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Comment évaluer et économiser les coûts du moulage par injection (y compris le calculateur de coûts de cavité et de moulage .xlsx)

 

Cet article est destiné à ceux qui veulent vraiment comprendre pourquoi le moulage par injection peut être si coûteux et comment les entreprises de moulage par injection déduisent leurs prix de service. Le but de cet article est d'alléger le fardeau de l'anxiété des ingénieurs commerciaux qui doivent indiquer le coût du projet lorsqu'ils reçoivent des appels d'offres non professionnels, ainsi que le désagrément de la partie adverse qui se demande si elle doit indiquer ou non le budget du projet.

 

What you will learn (an infographic overview):

 
Cost of injection molding

 

 

Commencer par l'essentiel

Nous supposons que le lecteur a une connaissance approfondie des définitions et procédures courantes du moulage par injection. Si ce n'est pas le cas, parcourez ces sujets :

 
  • Qu'est-ce que le moulage par injection ?

Le moulage par injection est une technologie de production en série où des palettes thermoplastiques fondues sont injectées dans les moules. Le plastique refroidi se solidifie et lorsque le moule s'ouvre, il est éjecté sous la forme d'une toute nouvelle pièce en plastique. Cliquez ici pour en savoir plus.

  • Qu'est-ce que le moulage et l'outillage ?

L'outillage est le processus d'usinage du moule. Le moule est une pièce conçue en 3D « soustraite » ou sculptée à partir d'un bloc de métal (généralement de l'acier ou de l'aluminium). Il est évident que la majeure partie du savoir-faire en matière d'ingénierie est concentrée à ce stade. La fabrication du moule est au cœur de la technologie du moulage par injection et représente donc la plus grande partie des coûts d'ingénierie non récurrents.

  • What is cavity and core?

Since mold has two sides core and cavity take place in one or another. They are used to shape the injected plastic. In other words, the core forms the internal shape of the part and the cavity - external. It is worth to mention that by default cavity numbers can be distributed only in such a way: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 48… This is because only than equal runner distances are possible for equal pressure distribution.

Disclaimer

This paper is used for understanding of the principle of injection molding pricing calculation. The examples given and calculations are simplified and may lack many factors which can change the results drastically as each project might have very unique parameters to include. Nevertheless, the paper is more than enough to familiarize customers with injection molding pricing method and is prepared for customization according individual needs.

Heading to the optimum

Just by a single look to the above infographic it becomes clear that estimating injection molding costs includes many variables. How not to get lost in this pile of varying factors and find the optimal solution for the buyer and seller – set an equilibrium cost/price correctly for both parties involved? As every mathematical problem or calculation should start with some reference point, this case is no other and the process starts with input variables setting.

Les contraintes du projet et de la machine

 
 
 

Dans ce cas particulier, on part du principe que les besoins du client constituent le point de départ. Le client fournit l'appel d'offres où l'énorme chaîne de processus commence à bouger et à s'influencer mutuellement. Idéalement, le client réputé devrait fournir ces informations à ses sous-traitants :

  1. Intervalle de quantité de production

  2. Délai de livraison

  3. Fourchette budgétaire

  4. Dessins CAO des pièces

  5. Matériau utilisé spécifié

  6. Tolérances spécifiées

  7. Finition de surface spécifiée

Le budget. Vraiment ? (hors sujet)

 

Il semble qu’annoncer la fourchette budgétaire pourrait être synonyme de perdre l’avantage dans la négociation. Cependant, les clients expérimentés savent que dans le cas de projets complexes, l’établissement d’un devis peut être très long simplement parce que l'entreprise de moulage essaie de fournir des alternatives budgétaires A, B et C. Par exemple, le budget peut diminuer considérablement en éliminant les encarts automatisés au prix d'un délai d'exécution ou simplement en augmentant le nombre de cavités de moulage (voir ci-dessous).  Alors, comment l'entreprise de moulage doit-elle savoir quelles sont les préférences et les plans futurs de l'entrepreneur ?

 

En outre, les clients expérimentés connaissent toujours les fourchettes de prix et peuvent à tout moment établir des budgets avec des marges de manœuvre pour les négociations. Ce qu'il faut retenir ici, c'est que, dans l'idéal, le client et le prestataire de services devraient tous les deux mener des négociations professionnelles et transparentes où le devis ne représente qu'un solide point de départ. La transparence des prix devrait garantir que les actionnaires du projet recherchent les processus de fabrication et les objectifs de réalisation les plus efficaces et les plus avantageux pour tous, et non des objectifs purement financiers.

