Le guide complet des pièces et composants usinés:

Les pièces usinées sont partout, et il est facile de voir pourquoi: l'usinage CNC convient à une gamme de métaux et de plastiques, et les pièces usinées peuvent être fabriquées rapidement et abordable sans aucun outillage requis.

Avec 3erP, vous pouvez obtenir des pièces et des prototypes usinés à des prix équitables avec des délais courts, et nous avons de l'expérience avec des clients de divers secteurs. Mais pourquoi devriez-vous opter pour des pièces usinées par rapport aux pièces moulées ou imprimées en 3D? Parfois, le choix est évident, mais parfois il est plus difficile de décider. Et comment concevez-vous réellement des pièces pour l'usinage, en interne ou externalisé à un fabricant?

Ce guide passe en revue les bases des pièces usinées: ce qu'elles sont, pourquoi les entreprises en ont besoin, les meilleurs matériaux d'usinage, les tolérances typiques pour les pièces usinées, comment concevoir des pièces usinées, et plus encore.

Que sont les pièces usinées?

Les pièces usinées sont partout. Des minuscules attaches métalliques aux composants du moteur d'avion, toutes sortes de pièces ont été construites en utilisant le processus d'usinage. Mais qu'est-ce que l'usinage exactement et qu'est-ce qui est donc une partie usinée?

Lorsque nous parlons de pièces usinées, nous voulons dire quelque chose de plus spécifique que les objets construits à l'aide de machines. Nous entendons spécifiquement des pièces fabriquées à l'aide de machines de coupe telles que des moulins, des tours et des routeurs. Ces machines fonctionnent toutes de différentes manières, mais leur objectif fondamental est le même: en utilisant un outil de coupe nette, ils ont coupé les sections d'un bloc de matériau connu sous le nom de pièce.

Même dans cette définition, les pièces usinées peuvent être formées de différentes manières. Le processus d'usinage peut être manuel, par lequel un machiniste (un opérateur professionnel qualifié d'équipement d'usinage) gère une machine comme un moulin pour couper manuellement la pièce dans la forme souhaitée. Ou il peut être numérique, auquel cas une machine CNC motorisée coupe automatiquement les pièces usinées en fonction des instructions de l'ordinateur.

De nos jours, les pièces usinées les plus complexes ou personnalisées sont fabriquées avec des machines CNC, mais les machinistes effectuent toujours un usinage manuel pour certains travaux, car il peut être plus rapide que de créer une conception numérique et de programmer les machines numériques.

Les pièces usinées peuvent être en métal ou en plastique (parfois d'autres matériaux aussi), mais elles doivent être fabriquées à partir d'un matériau qui peut être coupé sans déformer considérablement.

Parfois, les pièces sont usinées après avoir été construites avec un autre processus de fabrication. Par exemple, les articles coulés ou moulés peuvent avoir certains détails ou caractéristiques usinés en un stade ultérieur. Ceux-ci peuvent être décrits comme des pièces partiellement usinées ou des pièces post-machine.

Pourquoi utiliser des pièces usinées?

Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles les entreprises, les concepteurs de produits, les services de R&D et d'autres professionnels peuvent utiliser des pièces usinées, et bon nombre des avantages spécifiques des pièces usinées sont décrits dans la section suivante.

En bref, les pièces usinées ont une excellente résistance, car elles sont construites à partir de blocs solides de matériaux, et ils peuvent être transformés en une large gamme de formes et d'épaisseurs. Ils peuvent avoir des fonctionnalités très détaillées et ils peuvent être fabriqués à partir d'une très large gamme de matériaux. De petites quantités de pièces usinées peuvent être faites rapidement, car elles ne nécessitent pas d'outillage, et les tolérances peuvent être très serrées si les vitesses d'usinage sont réduites.

Les entreprises peuvent également utiliser des pièces usinées car l'usinage est une technique de fabrication éprouvée qui est une norme de l'industrie depuis des décennies. Les pièces usinées sont donc susceptibles de respecter les normes et les certifications spécifiques à l'industrie.

