Pièces usinées par tournage CNC : comment le choix des matériaux influe sur les coûts, la précision et l’efficacité de la production

Pour les pièces usinées par tournage CNC , il est important de noter que le choix du matériau influe insidieusement sur les coûts, la précision et l'efficacité de la production. Un changement, même minime, peut entraîner une durée de vie imprévisible des outils de tournage, une augmentation exponentielle des rebuts ou des délais de livraison imprévus.

Lorsque vous recherchez un fournisseur de pièces usinées CNC de confiance, a-t-il la capacité d'usiner votre pièce ou de vous fournir un expert-conseil capable d'optimiser la chaîne d'approvisionnement ? Des années d'expérience en tant que prestataire de services dans l'industrie du tournage CNC m'ont appris que le choix des matériaux est la base directe du coût, de la précision et de l'efficacité dans la fabrication de pièces.

Ce manuel associe le savoir-faire pratique de JS Precision aux connaissances les plus récentes du secteur, afin de vous informer sur la manière dont les caractéristiques des différents matériaux influencent l'ensemble du processus de production, vous permettant ainsi d'éviter tout risque lors du choix des matériaux.

Tableau des réponses principales

Points clés à retenir

Le matériau est le premier facteur de coût principal : le coût du matériau, sa facilité d’usinage et les outils nécessaires déterminent le coût des pièces usinées par commande numérique.

L'usinabilité est un facteur déterminant pour la précision et la rapidité, car la dureté, la ténacité et les caractéristiques thermiques d'un matériau ont une influence directe sur la stabilité dimensionnelle, la qualité de surface et le temps de production.

Une collaboration précoce est essentielle pour réaliser des économies : collaborer avec un fabricant de pièces usinées CNC dès le début du processus de conception, comme JS Precision, permet de maximiser son expertise en la matière.

Usinabilité des matériaux en petites séries : En production de petites séries, l’usinabilité des matériaux est primordiale, notamment pour les pièces usinées par tournage CNC. Il est donc essentiel d’optimiser l’usinabilité des matériaux.

Les fournisseurs fiables proposent des solutions systématiques : un fournisseur de pièces usinées CNC de haut niveau doit posséder une connaissance approfondie des sciences des matériaux, du génie des procédés et des principes fondamentaux de la gestion de la chaîne d’approvisionnement afin de proposer les meilleures options.

Expérience JS Precision : Le choix des matériaux pour les pièces usinées CNC influe sur le coût et la précision.

Forte d'une expertise de 15 ans dans le secteur du tournage CNC, notre entreprise a su satisfaire les demandes de plus de 5 000 clients internationaux et mener à bien plus de 8 000 projets.

Nous connaissons parfaitement les propriétés de plus de 300 nuances de matériaux pour le tournage , comme l'alliage d'aluminium 6061, communément appelé alliage d'aluminium 6061 de qualité industrielle, dont les propriétés de mise en œuvre mécanique et les conditions de traitement thermique sont précisément spécifiées dans la norme ASTM B221/B221M-24 . Ces connaissances nous permettent d'identifier la nuance de matériau la plus adaptée aux conditions d'application.

Par exemple, nous avions optimisé la vitesse de traitement, la vitesse de broche et le système de refroidissement pour le traitement de connecteurs en alliage de titane. C'était pour l'un de nos clients du secteur des équipements médicaux.

Nos ingénieurs ont réussi à réduire le temps de traitement par pièce de 18 % et la durée de vie des outils de plus de deux fois. Enfin, à précision égale (±0,01 mm), le temps de traitement a permis de réduire le coût total de 15 %.

Cet article résume notre expérience acquise dans de nombreuses situations similaires. Tous les points abordés ont été testés en production ; vous pouvez donc vous fier à ces informations. Nous espérons que ces expériences passées vous apporteront des conseils utiles pour éviter les problèmes liés au choix des matériaux pour les pièces usinées CNC.

