Guide DFM (Design for Manufacturing) pour la fabrication sur mesure de barres omnibus en cuivre afin de réduire les coûts

La conception pour la fabrication est la meilleure approche pour réduire les coûts et améliorer la qualité. De légères modifications apportées à la conception peuvent permettre de réduire les coûts de fabrication et les délais de production des barres omnibus en cuivre utilisées dans les systèmes de batteries de véhicules électriques (EV), les systèmes de distribution d’énergie et les applications liées aux énergies renouvelables. La sur-spécification constitue un problème courant chez de nombreux ingénieurs, qui définissent des caractéristiques trop exigeantes, augmentant ainsi la complexité de l’usinage sans apporter de valeur fonctionnelle. Vous pouvez ainsi mieux comprendre vos choix de conception et vos contraintes afin d’obtenir un design présentant les mêmes caractéristiques électriques et mécaniques, mais à moindre coût. De nombreux clients se sont déjà adressés à Kinto pour optimiser la conception de barres omnibus en cuivre destinées à la fabrication de pièces exigeant une haute précision et de faibles tolérances. Ce guide fournit des recommandations précieuses sur les principes de la conception pour la fabrication (DFM), qui ne génèrent aucun coût supplémentaire tout en garantissant la fiabilité des produits.

Simplifier les motifs et les espacements des perçages

Le perçage de trous est l’un des procédés les plus courants dans la fabrication des barres omnibus en cuivre, et chaque trou augmente le coût du processus. Chaque trou exige un temps de montage d’outillage, une usure des outils et une inspection. Pour réduire les coûts : limitez strictement le nombre de points de fixation ou de raccordement au strict nécessaire. Évitez également d’ajouter une multitude de petits trous qui exigeraient plusieurs changements d’outils ou des forets spéciaux. Prévoyez un espacement adéquat entre les trous, ainsi qu’entre les trous et le bord de la barre omnibus. Le cuivre étant relativement mou, placer des trous trop près du bord peut provoquer une déformation ou un déchirement lors du poinçonnage ou du perçage. En règle générale, les trous doivent être situés à au moins 1,5 fois l’épaisseur du matériau du bord, et l’espacement entre les trous ne doit pas être inférieur à l’épaisseur du matériau. Si la barre omnibus doit être plaquée, posez-vous la question suivante : devez-vous impérativement remplir entièrement toutes les ouvertures, ou un plaquage partiel convient-il à votre application ? Tous ces petits ajustements se traduisent par des économies substantielles en temps de cycle.

Optimiser les rayons de courbure en fonction des caractéristiques du cuivre

Le cuivre se comporte différemment de l’acier lorsqu’il est plié, et sa réaction varie considérablement selon l’alliage et le revenu. Si le rayon de courbure est trop faible pour l’alliage et le revenu souhaités, cela peut entraîner des fissures, des défauts de surface ou nécessiter des étapes supplémentaires de recuit, qui peuvent s’avérer longues et coûteuses. Le rayon de courbure optimal pour l’intérieur des plis, dans la plupart des applications de barres omnibus en cuivre, correspond à une à deux fois l’épaisseur du matériau lui-même. Pour les revenus plus doux (cuivre recuit), des rayons serrés sont possibles, mais dans les applications soumises à des vibrations, la résistance mécanique peut s’avérer insuffisante. Les revenus utilisés durant le procédé de fabrication pour obtenir un revenu plus dur ne se plient pas facilement et exigent généralement des rayons plus larges. Il est essentiel de collaborer dès le début du processus avec le fabricant afin de sélectionner le revenu approprié, qui équilibre conductivité électrique, résistance mécanique et aptitude à la mise en forme. Prenez également en compte le sens du pliage par rapport au sens de laminage de la tôle de cuivre : plier perpendiculairement au sens de laminage (plutôt que dans le même sens) réduit le risque de fissuration superficielle. Bien qu’une grande variété de géométries uniques puisse être réalisée à l’aide des machines de précision Kinto, celles qui « jouent le jeu » de la mise en forme naturelle du cuivre resteront toujours moins coûteuses.

Réduire les opérations secondaires grâce à une conception intelligente

Les opérations secondaires, telles que l’ébavurage, le masquage pour le placage et les passes supplémentaires, constituent un facteur de coût important. Si ces étapes sont réduites ou éliminées, une barre omnibus bien conçue remplira pleinement sa fonction. Évitez de spécifier des épaisseurs non standard nécessitant un laminage sur mesure ou un usinage de surface excessif. Ne masquez pas les sections souhaitées des parois en raison de la présence de pièges automatiques dans la solution de placage ou d’un masquage manuel. Si des connexions flexibles de barres omnibus sont requises, il peut être préférable d’intégrer des shunts stratifiés directement dans le corps principal de la barre omnibus, plutôt que d’utiliser des sauteurs flexibles complexes devant être soudés ou boulonnés au corps de la barre omnibus. Concevez des surfaces planes et continues afin de permettre un revêtement facile par ruban adhésif, peinture poudre ou gaine thermorétractable pour répondre aux exigences d’isolation. Les canaux étroits et les zones difficiles d’accès dues à des angles vifs nécessitent une finition manuelle. Des angles arrondis et des rayons généreux contribuent à réduire la concentration de contraintes et permettent également l’utilisation de procédés de finition automatisés.

Stratégie de tolérance qui équilibre précision et coût

Une tolérance plus stricte coûte toujours plus cher à produire. Cette augmentation n’est pas linéaire : réduire la tolérance de 0,10 à 0,05 peut faire augmenter les coûts d’usinage et d’inspection de plus de deux fois. Ne spécifiez pas une tolérance plus stricte que nécessaire. N’indiquez pas de tolérance sur une cote si celle-ci n’affecte ni la forme ni la fonction de la pièce. Certains composants, comme les barres collectrices de plusieurs unités qui peuvent se compenser par déformation lors de l’installation, n’ont pas besoin d’une précision positionnelle extrême sur leur longueur et leur largeur. Établissez un système de cotation et de tolérancement permettant d’utiliser les symboles du « Geometric Dimensioning and Tolerancing » (GD&T) et appliquez des tolérances uniquement aux caractéristiques critiques, telles que l’emplacement des trous de fixation ou les cotes relatives aux interfaces de montage. Cela évite de donner au fabricant l’impression erronée que toutes les caractéristiques exigent la plus haute précision. Les capacités de fabrication de Kinto sont très précises. Afin de produire des géométries sur mesure conformes à ces capacités, nous encourageons nos clients à appliquer des tolérances strictes uniquement là où cela est indispensable au bon fonctionnement. Les économies réalisées grâce à des tolérances plus larges peuvent être réinvesties dans d’autres types de matériaux, des composants haut de gamme ou des efforts accrus de prototypage. L’application de cette méthodologie « Design for Manufacturing » dès les premières étapes de conception vous permettra de réduire vos coûts globaux et d’obtenir des solutions économiquement performantes.