Dans l'industrie manufacturière, la fabrication d'outils est une étape importante du processus pour produire des pièces de haute qualité qui répondent aux spécifications. Transformer des matières premières en produits finis nécessite une combinaison de technologie, d'expertise et d'équipements d'outillage spécialisés. Mais d'abord, vous devez fabriquer les outils nécessaires. Cette procédure de fabrication d'outils a un impact considérable sur l'efficacité et la précision lors de la production de pièces.
Alors, qu'est-ce que l'outillage ? Dans cet article, nous discuterons de son importance dans la fabrication, des fondamentaux de la conception d'un outil, et des différents types d'outillage,
Qu'est-ce que l'outillage en fabrication ?
L'outillage, communément appelé outillage machine, est le processus de façonnage ou de formation des matériaux pour produire des pièces avec tolérances. Cela implique l'utilisation de gabarits, moules, modèles, dispositifs et outils de coupe pour couper, façonner et former les pièces. L'équipement nécessaire pour l'outillage diffère en fonction de la production particulière, du type et de la taille de l'outillage.
Il est important de noter que pour exécuter correctement les tâches et maintenir les opérations, il est crucial de disposer des outils nécessaires. Supposons que le processus de fabrication soit inefficace sans les bons outils. De plus, toute modification apportée à la technologie d'outillage influence directement la quantité, la qualité et le coût de la production.
outillage de production
Importance de l'outillage en fabrication
L'outillage pour la fabrication a un impact plus important sur la production de masse des biens, car il peut accélérer la production et réduire le coût d'exploitation. Un outillage approprié est nécessaire pour produire rapidement des articles de haute qualité.
Précision des pièces
Dans l'outillage de fabrication, la précision, l'ingénierie de précision et l'outillage vont de pair. La précision et la cohérence des composants produits sont directement liées à la précision des outils. Qu'il s'agisse de composants moulés par injection ou de pièces complexes pour des applications aéronautiques, la qualité de l'outillage influence la qualité du produit fini.
Efficacité de la fabrication et rentabilité
Des flux de travail de fabrication rationalisés résultent de procédures d'outillage efficaces. Il est possible de produire un grand nombre de pièces identiques avec peu de variation grâce à l'outillage de production, notamment dans des méthodes comme le moulage par injection. Bien que l'investissement initial dans l'outillage de production puisse être élevé, le coût par unité à long terme est souvent bien inférieur à celui d'autres processus de fabrication.
Pièces personnalisées
L'outillage permet de créer des composants distinctifs et personnalisés, ce qui favorise l'innovation. De plus, des techniques d'usinage avancées comme l'usinage CNC, qui ont révolutionné l'outillage, permettent désormais des conceptions sophistiquées et des géométries complexes.
Adapté à une variété de matériaux
L'outillage est polyvalent et peut être utilisé avec une large gamme de matériaux, y compris divers polymères et métaux comme l'acier et l'aluminium. Par conséquent, la capacité à sélectionner les matériaux appropriés pour des applications spécifiques garantit que le produit fini répond aux normes nécessaires en termes de résistance, de durabilité et d'esthétique.
Quels sont les fondamentaux de la conception d'outillage ?
Il existe trop de décisions de conception d'outillage que doit prendre conjointement un développeur de produit et son fournisseur de fabrication pour en discuter exhaustivement. Néanmoins, il est toujours possible de réduire ces options à quelques catégories distinctes qui s'appliquent à tous les outils, quelle que soit leur fonction. Voici les fondamentaux courants de la conception d'outillage.
Temps de cycle
Lors d'une production typique, à quelle fréquence l'outil sera-t-il utilisé ? Pour un moule de moulage sous pression, la réponse peut être une fois toutes les deux minutes. Cependant, le moule sera exposé à une chaleur et une pression extrêmes à chaque utilisation. L'outil peut être poussé au point de s'user prématurément ou même de se casser complètement si les temps de cycle les plus courts sont atteints au détriment de la vitesse de traitement.
