec un plus grand nombre entraînant des coûts plus élevés. Cependant, vous pouvez vous attendre à un coût par pièce plus bas pour la production en série comparé à la production en petite quantité.

#3 Choix du matériau d'ingénierie

Le matériau que vous choisissez pour votre produit est un énorme déterminant des coûts d'usinage CNC. Comme l'usinage CNC est un processus soustractif, il a tendance à utiliser plus de matériau que les processus additifs comme l'impression 3D. Les ateliers CNC achètent généralement ces matériaux en blocs et calculent les prix par bloc.

Les deux types de matériaux couramment utilisés pour les projets d'usinage CNC sont les métaux et les plastiques. Les métaux sont généralement plus chers que les plastiques, donc vous pouvez vous attendre à dépenser plus pour fabriquer des pièces métalliques que plastiques. Le Tableau 1 présente les coûts approximatifs des matériaux pour les projets d'usinage CNC.

#4 Finition de surface

Les pièces usinées CNC sortent généralement de la chaîne de production avec une finition de surface impressionnante (voir Figure 7).

Figure 7 : La finition de surface brute d'une pièce usinée CNC

Les machinistes ne vous factureront pas de frais supplémentaires pour créer ces pièces brutes d'usinage. Cependant, vous devriez vous attendre à un devis plus élevé si votre produit nécessite des opérations de post-traitement supplémentaires (comme l'anodisation, le polissage et le revêtement par poudre).

Figure 8 : Pièces usinées CNC avec finition anodisée

L'externalisation peut aider à réduire les coûts de fabrication

De nombreux concepteurs de produits et propriétaires d'entreprises de premier ordre réduisent les coûts d'usinage en externalisant leurs projets vers des ateliers CNC en Chine. Par exemple, disons que vous cherchez à fabriquer une pièce complexe en utilisant des machines CNC multi-axes. Dans ce scénario, vous pouvez vous attendre à payer aussi bas que 40 $ par heure en Chine, tandis que les fabricants européens (ou américains) pourraient facturer jusqu'à 120 $ par heure.

Cependant, ce n'est pas parce que les prix sont plus avantageux en Asie qu'il faut se lancer avec n'importe quel fabricant chinois. Au contraire, vous devez choisir un fabricant avec des technologies CNC de pointe et des ingénieurs, techniciens et experts en contrôle qualité (QC) hautement qualifiés.

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