 

 

Three main input values (back to-topic)

 

Les contraintes du projet (informations provenant de l'appel d'offres) nous permettent de déduire 3 variables d'entrée principales :

 

  • Intervalle de quantité de production (par exemple, 20k-50k pièces)

  • Intervalle de délai de livraison (par exemple, 1-2 mois)

  • Fourchette de coût du projet (par exemple, 1000-5000 EUR).

 

Il devient intuitivement clair que ces données d'entrée initiales sont le point de départ de tout le calcul du coût/prix du moulage par injection. Le mouliste dispose de toutes les informations dont il a besoin : quantité, temps et fourchette de prix. Cependant, pour fournir au client un devis optimal, il reste encore un facteur important à évaluer.

 

 

Quatrième valeur d'entrée principale (calcul de la cavité de moulage)

 

Les 3 autres valeurs d'entrée de l'appel d'offres (dessin de la pièce, matériau, tolérances) sont limitées par des contraintes de la machine et toutes ces dépendances entrelacées contribuent à l'estimation de la prochaine entrée très importante - le nombre de cavités de moule :

 
 
 

1. [Dessins de la pièce + matériau] -> [surface de projection + pression] -> force de serrage -> quantité de cavités

A1 - surface de projection d'une cavité et d'un canal ;

Fn - force de serrage nécessaire pour n cavités ;

Fm - force de serrage de la machine ;

f - coefficient (déduit empiriquement) ;

Qn - nombre de cavités (Qn = 1, 2, 4, 8, 16, 32, 48) ;

Qmax - nombre maximal de cavités limité par la taille de la machine.

Contraintes :

Fn≤Fm ;

1<Qn≤Qmax ;

Qmax=16 ;

 

Solution :

 

Fn=PA1fQn => PA1fQn<Fm => Qn<Fm/PA1f ;

Fm=60t ;

1<Qn≤16 ;

Qn<60(t)/2(t/cm2)*3(cm2)*1;

1<Qn≤10;

 

Réponse :

 

Qn=1, 2, 4, 8.

2. Dessins de la pièce -> volume de la pièce -> taille de grenaille -> nombre de cavités

 

V - volume de la pièce + volume du canal

Vmax - volume maximal de grenaille

Qn - nombre de cavités (Qn = 1, 2, 4, 8, 16, 32, 48)

Qmax - nombre maximal de cavités, limité par la taille de la machine

 

Contraintes :

 

QnV≤Vmax

1<Qn≤Qmax

 

Solution :

 

Qn<Vs/V

Vs=80cm3

Qn<80cm3/10cm3

1<Qn≤8

 

Réponse :

 

Qn=1, 2, 4, 8.

3. Matériau -> plasticité -> quantité de cavités (par exemple, 1-16)

Déterminé expérimentalement.

4. Tolérances -> nombre de cavités (par exemple, 1-16)

Déterminées expérimentalement.

La réponse est 1 à 8 cavités

Les contraintes du projet combinées aux contraintes de la machine déterminent le quatrième intervalle de valeurs - le nombre de cavités de moulage. Il faut bien comprendre qu'en raison des contraintes de la machine, le nombre maximal de cavités de moulage est la limite minimale définie par les contraintes de la machine (comme dans l’exemple ci-dessus : 1-8).

 

Pourquoi est-il si important ? La variation du nombre de cavités de moulage affecte considérablement le budget du projet lorsque le volume de fabrication augmente. Ainsi, la variation de ces 4 valeurs d'entrée et des cavités de moulage permet de fournir un devis optimal au client.

 

Traitement de surface - le dernier mais non le moindre

Même si la finition de la surface ne limite ni n'affecte le calcul du nombre de cavités, elle devient extrêmement importante lorsque les coûts d'outillage sont calculés (voir ci-dessous). Il est très important que le client la spécifie, car les coûts d'outillage peuvent être affectés de 10 à 30 %.

 

Résumé

 

En utilisant les données fournies par le client et les contraintes de la machine, quatre intervalles d'entrée principaux sont déduits :

 

  • Intervalle de quantité de production

       (par exemple, 20k-50k pièces)

  • Intervalle de délai de livraison (par

       exemple, 1-2 mois)

  • Fourchette de coût du projet (par exemple,

      1000-5000 EUR).