Vous souhaitez obtenir des informations sur une étude de cas concernant la sélection optimale des matériaux pour les pièces de tournage CNC de JS Precision, conformément aux normes ISO ? Contactez-nous et indiquez-nous les critères d'utilisation et de performance de votre produit ; vous bénéficierez ainsi d'un accompagnement personnalisé gratuit pour éviter les erreurs de choix de matériaux.

Comment la dureté du matériau influence-t-elle la précision de vos pièces usinées par CNC ?

Après avoir tiré les leçons de notre expérience pratique, nous aborderons l'aspect très important de la dureté des matériaux, car il s'agit d'un facteur déterminant du niveau de difficulté du processus de tournage CNC, ce qui, à son tour, influencera le niveau de précision des pièces usinées.

Les matériaux à haute dureté sont résistants à l'usure mais nécessitent une pression élevée pour leur usinage, tandis que les matériaux tendres sont faciles à découper mais peuvent compromettre leur résistance et leur stabilité dimensionnelle. Trouver le juste milieu est un exercice délicat.

Influence de la dureté sur l'usure des outils et les variations dimensionnelles

Lors de l'usinage d'une pièce d'une dureté de HRC30 ou plus , l'usure de l'outil se produit sur la face de dépouille de la fraise, ce qui modifie le contact entre l'outil et la pièce et entraîne une variation des dimensions des pièces usinées par tournage CNC.

Comment la chaleur de coupe réduit la précision dans les matériaux tendres

Les matériaux tendres comme les alliages d'aluminium présentent une faible résistance à la coupe et une accumulation facile de chaleur. Des fluides de coupe ou des conditions de coupe inadaptés peuvent provoquer une dilatation localisée due à l'échauffement, suivie d'une contraction lors du refroidissement. Ceci peut entraîner une perte de contrôle des dimensions et un non-respect des normes de précision.

Stabilité des matériaux : précision et contraintes à long terme

La barre étirée à froid présentera des contraintes résiduelles d'usinage, tandis que l'ébauche forgée présentera des contraintes uniformément réparties.

Lors du processus de tournage CNC, la relaxation des contraintes peut provoquer de petites déformations dans les pièces, et la norme ISO 286-2:2010 exige explicitement que les fluctuations dimensionnelles à long terme des pièces de précision soient contrôlées dans une plage de tolérance inférieure à 30 %, ce qui impose des exigences strictes sur la stabilité des matériaux des pièces de précision tournées CNC.

Comment les principaux fabricants de pièces usinées CNC optimisent-ils le rendement des matériaux ?

L'utilisation optimale des matériaux influe directement sur les coûts de production. Les meilleurs fabricants de pièces usinées CNC utilisent l'optimisation multidimensionnelle pour une utilisation optimale des matériaux. JS Precision possède une vaste expérience dans ce domaine.

Optimisation intelligente de l'imbrication et des espaces vides : réduire le gaspillage dès le départ

Saisissez précisément les spécifications des barres requises pour les pièces, disposez plusieurs pièces à l'aide d'un logiciel d'imbrication et privilégiez les ébauches les plus petites possibles. La consommation de matière pourrait ainsi être réduite de 30 %.

Optimisation du parcours de processus : atteindre les objectifs avec des coupes réduites

Il est nécessaire de répartir rationnellement les opérations d'ébauche et de finition, d'utiliser des ébauches quasi-finies et de minimiser le volume de matière lors du tournage. Ceci permettra d'atteindre un taux d'utilisation de la matière supérieur à 25 %.

Gestion des déchets à valeur ajoutée : recyclage et économie circulaire des copeaux

Il est indispensable de mettre en place un système de recyclage par catégorie pour la vente des copeaux de différents matériaux. Cela permettra de réduire directement les coûts pour les clients des produits fabriqués, créant ainsi une situation gagnant-gagnant alliant production écologique et économies.

Vous souhaitez optimiser votre consommation de matériaux ? Téléchargez vos plans de pièces sur JS Precision, et nos ingénieurs procédés combineront imbrication intelligente et optimisation des processus pour élaborer un plan personnalisé d’économie de matériaux, rendant ainsi la production de pièces usinées CNC plus rentable.