L'ajout d'un revêtement en film mince après-vente sur l'outil est l'une des meilleures façons de prolonger sa durée de vie et d'accélérer le traitement. Cependant, cela entraîne un coût supplémentaire, qui doit être mis en balance avec l'augmentation des taux de productivité.
Volume de production et durabilité de l'outil
Pour éviter le coût de la fabrication de plusieurs outils pour une seule série de production, vous avez besoin d'un outil robuste. Par conséquent, un outil doit être fabriqué en métal solide. Un métal solide est défini comme ayant la capacité de résister à des contraintes répétées et à une déformation plastique sans se rompre ni changer irréversiblement de forme.
Les outils durables doivent pouvoir résister à la dégradation mécanique, chimique et thermique tout en conservant leurs tolérances. Cependant, les coûts et le temps de production des outils durables sont plus élevés que ceux de leurs homologues temporaires.
Matériau utilisé pour l'outillage
Quel type de matériau d'outillage fonctionne le mieux ? Le choix optimal pour créer un outil de production est celui qui offre la meilleure performance pour votre application en le moins de temps et au coût le plus bas. Ainsi, tout dépend de ce que vous souhaitez que l'outil accomplisse, y compris le nombre de pièces qu'il doit produire, sa durée de vie et la précision requise.
Évidemment, tous les matériaux bruts d'outillage ne conviennent pas à chaque cas d'utilisation. Par exemple, l'aluminium peut être utilisé pour créer des outils et des matrices parfaitement adaptés pour les moules d'injection plastique. Cependant, il n'est pas approprié pour un fraiseuse CNC outil de coupe, car le matériau a une résistance et une dureté inférieures à celles de l'acier.
Fréquence de changement de l'outillage
Le temps nécessaire pour changer ou remplacer l'outil d'une machine de production est un facteur d'efficacité souvent négligé. Les outils volumineux et lourds comme les moules d'injection sont trop encombrants et lourds pour qu'un opérateur humain puisse les manipuler, ils sont donc déplacés par des palans et des grues, et leur remplacement peut prendre des heures, ce qui influence les coûts de production.
Le fait que les ouvriers soient payés à la minute, même lorsque aucune pièce n'est produite sur la ligne d'assemblage, fait du temps de changement d'outil un facteur de coût important. Chaque fois que cela est possible, l'estimation initiale doit inclure l'efficacité du changement d'outil.
Précision et tolérance des pièces
Pour utiliser un outil dans la fabrication d'une pièce finie extrêmement précise, il doit être fabriqué avec plus de soin. Cela implique que cet outil coûtera plus cher à construire et pourrait nécessiter un remplacement plus fréquent, ou au moins un entretien, pour maintenir de telles tolérances. Les instruments bien fabriqués peuvent prolonger leur durée de vie utile lors du resharpening, de la réparation ou de la calibration.
Deux types d'outillage courants
En fonction de plusieurs facteurs tels que la fabrication, le matériau, la durabilité, les qualités et l'applicabilité, nous pouvons diviser l'outillage en deux catégories.
Outillage souple
L'outillage souple est une technique économique souvent utilisée pour le moulage en uréthane coulé afin de permettre aux entreprises de fabriquer rapidement des produits en volume moyen à faible. Le silicone est le matériau d'outillage souple le plus utilisé dans l'industrie du moulage en uréthane pour les séries de production à faible volume et le prototypage.
L'avantage de la fabrication par outillage souple avec des exigences matérielles flexibles, c'est qu'elle permet aux producteurs d'utiliser des matériaux sans avoir à trop se soucier de leur compatibilité. En même temps, cette approche est idéale pour les projets nécessitant de petites quantités, mais aussi des produits pratiques avec une finition fine, comme le prototypage.
