6 méthodes éprouvées pour le prototypage de pièces

Publié le 12 avril 2019 | Par Judy, Chef de projet WayKen

Une démonstration vaut mieux que des mots, l'expérience est la voie royale. Bien que sauter l'étape de prototypage pendant le processus de conception puisse faire gagner du temps, il est probable d'en perdre davantage pendant la phase de développement. Si les gens ont l'habitude d'essayer un pantalon avant de l'acheter, et de faire un essai routier avant d'acheter une voiture, il serait judicieux de tester votre conception avec des pièces prototypes avant la phase de développement.

Usinage CNC pour pièces prototypes

Il n'y a pas de réponse unique sur la façon de fabriquer un prototype et quel processus utiliser. Ce qui suit décrit un processus principalement utilisé pour traiter les prototypes dans le domaine du prototypage rapide : l'usinage CNC. Il diffère de l'impression 3D, car c'est un procédé de fabrication soustractive. Habituellement, le fournisseur reçoit un projet et passe par les étapes suivantes.

1. Analyser les dessins de fabrication et déterminer le processus

Selon les dessins de fabrication fournis par le client, le personnel peut analyser la forme, la précision dimensionnelle, la rugosité de surface, le matériau de la pièce, le type de brut et l'état de traitement thermique. Puis sélectionner la machine-outil, l'outil, déterminer le dispositif de positionnement et de serrage, la méthode de fabrication, la séquence de fabrication et les paramètres de coupe.

Lors de la détermination du processus d'usinage, il faut tenir pleinement compte de la fonction d'instruction de la machine-outil CNC utilisée, et exploiter pleinement l'efficacité de la machine-outil pour obtenir un parcours de fabrication raisonnable, un nombre minimal de passages et un temps de fabrication court.

2. Calculer raisonnablement les valeurs de coordonnées de la trajectoire d'outil

Selon les dimensions géométriques des pièces usinées et le système de coordonnées programmé, on calcule la trajectoire de mouvement du centre de l'outil pour obtenir toutes les données de position de l'outil. Généralement, le système de commande numérique dispose des fonctions d'interpolation linéaire et circulaire. Pour le traitement de contours de formes planes simples (comme des pièces composées de lignes droites et d'arcs de cercle), il suffit de calculer le point de départ, le point d'arrivée, et le centre du cercle (ou le rayon de l'arc), l'intersection de deux éléments géométriques, ou la valeur de coordonnée du point de tangence.

Si le système CNC n'a pas de fonction de compensation d'outil, on calcule la valeur de coordonnée de la trajectoire de mouvement du centre de l'outil. Pour les pièces aux formes complexes (comme celles composées de courbes non circulaires et de surfaces courbes), des segments de droite (ou d'arc) sont nécessaires pour approximer la courbe ou la surface réelle, et les coordonnées des nœuds sont calculées selon la précision d'usinage requise.

3. Écrire le programme d'usinage CNC de la pièce

Selon la trajectoire d'outil de la pièce, on calcule les données de trajectoire de mouvement de l'outil, les paramètres de processus et les actions auxiliaires. Le programmeur peut programmer les pièces selon les instructions de fonction et le format de bloc spécifiés par le système CNC. Lors de l'écriture, il faut noter : premièrement, la conformité de l'écriture du programme doit être facile à exprimer et communiquer ; deuxièmement, sur la base d'une parfaite connaissance des performances et instructions des machines-outils CNC utilisées, les techniques utilisées dans chaque instruction et les compétences de programmation du segment de programme.

4. Acheter les matériaux

Les matériaux d'usinage généraux sont le métal et le plastique. Le métal est principalement l'aluminium, l'acier inoxydable, la tôle, l'alliage de magnésium, l'alliage de titane, etc. Les matériaux plastiques sont l'ABS, le PMMA, le PC, le PP, le POM, etc.

5. Processus d'usinage CNC

La première étape du montage de la pièce sur la machine est l'ébauche. L'ébauche doit utiliser un outil de plus grand diamètre autant que possible pour enlever rapidement une grande quantité de matière avec un grand volume de coupe dans la limite de la puissance de la machine ou de la tolérance de l'outil. Afin d'empêcher la pièce de se desserrer à cause des vibrations de coupe pendant l'ébauche, il faut la vérifier à temps après l'ouverture et la réaligner si nécessaire.
Pour les pièces avec des cavités complexes, en raison du gros outil utilisé pour l'ébauche, une grande quantité de matière résiduelle reste dans les coins, et il est nécessaire d'effectuer une seconde ébauche ou un débourrage avec un outil plus petit que celui de l'ébauche. Lorsque la zone d'usinage est relativement grande, une semi-finition peut être réalisée pour réduire l'usure de l'outil.
Afin d'éviter le surfaçage, les étapes ci-dessus doivent laisser une marge suffisante pour enfin procéder à la finition. Dans des conditions normales, on essaie de vérifier sur la machine-outil, on retire la pièce après validation, puis on prépare la pièce suivante.

6. Finition

Il existe une variété d'options de finition pour le traitement de surface après l'usinage des pièces CNC, notamment l'ébavurage manuel, le sablage, le polissage, le grenaillage, la peinture, la sérigraphie, le placage, l'oxydation, etc.

Ébavurage : En raison de défauts congénitaux de l'usinage CNC, l'angle de dégagement structurel ne peut pas être complètement atteint. Presque toutes les pièces gravées et fraisées doivent être ébavurées manuellement avec des outils spécifiques, puis la relation d'assemblage est ajustée.

Lissage : C'est une partie du traitement de surface lors de la production de pièces prototypes. Généralement, le prototype doit être poncé après avoir été usiné par la machine CNC, car la surface du prototype aura des bavures, des traces d'outils, etc. Du papier de verre est nécessaire pour le ponçage et il existe différents grains : plus le numéro est petit, plus le grain est gros, plus le numéro est grand, plus le grain est fin.

Polissage : Généralement, le PMMA et le PC doivent être polis pour obtenir un effet transparent ou miroir.

Sablage : Le sablage peut éliminer les bavures sur la surface de la pièce (plus petites), faire former de petits creux à la surface, préparer le traitement de surface ultérieur, former une couche de contrainte en surface et améliorer la résistance à la fatigue de surface.

Peinture : La peinture pulvérisée a un effet protecteur et esthétique. Le fournisseur colore selon le numéro Pantone ou RAL donné par le client.

Sérigraphie : Dans le processus où vous devez imprimer le logo, vous pouvez choisir la couleur.

Placage : C'est un processus de fixation d'un film métallique sur la surface d'un métal ou d'un autre matériau par électrolyse pour prévenir l'oxydation du métal (comme la rouille), améliorer la résistance à l'usure, la conductivité électrique, la réflectivité lumineuse, la résistance à la corrosion (sulfate de cuivre, etc.) et améliorer l'apparence esthétique.

Oxydation : C'est un processus largement utilisé pour surmonter les défauts de dureté et de résistance à l'usure de la surface des alliages d'aluminium, élargir la gamme d'application et prolonger la durée de vie.

Résumé

L'usinage CNC est le procédé le plus largement utilisé pour le prototypage. En tant que fabricant professionnel de prototypes, WayKen excelle dans l'usinage CNC de diverses pièces. Délais courts, tolérances serrées, prix modérés, n'hésitez pas à nous contacter pour toute demande.

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