Ingénierie de précision CNC : tolérances serrées et finition de surface supérieure

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Publié le 12 mars 2019 | Par Candy, Chef de projet WayKen

La majorité des industries CNC modernes repose sur des pièces usinées aux tolérances les plus serrées, avec une finition de surface miroir et une fiabilité élevée. Tout cela rend les produits modernes robustes, efficaces et compétitifs. Tout cela fait avancer le progrès industriel. Cependant, ces pièces ne se fabriquent pas toutes seules. Nous devons remercier l'ingénierie de précision CNC pour toutes les pièces de haute qualité qui nous permettent de conduire des voitures, de voler vers d'autres continents et de lire ce texte ici. La fabrication de pièces précises est une tâche ardue qui implique plusieurs étapes dans les industries de prototypage.

Développement de la conception de pièces précises

Il y a une lutte constante entre les concepteurs et les ingénieurs mécaniques concernant la précision des pièces développées. Les concepteurs abordent les problèmes sous un angle théorique et aimeraient idéalement que chaque pièce de la machine ait une précision parfaite, aussi proche que possible d'une géométrie idéale. Cependant, si nous fabriquions les choses comme le souhaitent les concepteurs, tout coûterait une somme insurmontable avec peu d'efficacité supplémentaire. La même chose pourrait être dite de la complexité géométrique.

Par conséquent, les ingénieurs de fabrication et les concepteurs se battent. Il y a même une blague : la pièce idéale pour l'ingénieur de fabrication est une bûche, alors que le concepteur veut créer un avion. Le résultat est un produit qui se vante de surfaces hautement précises plutôt que de pièces hautement précises. Cette lutte élimine les caractéristiques économiquement inefficaces et réduit le coût du produit tout en maintenant ses performances excellentes.

Détermination des principales tâches technologiques

Maintenant que nous avons établi que les pièces de haute précision sont en réalité des pièces avec des surfaces ou groupes de surfaces de haute précision, il devient évident que le processus de fabrication peut être divisé en deux étapes. La première étape consiste à fabriquer la pièce requise de qualité standard en laissant un excédent de matière sur les surfaces nécessitant la plus grande précision.

La deuxième étape traite uniquement de l'obtention de la précision requise et des exigences de performance (dureté du matériau, résistance à la traction, paramètres de finition de surface supplémentaires). Chaque pièce pose une tâche individuelle distincte avec sa propre combinaison de propriétés et avant de concevoir le processus de fabrication, il est vital de considérer comment ces tâches peuvent être abordées. Si la pièce a beaucoup de surfaces précises avec différents grades IT, la deuxième étape du processus de fabrication peut être subdivisée en groupes IT.

Stratégie d'ingénierie CNC

L'usinage de précision CNC est principalement réalisé par des procédés abrasifs car ils donnent les meilleurs résultats. Il y a une dureté minimale que le matériau doit avoir pour être rectifié efficacement, donc les pièces sont généralement traitées thermiquement à un certain degré. Cependant, la majorité de ces pièces nécessitent un durcissement complexe en plusieurs étapes, donc la vraie préoccupation est de savoir comment restaurer les surfaces de référence après le traitement.

En dehors de cela, les spécialistes de l'ingénierie de précision CNC chez WayKen ont développé différentes stratégies pour fabriquer différentes caractéristiques de pièces : trous profonds et étroits précis, plans très réguliers et lisses, ou groupes de surfaces nécessitant un positionnement précis les unes par rapport aux autres.

Par exemple, cette dernière tâche peut être réalisée en usinant les deux surfaces en un seul montage ou en fixant la pièce par une surface tout en usinant l'autre.

Comment satisfaire aux exigences de performance

Beaucoup de pièces de haute qualité ont des exigences spécifiques. Par exemple, les engrenages doivent avoir des surfaces très dures tout en conservant un cœur tendre. Cela se fait par trempe de surface. D'autres pièces nécessitent l'utilisation de carbone ou d'azote en conjonction avec un traitement thermique pour atteindre la dureté requise. Certaines pièces doivent être revêtues et la couche de revêtement est si fine qu'elle est administrée par ions ou atomes séparés. Toutes ces méthodes sont complexes, nécessitent leurs propres paramètres pour chaque matériau et chaque caractéristique de dureté ou de revêtement.

Comment résoudre cela ? Imaginez que vous avez un arbre spécialisé nécessitant une nitrocarburation. Vous ne l'avez jamais fait et investir dans cette méthode est chronophage et assez inutile car il se peut que vous ne l'utilisiez plus après le lot. J'ai rencontré deux solutions. Vous sous-traitez. Il y a peut-être une machine ou un atelier de prototypage qui peut faire ces opérations pour vous.

Le coût par pièce sera plus élevé mais en réalité, vous économiserez sur les investissements et l'embauche de personnel. L'autre option est de parler au concepteur et de le persuader de passer à un matériau plus cher qui n'exigerait pas un traitement aussi complexe. L'usinabilité globale du matériau peut être moindre mais il est possible que vous économisiez quand même de l'argent en évitant l'adoption d'une technologie jusqu'alors inconnue.

Mesure de haute précision et contrôle qualité

L'une des tâches les plus importantes en ingénierie de précision CNC est de trouver des moyens de vérifier si la pièce créée a la qualité requise. Ce n'est pas une tâche triviale car les pièces d'usinage CNC de haute précision ont souvent une tolérance plus serrée que la majorité des équipements de mesure. Quelles sont les recommandations possibles ?

1. Éviter d'utiliser des dispositifs de fixation autant que possible. Chaque élément du système de mesure apporte des erreurs supplémentaires, mieux vaut les éviter. Les mesures de haute précision modernes sont effectuées avec la pièce posée sur une plaque de pierre très plane (si possible).
2. La mesure optique est une bonne option. La majorité des outils de mesure reposent sur le contact physique pour mesurer la tolérance ou la finition de surface. Cependant, les pièces de contact s'usent et perdent en précision. Les outils de mesure optique ne s'usent pas et, en plus, aucun agent indésirable n'interfère quand l'outil et la pièce se touchent.
3. S'il n'y a aucun moyen de déterminer la précision de la pièce, testez-la. C'est le seul moyen de réellement déterminer si les qualifications de performance de la pièce sont suffisantes. Vous pouvez aussi mesurer les exigences de la pièce de manière détournée. Par exemple, les arbres à haut régime comme ceux utilisés dans les outils de rectification et les équipements de mélange médicaux exigent un IT4 ou moins de faux-rond radial, pratiquement impossible à mesurer. On les installe simplement dans des paliers à foil d'air et on les teste. Si la température de fonctionnement de l'arbre reste dans les limites, cela signifie que le faux-rond est assez faible.

WayKen - Votre partenaire de confiance en ingénierie de précision CNC

Chez WayKen, nous sommes toujours dédiés à devenir un producteur leader de services d'usinage de précision dans les industries de fabrication rapide, couvrant le prototypage CNC de précision, l'outillage de précision et les pièces en aluminium de précision, etc. Nous possédons des machines CNC 5 axes avancées avec une technologie de pointe, ce qui nous permet de concentrer nos efforts sur la production de pièces de précision supérieures pour tous les clients du monde, avec le plus haut niveau de qualité et une livraison dans les délais, quelle que soit la complexité.