Les chanfreins dans la conception de produits | Série Conception de produits

En matière de conception de produits, les détails déterminent souvent le succès ou l'échec d'un produit. La modification des angles, un élément de conception apparemment mineur, joue en fait un rôle crucial. Les modifications d'angle les plus couramment utilisées se divisent en deux catégories : les filets et les chanfreins.

La conception de congés et de chanfreins est l'une des compétences essentielles des concepteurs de produits. Comparées aux angles vifs, les conceptions de congés et de chanfreins sont plus conviviales, visuellement plus douces et plus à même de mettre en valeur la simplicité et la beauté d'un produit. En outre, l'utilisation créative des congés et des chanfreins peut permettre à votre produit de se démarquer.

Aujourd'hui, nous parlons des congés et des chanfreins dans la conception de produits. De nombreuses images de congés sont jointes à la fin de l'article.

Que sont les filets et les chanfreins ?

Le congé de raccordement consiste à relier deux surfaces courbes d'une pièce par une surface circulaire tangente. Le congé standard est généralement représenté par une valeur de rayon R pour indiquer sa taille.

Le chanfreinage consiste à relier deux surfaces courbes d'une pièce par une surface angulaire. Le chanfrein standard est généralement représenté par une valeur de distance C pour indiquer sa taille, l'angle standard étant de 45°.

Dans le domaine de la conception de produits, ces deux termes désignent le processus de découpe d'un bord biseauté sur les coins ou les arêtes d'un objet. Cette transition biseautée peut être droite ou courbe, selon les exigences de conception et les objectifs fonctionnels.

Fonctions des chanfreins et des filets dans les produits

La sécurité :

Les chanfreins et les filets peuvent réduire la netteté des arêtes des produits, évitant ainsi aux utilisateurs de se blesser en cours d'utilisation. Cet aspect est particulièrement important dans la conception d'appareils portatifs ou de jouets pour enfants.

Esthétique :

Un chanfreinage ou un filetage adéquat peut améliorer l'aspect du produit, en rendant ses lignes plus lisses.

Ergonomie :

Dans la conception d'appareils ou d'outils portatifs, les chanfreins ou les filets peuvent améliorer la prise en main, ce qui rend le produit plus facile à manipuler et améliore l'expérience de l'utilisateur.

Durabilité :

Les chanfreins et les congés permettent de réduire la concentration des contraintes, ce qui diminue la probabilité de rupture du matériau dans ces zones et prolonge la durée de vie du produit.

Simplifier l'assemblage :

Lorsque différentes pièces d'un produit doivent s'emboîter, les chanfreins et les congés peuvent servir de guides, aidant les pièces à s'aligner correctement, simplifiant le processus d'assemblage et augmentant l'efficacité de la production.

Cohérence du langage de conception :

Les chanfreins et les congés peuvent faire partie des éléments de conception, créant un style unifié avec d'autres caractéristiques telles que les coins arrondis et les courbes, ce qui renforce la reconnaissance de la marque du produit.

Différences entre les filets et les chanfreins

Les filets et les chanfreins peuvent être utilisés pour atténuer les arêtes vives ou créer une transition graduelle entre deux surfaces adjacentes. À cet égard, ils sont interchangeables. Toutefois, dans de nombreuses applications, il existe des différences marquées entre les congés et les chanfreins.

1. Méthodes de traitement

Pour l'usinage standard, les congés intérieurs et extérieurs verticaux peuvent être facilement traités, ce qui n'est pas le cas des chanfreins intérieurs. Les filets nécessitent des outils spécifiques pour obtenir des rayons de différentes tailles (il est bon d'avoir un rayon de filet plus grand que le rayon de l'outil dans le processus d'usinage). En revanche, les chanfreins ne nécessitent pas d'outils de taille spécifique ; il est possible de réaliser des chanfreins de tailles différentes en contrôlant la profondeur de coupe.

Les filets horizontaux intérieurs et extérieurs nécessitent plus de temps de traitement (à moins d'utiliser des outils spéciaux pour les filets), tandis que le chanfreinage prend beaucoup moins de temps.

Il est important de noter que pour les Usinage CNC, Le temps de traitement des filets et des chanfreins est comparable.

2. Fonctionnalité

Les congés et les chanfreins peuvent tous deux réduire la concentration des contraintes et optimiser l'écoulement. Toutefois, les congés offrent une transition continue, tandis que les chanfreins offrent une transition linéaire, laissant un bord après le chanfrein. Par rapport aux chanfreins, les congés offrent une concentration de contraintes et une résistance à l'écoulement moindres, ce qui les rend préférables dans les pièces en plastique, à moins que les bords du chanfrein ne soient encore arrondis.