Quels sont les matériaux les plus performants pour la production de pièces usinées avec précision par commande numérique (CNC) ?

Pour que les pièces usinées avec précision par CNC puissent véritablement prétendre au titre de produit haut de gamme, elles doivent être fabriquées à partir d'un matériau adapté. Ces matériaux sont déjà optimisés pour les procédés d'usinage de très haute précision.

Histoire à la base - Alliages à coupe franche : la « formule » née

L'acier de décolletage et le laiton contiennent des additifs tels que le plomb et le soufre, qui réduisent la résistance de l'outil, facilitent le concassage des copeaux et améliorent la finition de surface, ce qui en fait un choix de matériau peu coûteux pour les pièces de précision usinées par CNC.

Le roi de la stabilité : acier inoxydable à durcissement structural et alliage d’aluminium à faible contrainte

Le procédé 17-4PH offre une résistance aux hautes températures, une bonne résistance mécanique et une excellente résistance à la corrosion. Le procédé 6061-T651 appliqué à l'alliage d'aluminium élimine les contraintes internes, ce qui le rend idéal pour un usinage de précision avec une déformation minimale.

Options haut de gamme : acier à outils à faible déformation et alliage Invar

L'acier à outils pré-trempé à faible déformation est reconnu pour offrir un bon degré de stabilité dimensionnelle ; de plus, l'alliage Invar est connu pour posséder un coefficient de dilatation thermique de faible valeur.

Vous hésitez sur le choix du matériau pour vos pièces usinées CNC de précision ? JS Precision vous conseillera la solution la plus adaptée et vous proposera même un service d’essai d’usinage en petites séries pour tester l’efficacité du matériau.

Figure 1 Le tournage à commande numérique peut traiter divers matériaux, notamment les métaux (tels que l'aluminium, l'acier, le laiton et le titane), les plastiques et les matériaux composites.

Comment le choix des matériaux peut-il accélérer ou retarder la livraison des pièces usinées sur mesure ?

Le délai de livraison des pièces usinées sur mesure dépend directement du matériau utilisé. La disponibilité du matériau, les traitements préalables nécessaires et la complexité de l'usinage influent également sur ce délai.

Chronologie de la chaîne d'approvisionnement : Matériaux en stock standard vs. Matériaux sur commande spéciale

Les matériaux courants comme les alliages d'aluminium 6061 et l'acier inoxydable 303 se trouvent généralement en stock, et le délai d'approvisionnement est de 1 à 3 jours. Les matériaux spéciaux comme les alliages de titane et les alliages haute température nécessitent un approvisionnement spécial, et cela prend de 4 à 8 semaines.

Temps d'attente avant traitement : « repos » et traitement thermique indispensables

Certains matériaux nécessitent un temps de repos de 24 à 48 heures pour éliminer les contraintes, et un traitement thermique de revenu est requis pour les aciers à haute résistance. De plus, un traitement thermique secondaire peut être nécessaire en cas d'ébauche, ce qui ajoute de 3 à 10 jours au délai total.

Variation de l'efficacité d'usinage et de post-traitement : du tour au traitement de surface

Les matériaux usinables ont une vitesse de coupe comprise entre 100 et 150 m/min, alors qu'elle n'est que de 10 à 20 m/min pour les alliages de titane, et tout traitement de surface spécial prend environ 5 à 7 jours, retardant ainsi l'ensemble du calendrier de livraison.

Comment les propriétés des matériaux déterminent-elles le cycle de vie et le coût de vos outils de tour CNC ?

La durée de vie des outils de tours CNC et leur coût dépendent directement du type de matériau, car différents matériaux entraînent différents types d'usure des outils.

1. Abrasion : « meulage » en fonction de la dureté du matériau

Les alliages d'aluminium à haute teneur en silicium et les matériaux de métallurgie des poudres contiennent des particules dures qui émoussent rapidement le revêtement et le substrat de l'outil, ce qui réduit sa durée de vie à 1/5 de celle des outils revêtus classiques.

