10 tailles de trous standard pour la découpe laser afin de réduire les délais de fabrication

Basé sur ISO 273:1979, "Les fixations traversantes doivent être divisées en trois catégories de dégagement : fin, moyen et grossier, afin de garantir la compatibilité des assemblages entre marques."

Les diamètres de trous que nous proposons sont équivalents au niveau de jeu moyen et peuvent être utilisés avec des fixations standards des grandes marques mondiales, il n'y a donc pas lieu de s'inquiéter de la compatibilité des assemblages. Une sélection standardisée utilisant au maximum les points forts de la capacité du service de découpe laser rapide minimise les possibilités d'intervention manuelle plus tard dans la phase de conception.

La sélection du diamètre de trou standard détermine directement l'efficacité du traitement et la compatibilité de l'assemblage, le respect des spécifications générales peut atténuer la plupart des risques de conception. Vous pouvez télécharger gratuitement le manuel complet de sélection du diamètre des trous pour comprendre systématiquement les règles d'application et les précautions des normes de trous de tôle.

Comment l'épaisseur du matériau limite-t-elle le diamètre minimum de perçage au laser ?

Guide de conception de découpe laser exige explicitement que l'ouverture minimale pour la découpe laser soit égale ou légèrement supérieure à l'épaisseur du matériau. En d'autres termes, un rapport hauteur/largeur minimum de 1:1 constitue la limitation physique la plus stricte.

La logique physique du rapport ouverture/épaisseur 1:1

Lorsque les ouvertures sont plus grandes que cette limite physique, la chaleur concentrée ne se dissipe pas assez rapidement et le métal environnant se liquéfie et s'effondre. Il s'agit d'un défaut de conception majeur dans le guide de conception de découpe laser professionnel et c'est un principe fondamental pour l'étape de perçage laser qui doit être suivi. Pendant la phase de perçage, le faisceau laser injecte une énorme quantité d’énergie thermique dans un très petit point. Par exemple, si un trou de 3 mm est découpé de force dans une plaque de 5 mm d'épaisseur, la trajectoire constante du laser entraînera une accumulation importante de chaleur dans le centre étroit et le gaz auxiliaire n'aura pas assez d'énergie cinétique pour souffler les scories fondues chaudes vers le bas depuis la saignée.

En plus d'entraîner une grave déformation du trou et une accumulation excessive de scories, cette situation détériore également la tolérance des trous découpés au laser, car une zone affectée thermiquement par la découpe laser est formée autour du mur du trou. Cela entraînera l'écaillage direct des outils de taraudage mécanique ou d'alésage secondaire lorsqu'ils seront utilisés ultérieurement.

Solution de processus pour les petits trous dans les plaques épaisses

LS Manufacturing utilise une technique exclusive de perçage par découpe laser à modulation de fréquence à plusieurs niveaux pour les petits trous dans les plaques épaisses afin de conserver la structure cristalline intacte. La logique détaillée du processus est :

Des
• Des impulsions basse fréquence et haute énergie sont utilisées pourou un perçage initial pour éviter une concentration de chaleur localisée.
• La puissance du laser et la vitesse de coupe sont lentement augmentées pour produire une saignée stable et uniforme.
• La puissance est progressivement réduite vers la fin pour minimiser les dommages thermiques au bord du trou.

D'après nos tests internes, cette technologie est capable de réduire de 25 % la dureté des parois des trous dans les petits trous des plaques épaisses, de prolonger la durée de vie des outils de taraudage de 3 fois et d'améliorer considérablement le rendement de traitement des pièces en plaques épaisses dans le service de fabrication de tôle.

Les diamètres de trou standard minimum pour différentes épaisseurs de plaque sont les suivants :

Conseils de dépannage pour le traitement des petits trous : Si une accumulation de scories se produit dans le diamètre de trou standard, vérifiez d'abord si le temps de séjour du perçage dépasse 120 % du paramètre standard. Un temps de séjour excessif entraînera la condensation des scories fondues et leur adhérence à la paroi du trou.