Quels sont les avantages des pièces usinées?

Les pièces usinées offrent certains avantages qui peuvent ne pas être possibles avec, par exemple, des pièces moulées par injection ou des pièces imprimées en 3D. Certains des principaux avantages des pièces usinés sont répertoriés ici.

1. Pas de MOQ
L'un des principaux avantages des pièces usinés est la possibilité de les acheter sans quantité de commande minimale.

Pour les pièces moulées, il est nécessaire de fabriquer des outils métalliques - un processus qui prend beaucoup de temps et coûte généralement des dizaines de milliers de dollars. Les pièces usinées, cependant, sont coupées directement dans une pièce vierge, ce qui rend rentable de commander de très petites quantités ou même des pièces ponctuelles.

Bien sûr, nécessiter une très grande quantité de pièces (en plastique) pourrait signifier le moulage est une meilleure proposition. Mais l'usinage est pratiquement unique en offrant des pièces de haute qualité sans MOQ, ce qui le rend adapté aux petites entreprises, aux petits cycles de production et au prototypage.

2. Bons prototypes
Certaines entreprises choisissent de commander des prototypes moulés par injection, mais ce ne sont généralement que les grandes entreprises qui peuvent se permettre de le faire. Le coût de l'outillage peut rendre le prototypage prohibitif.

Les pièces usinées sont adaptées et abordables en tant que prototypes car ils peuvent être fabriqués sous forme d'usine. L'usinage est également beaucoup plus rapide que le moulage, ce qui signifie que les départements de R&D peuvent rapidement répéter plusieurs versions d'une pièce, puis la mettent à travers les tests ou évaluations nécessaires avant de passer à la production.

La polyvalence des matériaux de l'usinage signifie également que les entreprises peuvent, par exemple, commander des pièces usinées dans plusieurs alliages métalliques différents ou plastiques composites pour voir les meilleurs conditions de test.

3. Concevoir la liberté
Les pièces usinées peuvent avoir une grande variété de formes et de tailles. En effet, l'usinage CNC n'est pas soumis à des contraintes de conception de moulage extrêmes comme les murs minces et le rétrécissement; Les pièces usinées peuvent être épaisses et robustes, mais leurs caractéristiques peuvent également être fines et détaillées.

Bien que les pièces usinées aient une certaine limitation en ce qui concerne, par exemple, les sections internes et les canaux profonds, l'usinage représente toujours l'un des processus de fabrication les plus flexibles géométriquement flexibles.

Les pièces moulées, en revanche, doivent avoir des murs minces et se conformer à des critères de conception plus stricts en général.

Même le processus d'impression 3D, généralement considéré comme l'une des meilleures techniques de fabrication en termes de liberté de conception, a des limites telles que l'évitement des surplombs. (Et des structures de support étendues peuvent être nécessaires pour des conceptions plus complexes et étendues, qui doivent être supprimées avec des étapes de post-traitement coûteuses.)

4. Qualité
Les pièces usinées peuvent être faites à un standard très élevé. Peut-être plus important encore, les clients peuvent spécifier des tolérances qui doivent être respectées par le machiniste. Cela signifie que le machiniste ou l'opérateur de machine peut prendre du temps supplémentaire sur des pièces d'usinage et des caractéristiques individuelles de tolérance serrée.

Bien que les moules d'injection puissent également être fabriqués sur des tolérances étroites, chaque moulure individuelle ne peut pas être maintenue à un niveau aussi élevé. Les moulures produites vers la fin de la durée de vie de la moisissure peuvent manquer de définition des unités antérieures.

5. délais de plomb
Les pièces usinées peuvent être fabriquées plus rapidement que les pièces fabriquées via d'autres processus de production comme le moulage.

Cela est dû en partie à l'absence d'outillage à forte intensité de main usiné à ces vitesses).

La nature en une étape de l'usinage et la vitesse des centres d'usinage CNC se combinent pour faire des pièces usinées parmi les plus rapides à fabriquer (en faibles volumes), réduisant les délais de plomb pour un prototypage rapide de temps de marché et pratique plus court.