2. Usure thermochimique : « Fusion » et diffusion à haute température

Lors du tournage de l'acier inoxydable et des alliages à base de nickel, les températures dans la zone de coupe peuvent atteindre 800 à 1000 °C. L'adhérence entre la pièce et les revêtements d'outil, avec diffusion des éléments, contribue à l'usure en cratère.

3. Le coût de l'insuffisance de ténacité : micro-écaillage lors de l'usinage de matériaux fragiles

Lors du tournage de pièces en fonte et en carbure cémenté, le tranchant a tendance à être affecté par les forces d'impact, ce qui entraîne un micro-écaillage.

Vous cherchez à réduire les coûts liés à l'utilisation d'outils de tournage CNC ? Contactez JS Precision. Nous pourrons vous conseiller sur le choix des outils les plus adaptés à votre matériau.

Figure 2 La qualité et la préparation du matériau de la pièce affecteront la durée de vie de l'outil.

Comment tirer le meilleur parti des services de tournage CNC pour une efficacité maximale des matériaux ?

Pour une utilisation optimale des matériaux, il est essentiel de faire appel à des professionnels pour les services de tournage CNC. JS Precision propose une approche globale d'optimisation des matériaux, de la conception à la production en série.

Conception pour la fabrication – Conception pour l’allègement et les formes quasi-définitives

En proposant des suggestions sur la conception pour la fabrication (DFM) et en adoptant des conceptions comme les structures creuses et les ébauches de forme quasi-nette, la consommation de matériaux pourrait être réduite de plus de 22 %, ce qui permettrait de réduire les coûts unitaires.

Stratégie d'agrégation des commandes et de partage des espaces réservés

En ce qui concerne les pièces usinées par tournage CNC en petites séries, le regroupement de différentes commandes et l'utilisation d'ébauches communes présentant les mêmes spécifications permettent de réduire les rebuts de matériaux de 15 % à moins de 5 %.

Mise en œuvre de procédés avancés : réduction des déchets – Les avantages du formage à froid et du tournage-fraisage

Grâce à l'utilisation du frappement à froid et du moletage pour créer certaines caractéristiques et du tournage-fraisage pour minimiser le temps de serrage, la quantité de métal enlevé a été considérablement réduite et l'efficacité améliorée.

Usinabilité : la clé du succès pour les pièces tournées CNC en petites séries

Dans le cas des pièces usinées par CNC en faible volume , l'usinabilité du matériau est beaucoup plus importante que la fonctionnalité de performance optimale, car elle influe sur le coût, la livraison et le risque.

Composition du coût unitaire : la raison d’une plus grande sensibilité à l’usinabilité lors de l’utilisation de petits volumes

Pour les commandes en petites séries, les coûts fixes représentent 60 à 70 % du coût total. Les matériaux faciles à usiner ont un temps de traitement court, et les coûts liés aux modifications et à la mise au point peuvent presque doubler le coût unitaire.

La rapidité est essentielle : la nécessité d’itérations rapides et de validation par le marché

L'utilisation de matériaux faciles à usiner, tels que l'acier 12L14 et l'alliage d'aluminium 6061, lors de la phase de R&D permet une livraison rapide des prototypes en 3 à 5 jours. Ceci a accéléré le processus de validation du développement produit, qui serait retardé de 2 à 3 semaines avec des matériaux difficiles à usiner .

Réduire les barrières à l'entrée : stabiliser le processus

Les matériaux faciles à transformer présentent un taux de qualification d'évaluation supérieur à 99 %, ce qui atténue les difficultés telles que l'instabilité dimensionnelle et les défauts de surface des matériaux difficiles à usiner.

Figure 3 L'usinage CNC en petites séries fait référence à l'utilisation d'équipements CNC pour produire des pièces en petites quantités, généralement de quelques dizaines à quelques milliers de pièces.

Réduction des coûts de 28 % : Remplacement des matériaux et optimisation des processus. Refonte du tournage CNC de 10 000 boîtiers de capteurs.