Il existe cependant plusieurs limitations avec l'outillage souple. Les outils fabriqués avec des matériaux d'outillage souple manquent parfois de durabilité et de résistance à l'usure par rapport à ceux fabriqués avec un outillage dur. Par exemple, les outils en silicone doivent généralement être remplacés après la fabrication de pas plus de 25 composants. De plus, après la fabrication de l'outillage, il est difficile d'ajuster les outils souples.
Outillage Dur
Une méthode courante d'outillage pour le moulage par injection est l'outillage dur. Les outils durables, construits en métaux résilients capables de résister à de nombreux cycles de fabrication — tels que l'acier ou les alliages de nickel — permettent aux producteurs de fabriquer rapidement de grandes quantités de pièces. L'outillage dur est un meilleur choix que l'outillage souple lorsque les fabricants ont des tolérances strictes, des spécifications de test et des normes fonctionnelles à respecter. Ce type d'outillage est parfait pour créer des pièces précises et durables.
Cependant, l'outillage dur est beaucoup plus coûteux et plus long à réaliser que l'outillage souple en termes de dépenses initiales et de délais de fabrication. Par conséquent, la fabrication d'outils dur prend plus de temps car ils doivent être traités thermiquement, post-traités et usinés davantage pour obtenir une finition lisse.
Choisissez le Bon : Outillage Souple ou Outillage Dur
Outillage souple ou dur, lequel devriez-vous utiliser ? L'outillage souple, qui utilise du silicone et d'autres matériaux faciles à assembler, est parfait pour le prototypage et la production en petites séries.
Cependant, l'outillage dur garantit une durée de vie plus longue du moule et une qualité constante des pièces en utilisant des métaux robustes comme l'acier. Il est préférable pour la production à volume élevé.
En résumé, bien que plus coûteux au départ, l'outillage dur réduit considérablement le coût d'une pièce dans des scénarios de production à long terme, tandis que l'outillage souple offre des coûts initiaux plus faibles lors des premières étapes de conception.
Différentes Étapes de l'Outillage En Fabrication
Il existe trois principales étapes pour la fabrication d'outillage : l'outillage prototype, l'outillage pont et l'outillage de production.
Outillage Prototype
La première étape du processus de fabrication d'outillage est l'outillage prototype. Cela consiste à fabriquer des moules et des outils pour créer des prototypes ou de petites séries de produits. Ce sont généralement des outils à usage unique qui sont essentiels pour tester et confirmer la conception avant la production en série.
Outillage Pont
L'outillage pont sert d'étape transitoire entre la fin du développement du prototype et le début de la fabrication de l'outillage de production. Par rapport à l'outillage de production, il est moins robuste. Il ne nécessite pas un investissement important et peut être construit plus rapidement.
Ainsi, l'outillage pont est utilisé par plusieurs fabricants pour faciliter la montée en volume. Il est plus souvent utilisé pour affiner le processus de fabrication et acquérir une compréhension approfondie de la conception du produit.
outillage de fabrication
Outillage de Production
La phase d'outillage de production est celle où le produit final est fabriqué et testé. Cette étape est importante car elle pose de solides bases pour la production à grande échelle. En conséquence, ce type d'outillage est conçu pour une utilisation à long terme et garantit que l'outillage peut produire des pièces conformes aux spécifications et normes requises.
Cependant, cela nécessite un investissement important en temps et en ressources. Néanmoins, cela garantit efficacité et rentabilité en production à volume élevé.
Quels processus sont utilisés pour fabriquer les outillages ?
Les outillages rapides sont fabriqués à l'aide de deux processus de production : dur et souple. Sur un marché concurrentiel, l'outillage dur demande plus de temps à créer que l'outillage souple, qui est plus économique. L'outillage souple est généralement réalisé par moulage en silicone, fraisage ou impression 3D en fonction des besoins.
Comme l'outillage souple, l'outillage dur peut également être produit par fraisage ou usinage. Cependant, contrairement à l'outillage souple, l'outillage dur peut aussi être fabriqué par EDM (usinage par décharge électrique) ou tournage de précision.