6. modifications
Étant donné que les pièces usinées CNC sont fabriquées à partir d'un fichier CAO numérique, il est possible d'apporter des modifications à ce design numérique jusqu'au moment de la fabrication.

Ceci est utile pendant la R&D et le prototypage, lorsque les ingénieurs peuvent vouloir effectuer des ajustements fractionnés à la pièce usinée ou créer plusieurs versions. Il réduit également la possibilité de déchets, car les pièces défectueuses sont moins susceptibles d'être faites.

Il s'agit d'un avantage significatif pour les pièces usinées sur les pièces moulées: l'outillage ne peut pas être facilement modifié, et ce serait un énorme gaspillage d'argent pour créer un nouveau moule si une modification de dernière minute est nécessaire.

7.
Les pièces usinées sont coupées à partir de morceaux de matériau solides appelés blancs, qui ont généralement été coulés ou extrudés. Cela les rend très forts par rapport aux pièces imprimées en 3D, qui peuvent être beaucoup plus faibles le long d'un axe où une couche est construite sur la suivante.

De nombreuses pièces usinées sont également plus fortes que leurs équivalents moulés, car les pièces moulées doivent avoir des murs minces et sont donc limités en termes de performances mécaniques.

8. Finition de surface
Les pièces usinées évitent les problèmes de qualité de surface associés aux moulures tels que les lignes d'écoulement, le jet et le flash à la ligne de séparation. Avec une quantité modérée de post-traitement, les pièces usinées peuvent être portées à un standard très élevé en termes de finition de surface.

L'usinage donne également une finition de surface bien supérieure à l'impression 3D, avant même que tout post-traitement ne soit effectué. L'impression 3D, en particulier l'impression FDM, peut laisser des lignes de calques visibles à la surface de la pièce qui doivent être lissées via le ponçage ou le traitement chimique. Les pièces usinées n'ont pas ces lignes de calque.

Comment concevoir des pièces usinées?

Il est toujours préférable d'employer des principes de conception pour la fabrication (DFM): pièces de conception basées sur le processus de fabrication qui sera utilisé. Les pièces pour l'usinage doivent être conçues différemment pour, par exemple, des pièces pour l'impression 3D.

Heureusement, les pièces usinées ne sont pas particulièrement difficiles à concevoir - tant que certaines règles sont suivies. Ces règles sont décrites ci-dessous.

Sous-dépouille
Les sous-cutations sont des coupes dans la pièce qui ne peuvent pas être exécutées à l'aide d'outils de coupe standard (car une section de la pièce l'entrache). Ils nécessitent des outils de coupe spéciaux - en forme de T, par exemple - et des considérations spéciales de conception d'usinage.

Étant donné que les outils de coupe sont fabriqués en tailles standard, les dimensions de contre-dépistage doivent être en outils entiers pour correspondre à l'outil. (Pour les coupes standard, cela n'a pas d'importance, car l'outil peut se déplacer d'avant en arrière par incréments minuscules.)

La largeur de contre-dépouille peut varier de 3 à 40 mm, selon l'outil de coupe, avec une profondeur de contre-dépouille jusqu'à deux fois la largeur.

Si les sous-dépouilles peuvent être évitées complètement, les pièces usinées peuvent être rendues beaucoup plus rapidement et avec moins d'efforts.

Pour en savoir plus sur les détails et les cas, lisez notre guide sur l'usinage de contre-dépôt.

Épaisseur de paroi
Contrairement aux pièces moulées, qui se déforment si les parois sont trop épaisses, les pièces usinées ne peuvent pas gérer des murs particulièrement minces. Les concepteurs doivent éviter les murs minces ou utiliser un processus comme le moulage par injection si les murs minces font partie intégrante de la conception.

Lors de l'usinage, les épaisseurs de paroi doivent être un minimum de 0,8 mm (métal) ou 1,5 mm (plastique).

Provisions
Comme pour les murs minces, de grandes sections saillantes sont difficiles à machine, car les vibrations de l'outil de coupe peuvent endommager la section ou entraîner une précision inférieure.