Contexte et défis

L'entreprise concernée, spécialisée dans les capteurs industriels, avait besoin de 10 000 boîtiers pour ses capteurs. Le matériau initialement utilisé était de l'acier inoxydable 304, dont le prix unitaire était de 8,5 $. Le principal problème rencontré était l'écrouissage, qui entraînait une usure prématurée des outils, provoquant des pertes d'efficacité et des dépassements de budget.

JS Precision Solution

Les ingénieurs de JS Precision ont d'abord réalisé une analyse de la valeur du matériau . Nous avons toutefois déterminé que l'environnement d'exploitation du client n'impliquait pas une exposition chimique extrême et que, par conséquent, la haute résistance à la corrosion de l'acier inoxydable 304 n'était pas nécessaire.

Par conséquent, nous avons proposé une modification du matériau pour utiliser l'acier inoxydable 416 à usinage facile au plomb. Ce matériau conserve un bon niveau de résistance à la corrosion , mais ses propriétés d'usinage sont grandement améliorées pour permettre des vitesses allant jusqu'à 80 m/min.

Compte tenu des caractéristiques de l'acier 416, les conditions de coupe ont été optimisées, avec une avance variant de 0,1 mm/tr à 0,2 mm/tr, et l'utilisation de fraises revêtues de TiN, plus économiques. La durée de vie des outils, initialement de 200 pièces, a ainsi été portée à 800 pièces.

De plus, en nous basant sur les dimensions finales de la pièce, nous avons calculé avec précision le diamètre de la barre d'achat de Φ32 mm à Φ30,5 mm afin que les copeaux produits par pièce soient réduits et que l'utilisation de matériaux soit augmentée de 12 %.

Résultats finaux obtenus

Le coût unitaire a diminué à 6,12 $, soit une baisse de 28 %, ce qui a permis de réaliser des économies de 23 800 $, la capacité de traitement a augmenté de 35 %, le délai de livraison a été réduit de 25 jours à 18 jours, générant ainsi un très haut niveau de satisfaction client.

Vous souhaitez réaliser des économies similaires ? Faites part de vos besoins et de vos difficultés avec JS Precision, et nous élaborerons pour vous une stratégie personnalisée de réduction des coûts, basée sur le remplacement de composants ou d’autres techniques, afin que les services de tournage CNC puissent vous apporter une plus grande valeur ajoutée.

Figure 4 Pièces de capteur personnalisées de haute qualité

En tant que fournisseur fiable de pièces de tournage CNC, comment JS Precision peut-il vous guider vers la meilleure sélection ?

Chez JS Precision, en tant que fournisseur leader de pièces usinées CNC , nous pouvons vous accompagner tout au long du processus de choix du matériau adapté.

• Une communication détaillée permet de préciser les exigences vagues et de les traduire en termes spécifiques, comme la « résistance à la corrosion » en lien avec les qualités de matériaux appropriées.
• Fournir des solutions alternatives rentables, telles que le remplacement de l'acier inoxydable 303 par l'acier inoxydable 416 et de l'acier inoxydable 7075 par l'aluminium 2024, sans sacrifier les performances critiques.
• Réaliser une production d'essai à petite échelle de pièces usinées sur mesure afin de vérifier la compatibilité entre les matériaux et les procédés, garantissant ainsi la faisabilité d'une production en série.

FAQ

Q1 : Quelles sont les différences entre l'usinage des alliages d'aluminium et l'usinage de l'acier inoxydable ?

La principale différence réside dans l' évacuation de la chaleur et la prévention de l'écrouissage. L'aluminium étant un bon conducteur de chaleur, l'attention lors de l'usinage est portée sur l'évacuation des copeaux et la prévention de la formation d'arêtes rapportées. Sa faible conductivité thermique exige un refroidissement efficace et la prévention de l'écrouissage.

Q2 : Pourquoi la surface de l'acier à usinage facile (tel que le 12L14) est-elle plus lisse ?

