Remplacement du plastique et du métal : Guide de conception de pièces d'usinage CNC

 

Le plastique n'est pas du métal :

 

 

Le plastique présente de nombreux avantages par rapport au métal. Cependant, il est essentiel de comprendre que le plastique n'est pas du métal. Concevoir des composants en plastique avec un état d'esprit adapté aux pièces métalliques traditionnelles peut entraîner divers problèmes. Le plastique a ses inconvénients par rapport au métal, notamment :

 

 

Résistance mécanique inférieure : La plupart des plastiques ont une résistance mécanique inférieure à celle des métaux. Les plastiques courants (à l’exception des plastiques haute performance) présentent une résistance mécanique nettement inférieure à celle des matériaux métalliques.

 

Température maximale de fonctionnement plus basse : alors que les métaux peuvent fonctionner efficacement à haute température, la plupart des plastiques ont une température maximale de fonctionnement inférieure à 150 °C. Une exposition prolongée à cette température peut entraîner des déformations, ce qui engendre des problèmes de qualité et de sécurité.

 

Faible résistance chimique : certains plastiques sont sensibles à certains produits chimiques. Exposées à ces substances lors de leur utilisation, les pièces en plastique peuvent facilement se fissurer, se déformer ou se rompre sous l’effet d’une attaque chimique.

 

Conductivité électrique limitée : La plupart des plastiques ne conduisent pas l’électricité, ce qui limite leurs capacités de blindage électromagnétique. Bien que certains plastiques puissent être rendus conducteurs par l’ajout d’additifs, cela peut augmenter le coût des matériaux.

 

Utilisation en extérieur : De nombreux plastiques ne conviennent pas à une utilisation en extérieur car ils ne résistent pas aux UV et peuvent se dégrader lorsqu’ils sont exposés à la lumière du soleil.

 

 

 

1. Sélection des matériaux :

 

 

Choisissez le bon plastique : sélectionnez un matériau plastique qui répond aux exigences mécaniques, thermiques et chimiques de votre application. Les choix courants incluent l'ABS, le POM, le nylon et le PEEK, entre autres.

 

 

 

 

2. Envisagez la consolidation des pièces :

 

 

Lorsque l'on remplace le métal par du plastique, il ne s'agit pas d'un remplacement de matériau un à un pour les pièces métalliques individuelles. Il faut plutôt considérer l'ensemble du produit dans une perspective de conception pour l'assemblage (DFA), en visant à consolider plusieurs composants métalliques en une seule pièce en plastique. Cette approche peut maximiser les économies de coûts.

 

 

La substitution de matériaux un à un est rarement réussie, car elle néglige la complexité et la liberté de conception que les composants en plastique peuvent offrir.

 

 

 

 

3. Conception appropriée pour la fabricabilité ( DFM ) :

 

 

Il faut comprendre que les pièces en plastique sont produites par moulage par injection, un procédé qui impose des exigences de conception différentes de celles des procédés de fabrication métallique comme le moulage sous pression , l'usinage CNC ou l'estampage.

 

Tenez compte de facteurs tels que l'épaisseur de paroi, les angles de dépouille, les nervures, les congés, les rayons et les trous, qui ont des exigences de conception différentes dans les plastiques et dans les métaux.

 

Tolérances : Les propriétés de dilatation thermique des matières plastiques peuvent différer de celles des métaux. Ajustez les tolérances en conséquence.

 

Épaisseur des parois : Veillez à maintenir une épaisseur de paroi suffisante pour garantir l’intégrité structurelle. Des parois trop fines peuvent entraîner des déformations ou des ruptures lors de la transformation.

 

Congés et rayons : Incorporez des congés et des rayons aux angles vifs pour réduire les concentrations de contraintes et améliorer la résistance des pièces.

 

Contre-dépouilles : Évitez les contre-dépouilles complexes ou les formes qui pourraient être difficiles à usiner dans le plastique.

 

 

 

 

 

4. Usinabilité :

 

 

Outillage CNC : Choisissez un outillage adapté à l'usinage des plastiques, comme des fraises en acier rapide (HSS) ou en carbure conçues pour les plastiques.

 

Liquide de refroidissement : Dans la plupart des cas, l’usinage des plastiques ne nécessite pas de liquide de refroidissement. Toutefois, pour certains plastiques haute température, un refroidissement peut s’avérer nécessaire afin d’éviter leur fusion.

 

 

 

 

 

5. Finition de surface :

 

 

Texture de surface : Déterminez la finition de surface requise pour votre application. Les plastiques peuvent présenter diverses textures, de lisses à texturées.

 

Finition après usinage : Envisagez des procédés secondaires tels que le ponçage, le polissage ou la peinture pour obtenir la qualité de surface souhaitée.

 

 

 

 

 

6. Angles de dépouille :

 

Angles de dépouille : Prévoir des angles de dépouille sur les parois verticales pour faciliter l’éjection de la pièce du moule ou du dispositif d’usinage.

 

 

7. Gestion de la chaleur :

 

Dilatation thermique : Tenir compte de la dilatation et de la contraction thermiques des plastiques, notamment lorsqu'ils sont utilisés dans des applications avec des variations de température.

 

 

8. Considérations relatives aux coûts :

 

Coût des matériaux : Bien que les matériaux plastiques soient généralement moins chers que les métaux, il convient de prendre en compte le coût global, y compris l’usinage et tout post-traitement nécessaire.

 

 

9. Tests et Prototypage:

 

Prototype d'abord : Envisagez de créer un prototype de votre pièce en plastique usinée CNC afin de tester sa fonctionnalité et son ajustement avant la production à grande échelle.

 

 

 

 

 

10. Impact environnemental :

 

Recyclabilité : Évaluer la recyclabilité du matériau plastique choisi afin de l'aligner sur les objectifs de développement durable.

 

 

 

 

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En adhérant à ces directives de conception, vous pouvez remplacer avec succès le plastique par du métal dans les pièces d'usinage CNC, obtenant ainsi la fonctionnalité souhaitée tout en optimisant les coûts et les performances.