Figure 3 : Supports métalliques empilés découpés au laser démontrant une grande précision et cohérence.

Comment la sélection des gaz d'assistance influence-t-elle la formation de scories dans les trous intérieurs ?

La qualité du traitement d'un service de découpe laser dépend vraiment du choix du gaz d'assistance. Le type de gaz et la façon dont sa pression est gérée sont les principaux facteurs qui déterminent la rugosité de la surface et la formation de scories (scories) à l'intérieur du trou réalisé par le laser.

Différence dans les mécanismes de coupe entre l'oxygène et l'azote

La sélection des gaz et le contrôle de la pression des gaz auxiliaires (azote N et oxygène O) constituent les principaux facteurs qui influencent la qualité de la paroi interne du trou lors de la découpe laser, car ils déterminent directement la rugosité et la formation de scories à l'intérieur du trou découpé au laser. En plus de ralentir les délais de livraison, un mauvais choix de gaz peut également nuire à l'adhérence des revêtements sur la pièce.

La découpe à l'oxygène exploite l'oxydation exothermique du fer pour faciliter la fusion, alors que le fer est l'élément principal de l'acier coupé. Il s'agit néanmoins d'un processus peu coûteux, mais il peut apporter des points de "surchauffe" localisés lors de la découpe d'un grand nombre de petits trous assemblés étroitement les uns aux autres, où un anneau de scories de ferrite très dures et difficiles à éliminer se forme au fond du trou, ce qui est la raison principale de formation de scories de découpe laser.

Les avantages de l'azote haute pression en matière de qualité de surface

LS Manufacturing s'appuie sur de l'azote pur à haute pression de 10 à 15 bars pour le pelage et la découpe lorsqu'elle est impliquée dans des commandes B2B de haute précision. Cette technique garantit avec précision la douceur de la paroi intérieure des standards de trous en tôle correspondant au diamètre du trou respectif. L'azote gazeux sert de couche protectrice inerte qui empêche l'oxydation localisée de la surface. L'énergie mécanique pure contenue dans l'azote balaie le métal fondu de la saignée, ce qui améliore considérablement la finition de la surface de découpe laser. Ainsi, les parois intérieures des trous d'espacement standard découpés ont une finition semblable à un miroir, sont exemptes de toute calamine d'oxyde ou résidu de scories et sont très claires.

La découpe à l'azote haute pression de trous standard présente trois avantages principaux :

• Aucune couche d'oxyde ne se forme sur les parois des trous, les pièces sont donc prêtes pour la pulvérisation ou l'électrophorèse juste après la production.
• Aucun résidu de scories n'est laissé, ce qui élimine le besoin et les coûts liés à l'ébavurage manuel.
• La surface de coupe est très lisse, ce qui la rend idéale pour les scénarios impliquant un assemblage de précision automatisé.

Les paramètres de base des deux gaz auxiliaires sont comparés ci-dessous :

L'adaptation des processus peut libérer pleinement les avantages d'efficacité du service de découpe laser rapide tout en garantissant une qualité de traitement stable.

La sélection du gaz auxiliaire affecte directement la qualité du traitement et le coût global, et une solution doit être adaptée en fonction des exigences en matière de matériaux et de qualité. Vous pouvez fournir le matériau de la pièce à usiner et les exigences en matière de lots, et nous calculerons le coût pour vous gratuitement et vous proposerons une solution de service de découpe laser rentable.

Figure 4 : Gros plan de la buse de découpe laser avec gaz d'assistance optimisant la coupe.

Pourquoi les normes d'espacement des sangles empêchent-elles la déformation structurelle des sangles ?

Le concepteur de découpe laser spécifie clairement que l'épaisseur du maillage entre deux trous découpés au laser adjacents doit être supérieure à celle du matériau. Si cette condition est ignorée, l'article souffrira d'une distorsion thermique.