Une caractéristique saillante devrait avoir une hauteur ne dépassant pas quatre fois sa largeur.

Cavités, trous et fils
Lors de la conception de pièces usinées, il est important de se rappeler que les trous et les cavités dépendent des outils de coupe.

Les cavités et les poches peuvent être usinées en une partie à une profondeur de quatre fois la largeur de la cavité. Les cavités plus profondes se retrouveront nécessairement avec des filets - arrondis plutôt que des bords tranchants - en raison du diamètre de l'outil de coupe requis.

Les trous, qui sont faits avec des bits de forage, devraient également avoir une profondeur de plus de quatre fois la largeur du bit de forage. Et les diamètres du trou doivent, dans la mesure du possible, correspondre à des tailles de foret standard.

Les filetages, utilisés pour incorporer des attaches comme les vis, n'ont pas besoin d'être plus profondément que trois fois le diamètre.

Échelle
Les pièces usinées CNC sont limitées en taille car elles sont fabriquées dans l'enveloppe de construction de la machine. Les pièces moulues ne doivent pas mesurer 400 x 250 x 150 mm; Les pièces tournées ne doivent pas mesurer plus de Ø 500 mm x 1000 mm.

Des dimensions plus grandes sont possibles avec des machines plus grandes, mais cela doit être discuté avec le machiniste avant la fabrication.

Matériaux de pièce usinés
Les pièces usinées peuvent être fabriquées à partir de nombreux matériaux différents, y compris les métaux et les plastiques.

Cependant, certains matériaux sont plus faciles à machine que d'autres. Les matériaux très durs sont difficiles à pénétrer avec un outil de coupe et peuvent faire vibrer davantage l'outil (par conséquent, réduisant la qualité). Des matériaux et des matériaux très doux avec un point de fusion très faible peuvent se déformer lors du contact avec l'outil de coupe.

Les matériaux de pièce usinés les plus courants sont répertoriés ci-dessous. D'autres matériaux peuvent également être usinés sur demande au fabricant.

Métal: Aluminium, acier, acier inoxydable (17-4, Inconel 625 et 718), magnésium, titane, zinc, laiton, bronze, cuivre.
Plastique: ABS, PC, ABS + PC, PP, PS, POM, PMMA (acrylique), PAGF30, PCGF30, Téflon, DHPE, HDPE, PPS, Peek. (Moins commun: PA GF50, PPS GF50.)
Finitions de surface en partie usinées
Les pièces usinées peuvent être traitées après l'usinage afin de modifier leur texture de surface et leur apparence. Les finitions peuvent être fonctionnelles ou cosmétiques.

AS-Machined: Aucune finition de surface ajoutée. Cela convient à de nombreux composants fonctionnels internes non cosmétiques.
Perle explosée: Le processus de dynamitage des perles implique de tirer des supports abrasifs à la partie usinée, en le laissant avec une apparence mate. Le processus peut être ajusté pour donner un niveau de rugosité spécifique. Il peut ne pas convenir aux caractéristiques fines, car le dynamitage des perles supprime le matériau et affecte donc la géométrie des pièces usinées.
Anodisé: Le processus de passivation électrolytique de l'anodisation convient aux pièces usinées en aluminium, créant un revêtement coloré résistant aux rayures. L'anodisation de type II crée une finition résistante à la corrosion; Le type III est plus épais et crée une résistance à l'usure en plus de la résistance à la corrosion.
Enduit de poudre: Pendant le processus de revêtement d'alimentation, la peinture en poudre (dans la couleur du choix du concepteur) est pulvérisée sur la partie usinée, qui est ensuite cuite dans un four. Cela crée une couche forte, résistante à l'usure et résistante à la corrosion qui est plus durable que les revêtements de peinture standard.
Tolérances de partie usinées
Des pièces usinées peuvent être faites sur des tolérances étroites, ce qui peut être nécessaire pour les pièces mécaniques critiques qui interagissent avec d'autres composants. Les tolérances plus lâches peuvent être choisies pour les prototypes et les pièces non mécaniques.