Les composants additifs de l'acier de décolletage, comme le plomb et le soufre, créent une couche lubrifiante sur les copeaux lors de l'usinage, ce qui rend la surface du produit plus lisse grâce à une friction réduite entre l'outil de coupe et les copeaux.

Q3 : Comment se fait-il que les coûts de production de petits lots de composants en alliage de titane soient si excessivement élevés ?

Le coût de l'alliage de titane est élevé, et la vitesse de coupe doit être très faible pour éviter la combustion. L'équipement nécessaire à sa découpe est très coûteux et comprend un système de refroidissement haute pression. Les petites séries de production ne permettent pas d'absorber les coûts liés à la mise au point des procédés et des équipements.

Q4 : Fournissez-vous des certificats de matériaux ?

Bien entendu. Nous délivrons des certificats de conformité des matériaux (CCM) pour tous les projets critiques. Ces certificats nous renseignent sur la composition chimique, la résistance mécanique et d'autres caractéristiques des matériaux, permettant ainsi la traçabilité de leur origine et de leurs performances. Il s'agit d'une exigence fondamentale de notre système de gestion de la qualité.

Q5 : Quel degré de précision peut-on généralement atteindre lors du tournage ?

Pour les pièces de précision usinées CNC de taille moyenne, en production de masse, il est possible de maintenir une tolérance de diamètre stable de ±0,005 mm et une circularité de 0,003 mm. Ces précisions peuvent varier légèrement en fonction des propriétés du matériau et des techniques d'usinage.

Q6 : La tolérance de diamètre de la barre aura-t-elle un impact sur le coût de mes pièces ?

Oui, c'est possible. Nous pouvons acheter des barres de haute précision avec des tolérances serrées (comme l'acier H11). Cela sera coûteux, mais réduira la surépaisseur d'usinage, ce qui permettra de gagner du temps et de réduire les coûts d'outillage. Nous déterminerons la valeur optimale de la tolérance de la barre.

Q7 : Votre entreprise propose-t-elle des tests de substitution de matériaux ?

Oui. Dans le cas de partenaires commerciaux de longue date qui souhaitent réaliser des économies ou optimiser leurs processus, nous pouvons organiser une production pilote à petite échelle afin de comparer la faisabilité de l'alternative en termes de précision dimensionnelle, de qualité de surface, de performances ou de toute autre exigence de ce type.

Q8 : Quels sont les principaux avantages de collaborer avec JS Precision plutôt qu'avec d'autres fournisseurs de services de tournage dans votre région ?

Nous proposons une ingénierie des matériaux hautement intégrée, une optimisation globale des coûts du point de vue de la conception pour la fabrication (DFM) jusqu'à la production de masse, et une expérience collaborative basée sur une plateforme numérique, ce qui nous permet de vous offrir la solution de tournage CNC la plus rentable, la plus précise et la plus rapide.

Résumé

Le choix des matériaux est considéré comme le volant invisible de la fabrication de pièces usinées par commande numérique. Utiliser le matériau approprié permet de maîtriser les coûts, d'obtenir des dimensions précises et d'assurer une livraison rapide et efficace, tandis qu'un mauvais choix de matériau est source de nombreux problèmes.

Du choix des matériaux d'entrée de gamme les plus faciles à usiner dans le contexte de pièces tournées CNC en faible volume, à la sélection de l'alliage « champion » en fonction du paramètre « le plus performant » dans le contexte de composants critiques en grande série, chaque décision contribue à créer des « marges d'avantage concurrentiel ».

Ne considérez pas les choix matériels comme des événements isolés.

Contactez dès aujourd'hui l'équipe d'ingénierie de JS Precision et transmettez-nous vos plans et vos exigences de performance. Nous vous fournirons un devis gratuit pour nos services de tournage CNC, ainsi qu'un rapport gratuit de recommandations sur le choix des matériaux et l'optimisation des procédés. Ensemble, nous exploiterons au mieux chaque matériau et optimiserons la qualité de chaque pièce.