Mécanisme de déformation provoqué par l'accumulation thermique

Lors de la personnalisation de grilles de dissipation thermique ou de trous de réseau de châssis haute densité, le mouvement continu de la tête laser intensifiera continuellement l'accumulation thermique de découpe laser autour de la couture de découpe. Cette préoccupation est incluse parmi les principaux facteurs de conception de trous perforés dans le guide expert de conception de découpe laser. Si l'espacement solide entre deux trous adjacents est inférieur à 1,0 fois l'épaisseur de la plaque, alors cette minuscule région de treillis métallique sera poussée au-delà de sa limite d'élasticité presque instantanément en raison d'une énorme contrainte thermique, et elle présentera une déformation bombée localisée vers le haut.

Non seulement la planéité du produit final sera hors spécifications, mais cela aura également un impact négatif majeur sur la réduction des délais de découpe au laser. Le métal déformé peut même provoquer une collision avec le capteur servo de la tête laser à tout moment.

Changement de disposition des groupes de trous

LS Manufacturing maîtrise l'art du contrôle du gauchissement de la découpe laser à un très haut degré grâce à un algorithme de réglage dynamique de la puissance. Il parvient à optimiser parfaitement l'espacement des groupes de trous tout en maintenant la zone de dissipation thermique pour éliminer complètement la déformation. Les prestataires experts de services de découpe laser DFM effectueront au préalable des tests de simulation de la disposition des trous.

Les trois principaux principes d'optimisation sont :

1. L'épaisseur du métal entre les deux trous les plus proches est conservéeau moins 1,2 fois l'épaisseur de la plaque pour fournir suffisamment d'espace de diffusion de la chaleur.
2. Un chemin de coupe sauté est utilisé pour empêcher l'accumulation continue de chaleur dans les zones voisines.
3. Pour les très petits trous de matrice de plaques, la puissance du laser est réduite en même temps pour réduire l'apport de chaleur total.

Étude de cas : Comment notre service avancé de découpe laser DFM a-t-il sauvé un projet de boîtier de batterie EV pour la fabrication de LS ?

Le dilemme du client

L'équipe R&D du principal fabricant de modules de batterie de véhicules à énergie nouvelle, lors du développement d'un plateau de structure de batterie en alliage d'aluminium 5052 H32 de 5 mm d'épaisseur, a décidé d'un très grand nombre de trous de montage non standard de 4,35 mm sans faire référence à aucune norme, ce qui a donné lieu au fichier CAO incluant ces caractéristiques.

Le fournisseur principal ne pouvait ni faire de la fabrication de tôles ni bien comprendre la découpe laser jusqu'à la phase de conception (DFM), il a donc dû s'appuyer sur un traitement lent, inefficace et à haute puissance. Cela ne pouvait toujours pas garantir la stabilité de la qualité de la découpe laser, ce qui entraînait un problème d'augmentation extrême de la chaleur localisée. Lors de la production en série, des microfissures et de graves déformations sont apparues dans les parois des trous, provoquant des retards d'assemblage et un taux de rebut pouvant atteindre 18 %, menaçant directement le calendrier de lancement du nouveau modèle du client.

Solution de fabrication LS

L'équipe d'ingénieurs senior de LS Manufacturing est intervenue sur le projet et a immédiatement effectué un examen DFM automatisé. Notre solution d'optimisation a permis de réduire les délais de découpe au laser, ce qui a entraîné une augmentation complète de l'efficacité de la découpe au laser.

Trois étapes principales composent notre solution principale :

1. Analyse approfondie des dessins CAO pour localiser les points d'optimisation, les risques et tous les diamètres de trous non standard.
2. Conseiller au client de régler le diamètre du trou à la taille standard de 5,0 mm pour se conformer à la bibliothèque de paramètres du processus de coupe à la volée.
3. Un laser à fibre d'une puissance de 12 kW est combiné avec un gaz d'azote ultra haute pression de 14 bars pour atteindre le double objectif de qualité et d'efficacité de coupe.

