Considérations clés pour la fabrication de gabarits et de fixations

Les gabarits sont des outils qui maintiennent un outil de fabrication en place pendant qu'il effectue une tâche répétitive comme le perçage ou le taraudage de trous. Les montages, d'autre part, ne guident pas un outil de fabrication mais maintiennent une pièce stable dans une position, une orientation ou un emplacement fixe. Un étau standard est un exemple courant de luminaire domestique.

Mis à part les différences, les gabarits et les fixations sont des outils qui font une grande différence. Ils augmentent la productivité, améliorent la répétabilité des pièces, facilitent l'assemblage et le démontage des pièces et contribuent même à créer un environnement de travail sûr. Presque tous les processus de fabrication industrielle automatisés reposent sur des gabarits et des montages pour construire de manière cohérente des pièces qui fonctionnent correctement. Les ingénieurs peuvent s'assurer que leurs gabarits et fixations sont solides et bien conçus en gardant ces considérations clés à l'esprit.

Les bases de la conception de gabarits et de fixations

La clé de la fabrication de gabarits et de montages commence par comprendre le fonctionnement des degrés de liberté. Tout objet dans l'espace a six degrés de liberté - haut/bas, gauche/droite, avant/arrière et la possibilité de pivoter autour de 3 axes (X, Y et Z). Une fixation correctement conçue doit restreindre ces libertés autant que possible pour maintenir la pièce verrouillée en position, mais pas au point de trop contraindre la pièce.

La surcontrainte se produit lorsque des forces redondantes essaient de faire le même travail et finissent par travailler de manière contre-productive. Une chaise à quatre pieds en est un excellent exemple - le quatrième pied est mécaniquement inutile et provoquera un balancement si la chaise est sur une surface inégale. Au mieux, des forces surcontraintes n'auront aucun effet sur les fixations, mais dans le pire des cas, cela entraînera une mauvaise qualité des pièces et un risque accru pour l'opérateur.

Il est essentiel pour les ingénieurs d'être précis en matière de libertés. Une conception de fixation moins contrainte convient mieux aux pièces telles que les pièces moulées qui présentent un peu plus de variations, tandis qu'une conception de fixation plus contrainte convient mieux aux pièces usinées CNC ou moulées par injection avec des surfaces plus précises.

Une conception de gabarit et de montage réussie tient compte de la façon dont l'outil fonctionnera ainsi que de la sensation qu'il aura à utiliser l'outil. Chaque application sera différente, mais les ingénieurs doivent toujours intégrer une conception centrée sur l'humain dans leurs plans. Commencez par ces calculs de conception de gabarit fixe et de fixation :

1. Dans la mesure du possible, concevez des gabarits et des fixations pour une utilisation d'une seule main. De cette façon, les opérateurs peuvent utiliser une main pour tenir le dispositif et l'autre pour positionner ou stabiliser la pièce.
2. Concevez un gabarit ou un montage qui n'a pas besoin d'assistance humaine pour maintenir une pièce pendant les opérations secondaires.
3. Optez pour des géométries qui rendent évidentes les erreurs d'alignement. Cela peut réduire les blessures au travail.
4. Considérez comment le gabarit ou le dispositif s'intégrera dans le flux de travail de production global.
5. Essayez de créer un design qui utilise le moins d'étapes. Cela réduit les temps de cycle et réduit au minimum les mouvements répétitifs fatigants.

Les gabarits et les fixations peuvent être fabriqués à l'aide de l'usinage CNC et de l'impression 3D, mais en général, l'impression 3D offre un certain nombre d'avantages. Dans ce cas, la fabrication additive est largement moins chère et plus rapide que l'usinage CNC. De plus, seule l'impression 3D offre aux ingénieurs la possibilité de réoptimiser fréquemment la conception.

Meilleures pratiques de fabrication pour les gabarits et les fixations

Les gabarits et les montages peuvent être construits à l'aide de matériaux métalliques ou plastiques, mais le plastique a tendance à être plus abordable et peut souvent répondre à toutes les exigences de performance. La modélisation industrielle par dépôt de fusion (FDM), HP Multi Jet Fusion et Carbon Digital Light Synthesis (DLS) donnent d'excellents résultats, mais la stéréolithographie (SLA) et le frittage sélectif par laser (SLS) peuvent également être de bonnes options. Pour un moulage par injection rapide, les thermoplastiques de qualité technique peuvent facilement produire des pièces isotropes en gros volumes.

Pour des gabarits et des fixations durables et performants, gardez à l'esprit ces bonnes pratiques de fabrication :

1. Les gabarits et fixations d'impression 3D permettent aux équipes de produits d'augmenter la complexité de conception sans augmenter le coût des pièces. Il incombera donc aux concepteurs de tirer parti de ce principe lors de la phase de conception. Réfléchissez aux fonctionnalités supplémentaires qui peuvent être créées pour améliorer les performances de la pièce.
2. Vérifiez la précision dimensionnelle de l'appareil à l'aide d'outils de métrologie et intégrez des éléments de référence dans la conception pour faciliter l'inspection et la vérification.
3. Utilisez des nervures et des congés pour augmenter la rigidité.
4. Utilisez des inserts filetés en métal pour augmenter la durabilité.
5. Évitez le gauchissement causé par les résines SLA en desserrant les boulons et en soulageant les forces de serrage une fois les opérations secondaires terminées.
6. Utilisez des ressorts pour faciliter l'éjection.
7. En cas de fabrication par usinage CNC, tenez compte des débris dans le plan de conception. Par exemple, les ingénieurs peuvent laisser un espace dans le gabarit pour permettre aux bavures de se former sans interférer avec l'outil. Minimisez les petits espaces, rainures ou poches où les copeaux peuvent se développer en coins.

Après la fabrication du gabarit ou de la fixation, sa forme et sa fonction doivent être validées. Les ingénieurs doivent comparer l'outil terminé avec le modèle CAO d'origine pour s'assurer qu'il est dimensionnellement correct. Une fixation bien conçue soutiendra la pièce et la maintiendra en place, une fois le serrage appliqué, sans aucune inclinaison, flexion ou déplacement.

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Les gabarits et les montages sont des composants essentiels de tout projet de fabrication. Ils augmentent la productivité, accélèrent les délais de production et permettent la production de meilleures pièces. En tant que tel, il est essentiel que les ingénieurs fassent tout leur possible pour rendre leurs gabarits et leurs montages aussi fonctionnels que possible. Un partenaire de fabrication expérimenté peut vous aider.

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