Comment les tolérances CNC serrées influencent la conception et la production

La tolérance est une étendue admissible pour les écarts des dimensions des pièces basées sur leur forme, ajustement et fonction. C'est le terme utilisé pour définir à quel point la mesure d'un composant doit être exacte. Elle définit la quantité de variation ou d'écart autorisée sur la mesure de base, en particulier en ce qui concerne la dimension des pièces usinées CNC.

Pour atténuer ces écarts, l'usinage CNC utilise des tolérances standard. Sauf indication contraire du concepteur, les tolérances pour les pièces en plastique sont de ±0,25 mm et de ±0,13 mm pour les pièces métalliques. Néanmoins, plus la précision de la pièce requise est élevée, plus sa tolérance est serrée (comme ±0,01 mm).

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

Des tolérances plus serrées entraînent des coûts de production plus élevés

Les niveaux de tolérance affectent le délai d'usinage et les outils pour influencer ses coûts. Voici pourquoi ? Des tolérances plus serrées entraînent souvent une augmentation des rebuts, l'utilisation d'outils de mesure spéciaux et des dispositifs supplémentaires. La demande de tolérances plus serrées pourrait également ralentir le taux d'usinage, augmentant par conséquent les temps de cycle de production.

Ainsi, selon le niveau de tolérance requis et sa géométrie, la recherche de tolérances de pièces plus serrées pourrait doubler le coût de conception et de production par rapport à l'atteinte de niveaux de tolérance standard.

Trois façons dont des tolérances plus strictes augmentent les coûts

Il y a trois façons majeures dont des tolérances plus serrées pour la fabrication de pièces pourraient augmenter le coût de production. Elles incluent :

1. Utilisation d'outillages spécialisés et coûteux

Lorsque des outillages spécialisés sont requis pour atteindre la tolérance et la précision requises, l'obtention de cet outillage augmenterait le coût de production.

2. Réalisation de 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 implique plus de temps et de travail. Parfois, en raison de tolérances serrées, chaque composant doit être inspecté, et toute pièce hors spécification 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

Des tolérances de pièces CNC plus serrées font fréquemment appel à plus de processus, d'équipements et d'outils, ce qui augmente les coûts de production. Par exemple, en ce qui concerne la finition de surface nécessaire pour le métal, des processus secondaires comme le ponçage, le rodage et le raffinage sont coûteux et ne devraient être effectués que lorsque nécessaire.

Des tolérances plus serrées 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 pour vos pièces CNC peut changer. La raison est que la sélection du processus de production peut avoir un impact sur les tolérances plus serrées.

Par exemple, un trou peut être usiné avec un ensemble de tolérances en utilisant une fraiseuse verticale et un autre ensemble de tolérances lors de l'alésage du même trou à l'aide d'un tour, augmentant les délais. De plus, 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 certains cas, la pièce aura besoin d'opérations supplémentaires avant de pouvoir atteindre une tolérance serrée. Si vous voulez des caractéristiques de finition petites ou extrêmement fines sur vos produits, vous devrez peut-être les faire passer par plusieurs opérations d'usinage distinctes. Des procédures d'usinage distinctes produisent également une rugosité de surface ou des caractéristiques variables. Le rodage ou le lapage peut être nécessaire pour répondre à des normes de tolérance encore plus serrées.

La serrage de la tolérance dépend du matériau

La complexité de la fabrication d'un produit en utilisant une tolérance particulière peut varier considérablement selon le matériau. En raison de la flexion du matériau pendant la coupe, maintenir une tolérance définie pour des matériaux plus tendres comme les thermodurcissables et les thermoplastiques est généralement difficile.

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 connaissent généralement des problèmes de stabilité thermique. Ces matériaux se déforment pendant 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 d'atteindre 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 tendres, les plus durs comme l'aluminium, l'acier inoxydable, le laiton et le cuivre sont plus simples à traiter avec des tolérances précises. La raison est que lorsque l'outil de la machine entre en contact avec des matériaux plus tendres, il est plus facile d'altérer la dimension. Par conséquent, le fraisage de matériaux plus délicats nécessite de la patience.

Complexité et conception des pièces

La conception de pièces CNC est l'élément le plus crucial pour contrôler les tolérances serrées. Faire des ajustements pendant la phase de conception ne produira pas seulement des tolérances serrées cohérentes, mais améliorera également la qualité, augmentera la satisfaction du client et réduira les dépenses.

Le contrôle de la tolérance 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 parois épaisses peuvent subir à l'intérieur de leurs sections épaisses rendent difficile le maintien de tolérances précises en raison du retrait variable dans différentes sections.

Les tolérances serrées impactent l'inspection des pièces

Il est difficile et prend plus de temps de vérifier des tolérances plus serrées. La raison est que de meilleurs équipements de mesure et techniques d'inspection sont requis. De plus, les coûts de production des pièces augmenteront en conséquence.

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

Choisir uniquement si nécessaire

De nombreuses personnes penchent pour être trop spécifiques lors de la sélection d'une tolérance. Sélectionner 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 serrées nécessitent une fabrication plus méticuleuse et des tests supplémentaires pour garantir la précision sur l'ensemble des pièces.

Des tolérances plus serrées sont nécessaires dans certaines situations. Cependant, les tolérances des pièces devraient être principalement déterminées par la façon dont elles fonctionnent ensemble, leurs utilisations, comment elles sont fabriquées et la sensibilité des caractéristiques à la variation.