Toutefois, si votre projet comporte des trous de vis, des trous de positionnement ou des goupilles de positionnement, l'utilisation de filets n'est pas un bon choix. Par rapport aux congés, les chanfreins aux arêtes plus petites et plus vives permettent de descendre plus facilement dans le trou, ce qui facilite l'assemblage.

En outre, les chanfreins peuvent créer fraises coniquesce qui n'est pas le cas des filets.

3. L'esthétique

D'un point de vue esthétique, les filets sont souvent préférés dans le design industriel en raison de leurs caractéristiques visuellement agréables. Les filets sont doux et confortables, donnant un sentiment de sécurité et de proximité. En revanche, les chanfreins donnent une impression de netteté et d'agressivité. Les produits de consommation utilisent rarement de grands chanfreins, mais les chanfreins peuvent créer des aspects uniques dans certains détails, en ajoutant la touche finale.

En fonction des exigences de conception, vous pouvez utiliser à la fois des congés et des chanfreins sur les arêtes extérieures. Si l'aspect n'est pas important, comme pour les pièces usinées en métal, vous pouvez opter pour de simples chanfreins afin d'émousser les arêtes vives et de réduire le coût des pièces.

En revanche, si l'esthétique est importante et que des congés sont nécessaires, vous devez tenir compte de la taille du rayon du congé intérieur. Si le rayon est trop petit, vous risquez d'avoir recours à des procédés plus coûteux et plus longs, tels que EDM ou coupe du fil. Les rayons plus larges sont plus faciles à usiner (des outils plus grands peuvent être utilisés, ce qui réduit le temps d'usinage et augmente la profondeur d'usinage).

Facteurs à prendre en compte pour choisir entre les filets et les chanfreins

Les ingénieurs en structure se retrouvent souvent dans l'incertitude lorsqu'ils doivent décider s'ils doivent utiliser des congés ou des chanfreins dans leurs conceptions. Pour éviter cette confusion, les points suivants doivent être pris en compte :

Pour les pièces usinées

Délais et coûts de traitement

Si l'objectif est simplement d'émousser les arêtes vives pour éviter les blessures, les chanfreins constituent un meilleur choix car ils nécessitent moins de temps et sont plus rentables. Toutefois, si l'usinage CNC est utilisé à la place du fraisage traditionnel, il n'y a pas de différence de temps significative entre les filets et les chanfreins ; la seule différence de temps est due aux changements d'outils.

Pour les bords de ce type (filets concaves), il est particulièrement difficile de les fabriquer à l'aide de machines à commande numérique, car ils nécessitent des outils spécialisés tels que des fraises à billes, qui sont fragiles et coupent à des vitesses plus lentes. Cela augmente les coûts de fabrication, et il est donc préférable d'éviter les filets sur de tels bords. Si des filets sont nécessaires, ils doivent être aussi grands que possible.

Couverture du revêtement

Les filets sont plus faciles à recouvrir de revêtements que les chanfreins. En effet, la transition entre les filets et les surfaces adjacentes est douce et tangentielle, ce qui permet aux pièces d'adhérer à des revêtements plus épais et plus uniformes que les bords des chanfreins.

Concentration du stress

Si l'objectif de la conception est de réduire la concentration des contraintes, les congés sont un meilleur choix. Les filets répartissent les contraintes sur une plus grande surface que les chanfreins de même taille.

Trous ou goupilles

Pour les trous de vis, les trous de positionnement ou les goupilles de positionnement, il est préférable de chanfreiner les bords.

Pour les pièces en plastique

Les pièces en plastique sont moulées différemment des pièces usinées, et leur conception tend à favoriser les congés avec des chanfreins utilisés à des fins spécifiques (telles que les détails esthétiques ou le guidage structurel). Les avantages des congés dans les pièces en plastique sont les suivants :

Capacité d'écoulement

Dans le processus de moulage par injection, la fluidité de la résine fondue est cruciale. Les filets offrent moins de résistance à l'écoulement et les filets plus larges facilitent le remplissage. Les angles aigus dans la conception d'origine peuvent entraîner un piégeage de l'air dû à des tourbillons pendant l'injection, ce qui entraîne une surchauffe localisée et un aspect brûlé. L'optimisation avec des rayons plus larges garantit un écoulement fluide du plastique fondu.

Résistance des pièces en plastique

Lorsque le polymère fondu s'écoule sur des arêtes vives, il subit un cisaillement qui rompt les chaînes de polymère. Des chaînes de polymères plus courtes se traduisent par un poids moléculaire moyen plus faible, ce qui réduit la résistance et les performances de la pièce en plastique. L'ajout de rayons, même petits, facilite l'écoulement et empêche le cisaillement.

