Comment les tolérances CNC serrées influencent la conception et la production

La tolérance est une mesure admissible pour les écarts des dimensions des pièces en fonction de leur forme, de leur ajustement et de leur fonction. C'est le terme utilisé pour définir l'exactitude de la mesure d'un composant. Il définit le degré de variation ou d'écart autorisé sur la mesure de base, notamment en ce qui concerne la dimension des pièces usinées CNC.

Pour atténuer ces écarts, l'usinage CNC utilise des tolérances standard. Sauf indication contraire de la part du concepteur, les tolérances pour les pièces en plastique sont de +/-.010'' et de +/-.005'' pour les pièces métalliques. Néanmoins, plus la précision de la pièce requise est élevée, plus sa tolérance est stricte (telle que +/-.0004″).

Une question récurrente est de savoir si des tolérances plus strictes sur les pièces CNC affectent la production et la conception des pièces. La réponse est un oui catégorique ! La plus grande influence sur la conception et la production pourrait provenir de tolérances strictes.

Des tolérances plus strictes entraînent des coûts de production plus élevés

Les niveaux de tolérance affectent le temps d’exécution de l’usinage et les outils pour influencer ses coûts. Voici pourquoi ? Des tolérances plus strictes conduisent souvent plus facilement à une augmentation des rebuts, à l'utilisation d'outils de mesure spéciaux et de fixations supplémentaires. L'offre de tolérances plus strictes pourrait également ralentir le rythme d'usinage, augmentant ainsi les temps de cycle de production.

Ainsi, en fonction du niveau de tolérance requis et de sa géométrie, rechercher des tolérances de pièce plus strictes pourrait doubler le coût de conception et de production par rapport à l'obtention de niveaux de tolérance standard.

Trois façons dont des tolérances plus strictes augmentent les coûts

Des tolérances plus strictes pour la fabrication des pièces pourraient augmenter le coût de production de trois manières principales. Ils comprennent :

1. Utilisation d'outils spécialisés et coûteux

Lorsqu'un outillage spécialisé est nécessaire pour obtenir la tolérance et la précision requises, l'obtention de cet outillage augmenterait le coût de production.

2. Effectuer des tests coûteux

Une inspection approfondie est nécessaire pour les pièces CNC avec des tolérances serrées. Que les tests soient effectués par des humains ou contrôlés automatiquement, cela nécessite plus de temps et de travail. Parfois, en raison de tolérances serrées, chaque composant doit être inspecté et toute pièce non conforme aux spécifications doit être rejetée, même si elle serait autrement utilisable. Par conséquent, ce taux élevé de tri et de rejet influence également le prix des pièces, les rendant plus élevés.

3. Processus supplémentaires

Les tolérances plus strictes des pièces CNC nécessitent souvent davantage de processus, d'équipements et d'outils, ce qui augmente les coûts de production. Par exemple, lorsqu'il s'agit de la finition de surface nécessaire au métal, les processus secondaires tels que le ponçage, l'affûtage et l'affinage sont coûteux et ne doivent être effectués que lorsque cela est nécessaire.

Des tolérances plus strictes nécessitent une modification du processus de fabrication

Si vous sélectionnez des tolérances plus strictes que les normes de l'industrie, le processus de fabrication optimal de vos pièces CNC peut changer. La raison en est que le choix du processus de production peut avoir un impact sur des tolérances plus strictes.

Par exemple, un trou peut être usiné avec un jeu de tolérances à l'aide d'une fraiseuse verticale et un autre jeu de tolérances lors de l'alésage du même trou à l'aide d'un tour, ce qui augmente les délais. En outre, les tolérances fondamentales sur les machines CNC avec différents nombres d'axes peuvent différer.

