1 Méthode de recherche 

1.1 Approche de conception

L'étude a évalué comment des décisions géométriques et de tolérance spécifiques influencent le coût d'usinage CNC. Trois catégories de pièces représentatives ont été sélectionnées :

1. enveloppes à parois minces,

2. arbres de précision,

3. supports fonctionnels en aluminium 6061-T6, en acier inoxydable 304 et en POM.

Chaque catégorie a été modélisée avec des caractéristiques variables, notamment la profondeur des poches, le rayon des congés, le nombre de trous, la géométrie des chanfreins et la largeur de la bande de tolérance. Toutes les variations de caractéristiques ont été conçues pour correspondre aux contraintes industrielles courantes et aux plages de capacité des fournisseurs.

1.2 Sources de données

Les données proviennent de :

• journaux de temps de cycle obtenus à partir de centres d'usinage verticaux à trois et quatre axes utilisés en production de routine,
• mesures de l'usure des outils collectées via des pré-régleurs,
• simulations de trajectoires d'outils générées par FAO basées sur Mastercam 2024,
• feuilles de ventilation des coûts fournies par le service de planification de la production.

Pour assurer la cohérence, tous les paramètres d'usinage ont été normalisés en utilisant la même qualité d'outil de coupe, la même plage de vitesse de broche et les mêmes conditions de liquide de refroidissement.

1.3 Outils et reproductibilité

L'expérience a utilisé :

• Mastercam 2024 pour la génération de trajectoires d'outils,
• micromètres numériques Mitutoyo pour la validation dimensionnelle,
• un modèle de coût standardisé (main-d'œuvre, coût machine par heure, coût des matériaux, coût des outils).

Le flux de travail est entièrement reproductible en appliquant des géométries CAO, des paramètres FAO et des stocks de matériaux identiques.

2 Résultats et analyse

2.1 Comparaison des temps de cycle

Le tableau 1 résume l'évolution du temps de cycle lors de la simplification des caractéristiques non fonctionnelles.
(Dans le document final, utilisez un tableau à trois lignes avec un alignement et des unités appropriés.)

Tableau 1 Réduction des caractéristiques vs. Modification du temps de cycle

Les résultats indiquent que les poches simplifiées et les rayons standardisés réduisent considérablement les passes d'usinage. Les poches plus profondes et les petits rayons personnalisés ont montré la corrélation la plus élevée avec une usure accrue des outils et des cycles d'ébauche/finition prolongés.

2.2 Impact des tolérances

L'élargissement des bandes de tolérance de ±0,01 mm à ±0,05 mm a réduit le temps de finition de 14 à 19 %. Les étapes de compensation de la déflexion de l'outil ont été réduites en conséquence, et moins d'itérations d'inspection ont été nécessaires.

2.3 Comparaison avec les résultats existants

Les études existantes sur la modélisation des coûts CNC rapportent des tendances similaires dans la relation entre les bandes de tolérance et le temps de finition. L'expérience confirme ces observations et quantifie l'avantage pour la production multi-matériaux.

3 Discussion

3.1 Interprétation des résultats

La plupart des réductions de coûts proviennent de la simplification des trajectoires d'outils et de l'engagement optimisé des fraises. Des rayons plus grands permettent des stratégies d'avance rapide, réduisant l'usure des outils. L'élargissement des tolérances diminue directement les passes de finition, en particulier pour les composants en acier inoxydable où la résistance à la coupe est élevée.

3.2 Limites

• Seuls trois matériaux ont été évalués ; les alliages résistants à la chaleur et le titane n'ont pas été inclus.
• L'usinage à cinq axes a été exclu, ce qui limite l'applicabilité aux géométries aérospatiales complexes.
• La modélisation des coûts supposait des taux de main-d'œuvre et d'électricité stables, qui peuvent différer selon les régions.

3.3 Implications pratiques

Les fabricants qui conçoivent des pièces CNC pour une production rapide peuvent intégrer ces conseils de DFM pour réduire le coût unitaire sans modifier les performances structurelles. La standardisation des rayons et l'ajustement des tolérances non critiques sont particulièrement efficaces pour les lots de moins de 500 pièces/mois.

4 Conclusion

L'évaluation démontre que l'utilisation constante des directives DFM — simplification géométrique, rayons optimisés et bandes de tolérance raisonnables — réduit le coût d'usinage principalement grâce à la diminution du temps de cycle et de l'utilisation des outils. Ces informations soutiennent les futures applications dans la refonte des composants et l'analyse comparative des fournisseurs. Des recherches supplémentaires peuvent s'étendre à l'usinage multi-axes et aux alliages complexes.