Optimisation de l'usinage CNC :conception de processus et de fixations pour les composants à parois minces

La conception de processus et de montages pour l'usinage de composants à paroi mince dans les opérations CNC nécessite une planification minutieuse pour éviter la déformation, maintenir la précision et garantir l'efficacité. Ces composants sont largement utilisés dans les industries aérospatiale, automobile et électronique. Cependant, leur faible rigidité et leurs parois minces les rendent sujets à la déformation, à l'écaillage de surface et aux marques de vibration.

Si la conception du processus ou des accessoires est inadéquate, une production par lots continue et stable ne peut pas être obtenue, même si les charges de coupe sont réduites et le temps d'usinage est prolongé. Cet article partage des solutions de processus et de montage pour une véritable étude de cas d'usinage à parois minces, fournissant des informations pratiques.

Les défis liés à l'usinage de pièces à parois minces

Les assemblages à parois minces, tels que les boîtiers de drones et les boîtiers électroniques, ont généralement des épaisseurs de paroi inférieures à 2 mm. Ils réduisent le poids et améliorent la gestion thermique des produits finis. Cependant, leur manque de rigidité structurelle lors de l'usinage CNC entraîne souvent une instabilité des dimensions d'assemblage, un mauvais état de surface et une déformation locale ou globale.

Déformation après usinage

Les pièces à paroi mince sont susceptibles de se plier sous la pression de l'outil ou sous la force de serrage. Même de petites forces de coupe peuvent déformer les zones non supportées, provoquant une flexion des parois et une déviation de l'outil pendant l'usinage. Le risque est particulièrement élevé lors du traitement de détails proches de bords fins ou de cavités creuses.

Marques de broutage en surface

En raison de leur faible masse et de leur rigidité, les composants à parois minces vibrent facilement lors d'un usinage à grande vitesse. Cela peut entraîner des marques de broutage sur la surface, une usure accélérée des outils et une mauvaise précision dimensionnelle.

Cas pratique : Boîtier en alliage d'aluminium pour cigarette électronique

Ici, nous examinons l'usinage d'un boîtier de cigarette électronique en alliage d'aluminium, expliquant comment les parois fines et les tolérances serrées affectent la production.

Spécifications du produit

• Matériau :AL6063-T6
• Dimensions :92,8 × 40,8 × 22,8 mm
• Épaisseur de paroi : 0,9 à 1,5 mm
• Volumes de production : 1 000 pièces

Exigence d'usinage

• Le jeu d'assemblage est ≤0,1 mm entre les surfaces bleu foncé avant/arrière et les autres composants.
• Les rainures d'encliquetage en forme de T sur les parois intérieures doivent réussir un test de chute de 3 mètres sans se détacher après l'assemblage.
• La surface nécessite un sablage au grain 200 suivi d'une anodisation, sans aucune marque d'outil ni modèle de vibration autorisé sur les zones visibles.

Défis de traitement

• La section de mur de 0,9 à 1,2 mm constitue la zone d'assemblage avec d'autres composants structurels. Ainsi, en cas de déformation, il est difficile de maintenir le jeu d'assemblage requis de 0,1 mm.
• La zone périphérique est une surface visible de catégorie A qui doit être exempte de défauts, mais la structure creuse globale manque de rigidité, en particulier dans la section centrale, où des problèmes de déflexion et de vibration de l'outil de coupe sont très susceptibles de se produire.
• La faible rigidité des parois affecte également la cohérence dimensionnelle de l'encliquetage, ce qui peut compromettre les performances des tests de chute.

Problèmes avec la solution d'usinage conventionnelle

Le flan utilise un matériau profilé, avec une surépaisseur d'usinage égale ajoutée aux surfaces murales qui doivent être traitées. Une table rotative 3+2 axes est d'abord utilisée pour usiner les structures avant et environnantes. Une fois la pièce découpée, une CNC à 3 axes est utilisée pour traiter la structure inversée.

L’avantage de cette solution est son processus « court », car il ne nécessite que deux étapes. Cependant, ses inconvénients et ses limites sont également clairs :

Limitations de l'approche

• Bien que la table rotative 3+2 à cinq axes offre une capacité d'usinage multi-surfaces, elle ne peut usiner qu'un seul produit à la fois.
• Dans la plupart des ateliers d'usinage, le nombre de machines à 5 axes est bien inférieur à celui des machines à 3 axes. Par conséquent, la disponibilité limitée de machines à 5 axes pour les opérations par lots rend difficile l'augmentation de la capacité de production.
• De plus, tous les défis d'usinage des pièces à paroi mince, mentionnés précédemment, se posent toujours dans cette approche. Sans qualité, la capacité de livraison ne peut être garantie.

Solution d'usinage optimisée

1. Séquence d'usinage optimisée

La séquence d'usinage est ajustée à :

• CNC1 (3 axes pour structure avant)
• CNC2 (4 axes pour structure latérale)
• CNC3 (3 axes pour structure inversée)

2. Renforcer le vide

Trois nervures de renfort sont ajoutées à l'intérieur de la cavité creuse de l'ébauche, formant une structure de connexion de type pont pour fournir un support solide lors de l'usinage externe.

3. Trou de fixation pré-percé

Pour fournir une position de tension du tirant pour le montage du cylindre, un trou en forme de gourde est pré-percé au centre de l'ébauche, ce qui améliore également le niveau d'automatisation des opérations de levage du montage.

4. Séparation sécurisée des pièces

Une fois que CNC3 a terminé l'usinage du côté inverse, la surface marquée en rouge du luminaire fournit des points de positionnement et de support vers l'intérieur répartis autour de la circonférence.

Lorsque la pièce doit être séparée de l'ébauche, deux cylindres fonctionnent :l'un maintient la zone de rebut tandis que l'autre soutient la pièce finie. Cela garantit que la pièce finie ne bouge pas et que l'outil n'est pas endommagé par les débris lors de la séparation.

5. Améliorer l'efficacité de la production

Les opérations d'usinage initialement réalisées sur la machine 3+2 à cinq axes sont désormais réparties entre CNC1 (trois axes) et CNC2 (quatre axes). Cela améliore considérablement la capacité de livraison de petits lots, la production quotidienne atteignant 300 % du niveau précédent.

Les composants structurels à parois minces sont difficiles à traiter en raison de leur faible rigidité et de leur faible sensibilité aux vibrations. Avec des géométries diverses, chaque pièce nécessite souvent une approche personnalisée.

En intégrant l'optimisation des profils, la planification des processus et la conception des fixations, cet article présente une solution pratique qui garantit à la fois la qualité de l'usinage et une livraison fiable en petits lots.

WayKen propose des services d'usinage CNC pour les composants métalliques et plastiques, y compris les structures à parois minces. Grâce à des équipements avancés, des processus optimisés et un contrôle qualité strict, notre équipe garantit précision et cohérence, aidant ainsi les clients à passer en douceur du prototypage à la production en petits lots avec des résultats fiables.