Matériaux métalliques pour l'outillage de production
Dans la fabrication et la production, les matériaux utilisés pour l'outillage sont cruciaux pour garantir la durée de vie et la performance. Les métaux durcis tels que l'acier à outils, l'aluminium et les alliages sont fréquemment utilisés en raison de leur résistance exceptionnelle à l'usure, leur durabilité et leur capacité à supporter les exigences de la production à volume élevé.
L'acier à outils est un matériau courant pour la fabrication de moules et de matrices robustes en raison de sa dureté, de sa ténacité et de sa machinabilité exceptionnelles. De plus, des matériaux innovants aux qualités particulières, comme la résistance aux hautes températures, sont légers et résistants à la corrosion, comme les outillages composites, et conviennent à des applications industrielles spécifiques.
Considérations et conseils lors de l'usinage d'outillages
Le type d'outillage usiné dépend souvent des besoins spécifiques du projet. Voici quelques considérations lors de l'usinage d'outillages.
Pièces en injection plastique à partir d'outillage
Géométrie de la pièce
Lorsqu'il s'agit de géométries peu complexes, l'outillage souple est un meilleur choix en raison de son coût et de ses délais de fabrication plus courts. Les méthodes d'outillage souple, telles que l'impression 3D ou l'usinage CNC, facilitent la refonte et permettent la création d'outils complexes en quelques heures ou jours.
Durée de vie de l'outillage
Un autre facteur crucial lors de l'usinage d'outillages est la durée de vie de l'outil. L'outillage dur est la meilleure option si vous recherchez la durabilité. Les outils souples sont efficaces pour environ 25 à 50 cycles de moulage par injection et ont une durée de vie plus courte. À l'inverse, les outils dur, fabriqués en métal, résistent mieux aux températures que les matériaux d'outillage souple, ce qui prolonge leur durée de vie sur des milliers de cycles.
Sélection des matériaux
Un autre facteur à considérer lors de l'usinage d'outillages est le type de matériau utilisé pour le processus. Le type de matériau à usiner, le volume de production et la durée de vie nécessaire de l'outil doivent tous être pris en compte lors du choix du matériau d'outillage approprié. Certains matériaux durent plus longtemps et sont plus résistants, mais sont plus coûteux.
Quels facteurs influencent le coût de l'outillage ?
Bien que de nombreux facteurs influencent le prix de l'outillage, ils sont tous liés au type de matériau travaillé et aux spécifications de l'outil.
Spécifications de la pièce
Le coût de l'outillage dépend également du nombre d'opérations que doit effectuer l'outil. Machine CNC Les coupes ou perçages simples nécessitent moins d'outils. La torsion, le perçage et les coupes complexes nécessiteront plus d'outils.
De plus, les pièces peuvent nécessiter certains traitements de surface comme le polissage ou des caractéristiques que d'autres outils peuvent saisir, telles que les joints d'étanchéité. Les prix des outillages augmenteront à chaque étape de spécification supplémentaire.
Applications
Des industries telles que la médical, l'aérospatial et la défense ont des spécifications très strictes pour les pièces à haute résistance. Des outils avec une dureté plus élevée sont nécessaires pour effectuer des coupes sur des matériaux comme le titane et l'acier trempé. Il est compréhensible que ces outils coûtent plus cher que ceux destinés à couper des matériaux plus tendres.
Qualité des outils
Une question importante qui a un impact direct sur le coût des outillages est la qualité des outils utilisés dans la fabrication. Des matériaux supérieurs et des techniques d'ingénierie et de fabrication plus rigoureuses sont généralement nécessaires pour produire des outillages de haute qualité, ce qui augmente leurs coûts initiaux. D'un autre côté, il peut y avoir des économies et des gains d'efficacité importants à long terme grâce à cet investissement dans la qualité.
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