Lorsque nous avons comparé les processus à l'aide de données, le temps de cycle de coupe complète d'un seul plateau pour le processus non standard du fournisseur d'origine était de 245 secondes, sauf qu'un ébavurage manuel, très coûteux, était nécessaire. Notre procédé à l'azote haute pression avec trou standard a réussi à réduire le temps de cycle à 88 secondes et l'étape d'ébavurage qui a suivi a également été rendue totalement inutile. Le résultat de nos tests internes a montré que la rugosité de la paroi du trou après traitement a atteint Ra 1,6 μm ce qui est une exigence directe d'assemblage de qualité automobile.

Résultats et valeur

En s'en tenant simplement aux changements DFM de diamètre de trou standard, le temps de cycle de traitement d'une seule pièce de ce plateau de batterie EV a été réduit de 64 % avec un délai de livraison du lot directement raccourci de 5 jours en même temps, le taux de rebut tombant de 18 % à 0,2 %. Dans le cadre du projet de réduction des coûts et d'augmentation de l'efficacité, utilisation professionnelle de Le service de découpe laser DFM était central. Ces diamètres de trous parfaitement dimensionnés ont permis au bras robotique du client de s'installer rapidement et en douceur et, au final, le client a accordé à LS Manufacturing un statut de fourniture personnalisée exclusive à long terme pour cette série de composants.

L'optimisation du diamètre de trou standard peut permettre de réaliser un double bond en termes de délai de livraison et de qualité sans augmenter les coûts, ce qui en fait une option essentielle pour les projets de fabrication haut de gamme. Vous pouvez soumettre des dessins de projet et des exigences pour obtenir un laser personnalisé de réduction des délais solution de découpe et devis précis.

FAQ

Q1 : Quel est le diamètre minimum absolu du trou pouvant être traité lors de la découpe laser de tôle ?

Si un trou est plus petit que l'épaisseur de la tôle, la concentration de chaleur dans le trou fera fondre, s'effondrera le métal et le trou ne sera plus parfaitement rond. La taille minimale du trou pour une découpe laser fiable de qualité industrielle est donc au moins égale à l'épaisseur de la tôle, avec un rapport diamètre du trou/épaisseur de la tôle de 1:1 étant strictement maintenu. Une telle limite physique du traitement laser ne peut être dépassée.

Q2 : Comment éviter une conicité importante des parois intérieures supérieure et inférieure lors de la coupe de plaques d'épaisseur moyenne ?

Nous obtenons une coupe de bonne qualité avec très peu de conicité de la paroi intérieure dans la partie supérieure et inférieure lors de la coupe de plaques d'épaisseur moyenne en combinant un réglage des paramètres de compensation de saignée en temps réel sur le système CNC avec l'utilisation de gaz auxiliaire à haute pression pour souffler verticalement les scories fondues. La divergence naturelle du faisceau est efficacement annulée et la différence de paroi du trou est limitée à 0,1 mm.

Q3 : Une machine de découpe laser peut-elle découper directement des trous filetés sur des pièces en tôle ?

Les lasers ne peuvent pas couper directement les micro-fils. Tout d'abord, nous découpons au laser un trou pilote très précisément. Ensuite, un bras de taraudage CNC taraude rapidement le trou pour produire un filetage interne, ce qui donne un bon équilibre entre la précision du filetage et l'efficacité globale du processus.

Q4 : Pourquoi mes vias découpés au laser deviennent-ils des ovales disgracieux après avoir plié des pièces en tôle ?

La raison est que le trou est situé trop près de la zone de déformation plastique de flexion. Lorsque la feuille est pliée, la contrainte de traction provoquera l'étirement et la déformation du trou circulaire. Hors conception, garantir que la distance entre le bord du trou et la ligne de pliage est plus de trois fois l'épaisseur de la tôle plus le rayon de courbure intérieur résoudra totalement ce problème.

Q5 : Quelle est la plage de tolérance standard pour les trous découpés au laser dans les châssis en alliage d'aluminium de qualité industrielle ?