De plus, les types de pièces qu'une machine CNC peut traiter dépendent de sa tolérance. Dans certaines circonstances, la pièce nécessitera des opérations supplémentaires avant de pouvoir atteindre une tolérance serrée. Si vous souhaitez des finitions petites ou extrêmement fines sur vos produits, vous devrez peut-être leur faire subir plusieurs opérations d'usinage distinctes. Des procédures d'usinage distinctes produisent également des rugosités ou des caractéristiques de surface variables. Un meulage ou un rodage peut être nécessaire pour répondre à des normes de tolérance encore plus strictes.

L'étanchéité de la tolérance dépend du matériau

La complexité de fabrication d'un produit en utilisant une tolérance particulière peut varier considérablement en fonction du matériau. En raison de la flexion du matériau lors de la découpe, il est généralement difficile de conserver une tolérance définie pour les matériaux plus souples tels que les thermodurcissables et les thermoplastiques.

Le degré de tolérance atteint avec un matériau donné peut dépendre de ses qualités. Parmi ces caractéristiques figurent :

Stabilité thermique :Les non-métaux tels que les plastiques rencontrent généralement des problèmes de stabilité thermique. Ces matériaux se déforment lors de l'usinage CNC à mesure que la chaleur s'accumule, affectant la tolérance de la pièce.

Abrasivité :Pour certains matériaux d'usinage CNC à haute teneur en carbone, comme l'acier au carbone et le titane, leur nature abrasive rend difficile l'obtention d'une tolérance spécifique tout en maintenant la précision. Cette difficulté est principalement due au nombre de changements d'outils nécessaires.

Dureté :Comparés aux matériaux plus mous, les matériaux plus durs comme l'aluminium, l'acier inoxydable, le laiton et le cuivre sont plus simples à traiter selon des tolérances précises. La raison en est que lorsque la machine-outil entre en contact avec des matériaux plus mous, il est plus facile de modifier les dimensions. Par conséquent, le fraisage de matériaux plus délicats demande de la patience.

Complexité et conception des pièces

La conception des pièces CNC est l’élément le plus crucial dans le contrôle de tolérances serrées. Effectuer des ajustements pendant la phase de conception produira non seulement des tolérances strictes et cohérentes, mais améliorera également la qualité, augmentera la satisfaction des clients et réduira les dépenses.

Le contrôle des tolérances peut être affecté par la géométrie de la pièce, les dimensions globales et les spécifications d'épaisseur de paroi. Les taux de retrait variés que les murs épais peuvent subir à l'intérieur de leurs sections épaisses rendent difficile le maintien de tolérances précises en raison du retrait variable au sein des différentes sections.

Inspection des pièces à impact avec des tolérances plus strictes

Il est difficile et plus long de vérifier des tolérances plus strictes. La raison en est qu’un meilleur équipement de mesure et de meilleures techniques d’inspection sont nécessaires. De plus, les coûts de production des pièces augmenteront en conséquence.

Par exemple, les vibrations provoquées par le fraisage peuvent entraîner des marques de broutage. Bien qu'il soit possible d'inspecter ces marques visuellement, cela nécessite des outils d'inspection sophistiqués pour obtenir des données précises telles que la profondeur et la longueur des marques. Ces marques peuvent être perturbatrices, provoquant du bruit et des vibrations dans l'assemblage (en particulier lorsqu'il s'agit de tolérances plus strictes).

Choisissez seulement si nécessaire

De nombreuses personnes ont tendance à être trop précises lors de la sélection d’une tolérance. La sélection d'une tolérance de 0,001 mm au lieu de 0,01 mm peut entraîner une augmentation de prix de deux à trois fois. Des tolérances plus strictes nécessitent une fabrication plus méticuleuse et des tests supplémentaires pour garantir la précision des pièces.

Des tolérances plus strictes sont nécessaires dans certaines situations. Cependant, les tolérances des pièces doivent principalement être déterminées par la manière dont elles fonctionnent ensemble, leurs utilisations, la manière dont elles sont fabriquées et la sensibilité des caractéristiques aux variations.