Optimiser l'usinage CNC : solutions de conception et fabrication pour angles intérieurs vifs

Avec la sélection des matériaux, la conception est l'un des facteurs les plus critiques pour déterminer la qualité et la fonctionnalité d'une pièce finale. Quelle que soit la méthode de fabrication choisie, les équipes produit devraient adhérer aux principes de conception pour la fabricabilité (DFM) pendant les phases de conception et de prototypage de tout projet. Cependant, de nombreuses équipes produit trouvent le DFM particulièrement difficile lors de la conception de pièces pour l'usinage CNC.

Bien que l'usinage CNC soit excellent pour produire des pièces avec des tolérances serrées, il est coûteux de réaliser des caractéristiques internes vives, en particulier les angles droits. Les fraises CNC sont rondes, donc si un ingénieur essaie d'usiner un angle de 90° avec une fraise ronde, celle-ci ne pourra jamais couper un angle droit. La géométrie de coin inaccessible laissée derrière est appelée un rayon de coin intérieur. Les rayons de coins intérieurs affectent directement l'usinabilité d'une pièce, et peuvent également impacter le coût et les délais de production.

Heureusement, les concepteurs et équipes produit peuvent contourner ce problème avec quelques solutions de conception efficaces pour éviter les caractéristiques internes vives. Si des caractéristiques internes vives sont strictement nécessaires, il existe un certain nombre de solutions de fabrication qui peuvent être employées. Voici ce que les équipes produit doivent savoir.

Comment éviter les angles intérieurs vifs

La meilleure option pour un concepteur est d'éviter complètement les angles intérieurs vifs et d'inclure des rayons sur tous les bords intérieurs. Les mécaniciens utiliseront une fraise en bout avec un rayon légèrement inférieur au rayon ajouté au bord. Par exemple, si le rayon d'une pièce est de 0,25", alors une fraise en bout de 6 mm ou 7/32" devrait être utilisée. Cela garantit que la machine peut fonctionner à une vitesse raisonnable sans induire de contrainte sur l'outil.

Une autre option est d'utiliser des rayons de coin non standards. L'ajout d'au moins 0,02" à 0,05" aux rayons de coins intérieurs donne à la fraise en bout assez d'espace pour tourner légèrement dans le coin sans s'arrêter complètement.

De plus, les concepteurs peuvent adoucir les rayons de coins intérieurs en créant une trajectoire d'outil arrondie avec un outil plus grand. Un outillage plus grand crée des rayons de coins intérieurs plus larges et réduit l'engagement de l'outil, ce qui diminue le temps d'usinage, réduit les coûts et crée une finition de surface plus lisse. Un rayon d'outil de 150 % est adéquat, mais 200 % est généralement considéré comme idéal.

Solutions d'usinabilité pour les angles vifs

Si une équipe produit utilise une conception qui nécessite des angles intérieurs vifs, elle a encore quelques solutions à sa disposition. Certaines équipes choisissent de laisser les rayons de coins intérieurs intacts, mais de réduire leur taille en utilisant une fraise avec un diamètre plus petit. C'est une approche rapide et relativement peu coûteuse qui ne rend pas la conception originale plus difficile à usiner. Il convient de noter, cependant, que cette approche n'est pas adaptée aux matériaux CNC plus épais.

La méthode la plus courante pour accommoder les angles vifs est d'utiliser un chanfrein de type « dog-bone » ou « t-bone ». Ces chanfreins sont des types de détrompeurs qui étendent la forme du coin au-delà de la zone de coupe pour que la fraise puisse soit faire une rotation complète et quitter le coin, créant un angle de 90°, soit reculer légèrement pour créer un angle vif en suivant la trajectoire d'outil. Comme leurs noms l'indiquent, les chanfreins dog-bone ressemblent à des jouets à mâcher et les chanfreins t-bone ressemblent à la lettre « T », avec des bords arrondis.

Les chanfreins dog-bone et t-bone ne sont pas difficiles à incorporer dans les conceptions CNC et n'augmentent pas intrinsèquement les coûts d'usinage CNC. Cependant, les concepteurs doivent se souvenir de rendre le point d'entrée pour le chanfrein dog-bone de 15 % à 20 % plus grand que le diamètre de la fraise.

Si la conception ne peut pas accommoder un chanfrein dog-bone, la façon la plus simple d'inclure des angles intérieurs vifs est de les équerrez manuellement en utilisant une scie à main, un ciseau standard ou un ciseau d'angle. Les broches, les raboteuses et les outils d'électroérosion peuvent également créer des angles vifs, mais ils ont tendance à être des solutions moins rentables.

Vous pouvez également obtenir des angles droits en utilisant l'électroérosion à fil. Techniquement, vous ne pourrez pas obtenir un angle véritablement carré — il restera un minuscule rayon de 0,005"-0,006" laissé par le fil — mais de nombreuses équipes produit trouvent un rayon aussi petit acceptable. L'usinage autour des angles vifs avec l'électroérosion à fil peut fournir une coupe très précise et une excellente finition de surface. Cependant, il est important de noter que les machines à électroérosion à fil sont très lentes, surtout comparées aux outils de coupe CNC.

Concevoir pour l'usinabilité avec Fast Radius

Pour de nombreuses équipes produit, concevoir une pièce propre et fonctionnelle est facile — c'est la conception pour la fabricabilité — et l'usinabilité spécifiquement — qui est plus difficile. Optimiser une conception pour la fabricabilité demande de la pratique, de l'expérience et beaucoup d'expertise technique. Comment les équipes produit peuvent-elles être sûres que leur conception aboutira à une pièce fonctionnelle et belle qui ne fera pas grimper les coûts d'usinage CNC ?

La conception pour l'usinabilité devient beaucoup plus facile avec l'aide d'un partenaire de fabrication expérimenté comme Fast Radius. Nous disposons des dernières technologies de conception numérique, et notre équipe d'experts en conception et d'ingénieurs peut aider les équipes produit de toutes tailles à optimiser leur pièce. Contactez-nous aujourd'hui — faisons de nouvelles choses possibles.

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