Faire fonctionner un équipement laser à fibre de haute précision au niveau de 10 000 watts dans un état stable et continu, les trous de dégagement standard du châssis en alliage d'aluminium de qualité industrielle maintiennent le contrôle de tolérance à moins de 0,1 mm pour une précision de position et un diamètre de trou à un niveau de pointe de l'industrie.

Q6 : Pourquoi utiliser de l'azote à haute pression au lieu de l'oxygène pour traiter les trous de boulons de fixation de précision ?

Outre le refroidissement, l'azote haute pression offre l'avantage d'une protection sans oxygène. Il utilise de l'énergie cinétique mécanique pure pour souffler les scories fondues, évitant ainsi la formation de peau dure carbonisée et de scories coupées en oxygène. Cela réduit directement l'ébavurage manuel et les autres coûts liés à l'utilisation de l'oxygène.

Q7 : Lors de la soumission de dessins CAO, pourquoi devrions-nous éviter de concevoir des diamètres de trou impériaux ou décimaux inhabituels et non standard ?

Les diamètres de trou non standard empêcheront la machine-outil d'utiliser la fonction automatisée de trajectoire de coupe volante à grande vitesse, qui est déclenchée par des tailles de trou standard. Les techniciens de procédé devront ajuster manuellement les paramètres de découpe. Outre l'intention d'achat, cela entraîne non seulement un allongement du temps d'attente du calendrier de production, mais peut également entraîner un allongement du délai de livraison global jusqu'à 40 %. N'hésitez pas à télécharger vos dessins pour obtenir un devis, et en même temps, nous vous proposerons nos suggestions d'optimisation.

Q8 : Quel est l'espacement sûr entre les trous du dissipateur thermique du réseau ou les trous de maillage ?

L'épaisseur de la bande de métal solide entre les coupes adjacentes doit être au moins égale à l'épaisseur du matériau lui-même. Dans le cas contraire, la chaleur générée par la découpe continue s'accumulera, entraînant une forte déformation thermique du treillis métallique qui est très difficile à corriger et la planéité de la pièce ainsi que la précision de l'assemblage ne peuvent être garanties.

Résumé

Dans l'industrie actuelle de la tôlerie, la pratique consistant à faire correspondre les dimensions radiales des trous dans les dessins de conception aux 10 tailles standard ne doit pas être considérée comme limitant la liberté de conception. Il s'agit plutôt d'une approche bien pensée qui combine les caractéristiques géométriques avec la plus grande efficacité opérationnelle possible de l'atelier. Comprendre les contraintes thermodynamiques de la perforation laser, la conicité microscopique naturelle du faisceau et la logique consistant à éviter les champs de contraintes de flexion sont les principales méthodes par lesquelles les ingénieurs R&D et les responsables des achats peuvent se débarrasser des reports de projet et réduire les coûts cachés d'approvisionnement. L'ouverture d'une ouverture standard permettra à vos pièces industrielles de haute qualité d'être livrées plus rapidement.

Vous souhaitez vous débarrasser totalement des problèmes liés aux révisions répétées et aux retards de livraison dans le prototypage de tôle ? Vous pouvez désormais télécharger vos dessins 3D STEP, IGS ou DXF sur la plateforme d'ingénierie cryptée et sécurisée de LS Manufacturing. Notre équipe de professionnels techniques hautement expérimentés vous fournira un rapport DFM gratuit avec une analyse détaillée de faisabilité de fabrication dans les 24 heures, ainsi qu'un devis de production de masse clair et compétitif, permettant à vos produits de gagner des parts de marché sans délai.

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Équipe de fabrication LS

LS Manufacturing est une entreprise leader du secteur. Concentrez-vous sur les solutions de fabrication personnalisées. Nous avons plus de 20 ans d'expérience avec plus de 5 000 clients et nous nous concentrons sur l'usinage CNC de haute précision, la fabrication de tôle, la 3D. impression, moulage par injection. Estampage des métaux et autres services de fabrication à guichet unique.
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