Quelles sont les applications des pièces usinées?

Les pièces usinées sont utilisées dans pratiquement toutes les industries, de l'aérospatiale à la médecine. Certaines pièces populaires quotidiennes et sectorielles sont répertoriées ci-dessous, suivies des applications dans des industries spécifiques.

Pièces usinées communes:
Attaches
Corps de valve
Joints de balle
Engrenages
Arbres
Logements
Supports
Rouleaux
Aérospatial
Les pièces aérospatiales machinables comprennent des composants de moteur prototypes, des panneaux de carburant, des composants du train d'atterrissage et des supports de moteur.

Automobile
Les pièces usinées automobiles comprennent des composants de test de fonction tels que l'éclairage, le moteur, les systèmes de transmission et de direction, ainsi que des pièces personnalisées ponctuelles.

Médical
Les pièces usinées en titane et en acier inoxydable comprennent des implants, des dispositifs médicaux et des outils chirurgicaux tels que des scalpels.

Produits de consommation
Des pièces usinées se trouvent dans les articles ménagers et les appareils électroménagers. L'équipement sportif peut également être usiné CNC, tandis que de nombreux composants en métal et plastique usinés se trouvent dans l'électronique grand public. Des éléments tels que des boîtes d'ordinateur portable, des connecteurs et des prises peuvent tous être usinés.

Comment externaliser les pièces usinées?

Les sociétés de matériel grandes et petites sous-traitent souvent leurs besoins d'usinage CNC à un spécialiste. Même pour les prototypes, il est souvent logique d'utiliser une entreprise d'usinage CNC tiers par rapport à une solution interne, en raison de l'espace d'usine et des compétences humaines nécessaires pour faire fonctionner l'équipement d'usinage.

Le choix d'un fabricant pour fabriquer des pièces usinés peut sembler intimidant, mais se concentrer sur les facteurs et pratiques suivants peut le simplifier.

Certifications: Les certifications ISO en particulier sont une bonne directive pour identifier les entreprises d'usinage compétentes, bien qu'elles ne vous informeront pas de la portée des capacités d'une entreprise.
Le bouche à oreille: parlez à d'autres sociétés de matériel qui ont contracté des fabricants dans la région et découvrez leurs expériences d'externalisation des pièces usinées.
Informations sur la demande: une fois que vous avez établi un contact avec une entreprise, continuez à poser des questions jusqu'à ce que vous soyez convaincu qu'ils savent exécuter votre projet. S'ils ne peuvent pas vous donner une réponse claire, ils ne sont probablement pas un partenaire approprié pour l'externalisation.
Visitez les usines: si possible, visitez votre partenaire d'externalisation potentiel pour voir comment ils machine les pièces. Dans certains cas, il peut être possible d'embaucher un agent de fabrication pour organiser des visites sur plusieurs sites dans une région donnée.
RFQS: Envoyez un RFQ à plusieurs sociétés d'usinage présélectionnées pour avoir une idée de qui peut offrir le meilleur prix.
Lorsqu'il s'agit de disposer de la fabrication des pièces usinées externalisées, il peut être utile d'observer les conseils suivants.

Suivez les directives DFM: assurez-vous que votre conception de pièces numériques suit les directives d'usinage: pas de murs minces, des trous de profondeur limitée, etc.
Utilisez des normes universelles: soumettez un dessin technique complet avec vos fichiers numériques pour supprimer l'ambiguïté et utilisez des normes universelles pour éviter une mauvaise communication.
NDA: Signez un accord de non-divulgation lors de l'externalisation des pièces usinées. Cela empêche légalement le fabricant de divulguer ou de réutiliser vos conceptions.
Facteur dans les temps d'expédition: les pièces externalisées prennent plus de temps à arriver que les pièces internes, donc prendre en compte les temps d'expédition si vous travaillez dans des délais serrés.
Préparez-vous au paiement: pour les premières commandes, les fabricants auront probablement besoin de paiement à l'avance, bien que vous puissiez commander à crédit pour les commandes suivantes.