Concentration du stress

La rupture par fatigue est causée par la propagation des fissures, principalement aux points de concentration des contraintes et à la surface des composants. Aux endroits où les dimensions de la section transversale changent brusquement, tels que les coins, il convient d'utiliser des filets suffisamment grands. Comme le montre la courbe correspondante, le facteur de concentration des contraintes diminue rapidement avec l'augmentation du rayon. Les filets permettent de répartir les contraintes sur une plus grande surface, ce qui empêche la déformation rapide ou la fissuration des pièces soumises à des contraintes. Cela est particulièrement vrai pour les matériaux tels que polycarbonatequi sont susceptibles de se fissurer sous l'effet des contraintes si les conditions de moulage sont inadéquates ou si la structure de la pièce n'est pas raisonnable.

Facilité de traitement des moules et augmentation de la résistance des moules

La conception de filets dans les pièces en plastique augmente la résistance du moule puisque les pièces correspondantes du moule auront également des filets. Cela permet d'éviter les fissures dues à la concentration de contraintes lors de la trempe ou de l'utilisation, et donc d'améliorer la résistance du moule.

Réduction du taux d'usure des électrodes

Dans le traitement des moules, pour les zones telles que les angles morts (où les outils ne peuvent pas atteindre), on utilise l'usinage par décharge électrique (EDM), qui nécessite des électrodes (communément appelées outils en cuivre). Les angles vifs et les arêtes des électrodes s'usent plus rapidement pendant la décharge que les zones planes. Par conséquent, les angles morts réellement usinés présentent de petits congés (environ 0,2), ce qui diffère de la conception. Il faut en tenir compte pour s'assurer que la structure n'est pas affectée. Si les pièces en plastique ont des congés dessinés aux angles morts, l'usure des électrodes est réduite et les congés usinés finaux correspondent étroitement à la conception.

Principe de la conception des congés

1. Assurer l'uniformité de l'épaisseur des parois aux angles

Pour maintenir une épaisseur de paroi uniforme, le rayon extérieur 𝑅 dans les coins doit être égal au rayon intérieur 𝑟 plus l'épaisseur de paroi 𝑡. Il est recommandé que le rayon intérieur minimal ne soit pas inférieur à 0,5 mm. Pour les chanfreins, afin de maintenir une épaisseur de paroi absolument uniforme, le chanfrein extérieur doit être décalé de l'épaisseur de paroi 𝑡 pour former le chanfrein intérieur.

2. Faciliter le traitement des moules grâce à la conception des congés

Les congés au niveau des plans de joint compliquent la configuration du moule. Au niveau du congé du plan de joint, la cavité doit être transférée dans l'autre moitié du moule, ce qui augmente les coûts d'usinage et risque de créer des lignes de joint qui affectent l'aspect de la pièce en plastique. Par conséquent, à moins que cela ne soit nécessaire, les congés au niveau des plans de joint doivent être évités.

Dans l'image suivante, la surface de séparation du modèle original, avec de petits filets, complique le traitement et le polissage ultérieur. La conception optimisée supprime les filets de la surface de séparation.

En outre, chaque fois que les cavités et les noyaux du moule se rencontrent pour former des trous ou d'autres caractéristiques dans les pièces, ces questions se posent et doivent être prises en compte dans la conception.

3. Éviter les défauts visuels dans les pièces en plastique grâce à la conception des congés

Pour les éléments structurels internes tels que les nervures, les bossages de vis et les boutons-pression reliés aux parois principales, les filets doivent être soigneusement étudiés. Les filets dans ces zones peuvent provoquer un épaississement localisé du matériau, entraînant des marques d'enfoncement à la surface. Si les filets sont nécessaires pour la résistance, il faut d'abord réduire le matériau avant de procéder au filetage. Par exemple, une méthode typique pour réduire la matière dans les bossages de vis consiste à créer une forme de "cratère".

4. Opérations logicielles pour la conception des congés

1). Ajout des filets en dernier dans le calcul des structures

• Bénéfice 1: Améliore la vitesse globale de modélisation dans le logiciel.
• Bénéfice 2: Évite de devoir retirer les filets lors de la création de l'angle de dépouille.

2). Évitez d'utiliser une seule commande pour créer tous les filets. Regroupez les filets par type ou par taille uniforme pour faciliter les modifications ultérieures.

3). Utilisation flexible du "filet complet

Galerie de différents modèles de congés et de chanfreins