  • Cavités de moulage (par exemple, 1 à 8)

 

 

 

Comme les appels d'offres du client ne sont pas toujours aussi informatifs ou comportent des fourchettes de prix plus larges, il incombe au prestataire de services de trouver et de proposer le devis optimal pour le client. Proposer un devis optimal à l'intérieur de ces fourchettes lorsque tant de facteurs variables entrent en jeu n'est pas une tâche facile pour le mouleur par injection.

 
 

 

Valeurs dépendantes, indépendantes et de contrôle

Pour plus de simplicité, le délai de livraison n’est pas inclus dans les calculs. Il est supposé que chaque projet est réalisé de la manière la plus efficace possible et à pleine capacité. Les projets seront donc terminés aussi vite que la capacité de production le permet, mais pas plus vite ni plus longue que ce que le client exige.

 

En bref, l'optimum dans ce cas est celui où l'on trouve la valeur minimale d'une fonction de plusieurs variables soumise à un ensemble de contraintes. Oui, il s'agira d'une représentation graphique. Comme le paramètre de la cavité de moulage est le seul qui peut varier, il sera une variable indépendante (axe des x). Comme le résultat le plus important que nous recherchons est le coût du projet, il sera une variable dépendante (axe des y) et pour les valeurs de contrôle, la quantité de production sera définie.

Coût du moulage par injection

Enfin, le calcul du coût du moulage et sa relation avec le volume de production et le nombre de cavités seront révélés. Pour cela, il faut d'abord comprendre que le prix du moulage par injection comprend plusieurs aspects :

 

  • Coûts des matières premières

  • Coûts de fabrication du moule (outillage)

  • Coûts fixes d'exploitation de la machine

  • Autres coûts de fabrication (par exemple, mise en place du moule, post-production...)

 

Ces catégories de coûts de moulage sont elles-mêmes fortement influencées par les valeurs d'entrée primaires :

 

  • Dessins de la pièce -> difficulté de la pièce -> coûts d'outillage

  • Choix des matériaux -> coûts des matières premières

  • Force de serrage -> coûts d'exploitation de la machine

  • Finition de surface -> coûts d'outillage

  • etc.

 

Pour les tâches complexes, l'approche « un pas à la fois » est toujours la meilleure solution. Pour bien comprendre, veuillez étudier et utiliser ce calculateur Excel du coût du moulage par injection en parallèle avec cet article :

 

 

 

Coût des matières premières

Coût des matières premières contre Cavités à différents volumes de production

 
 
 
 
Raw material for injection molding calculation
 

À première vue, les données du graphique semblent trompeuses. Plus de cavités signifient plus de matériau utilisé, il semble donc que les courbes devraient être un peu plus pentues. Mais en regardant de plus près le processus de moulage par injection, il devient clair que plus de cavités signifie moins de grenailles. Ces données montrent que même si plus de cavités utilisent plus de matière, moins de cycles utilisent moins de matière, donc dans le résultat global la matière utilisée diminue lorsque le nombre de cavités augmente. Il s'agit maintenant de déterminer les paramètres géométriques des canaux - si les courbes seront aplaties ou raides.

Coût de fabrication du moule

 

Pour mieux comprendre la relation, téléchargez le calculateur Excel avec le graphique ci-dessus (feuille 2) :

Coût des matières premières contre Cavités à différents volumes de production

Mold making cost

 

Cette relation linéaire entre le nombre de cavités et le coût du moule semble évidente. Le volume de production n'affecte pas le prix de fabrication du moule parce que le moulage n'est pas lié au volume jusqu'à la durée de vie du moule. L'outillage est donc le coût d'ingénierie non récurrents (NRE) minimal pour lancer la production. Pour estimer le coût du moulage, plusieurs données d'entrée sont nécessaires :

 

  • Temps fixe de démarrage (installation de la machine)

  • Coût des matières premières

  • Taux horaire de la machine et des opérateurs

  • Coût de la machine par heure (amortissement ou/et location)

  • Conception CAO

  • Temps fixe par cavité usinée (estimation empirique)

  • Niveau de difficulté (estimation empirique)

  • Finition de la surface

 

Tous ces facteurs doivent être tenus en compte pour estimer le prix de l'outillage pour le moulage par injection. Pour jouer avec les valeurs d'entrée et comparer différents prix, utilisez le calculateur Excel (feuille2).

Coûts de production (coûts de moulage)

 

Pour mieux comprendre la relation, téléchargez le calculateur Excel avec le graphique ci-dessus (feuille3) :

Coût du moulage contre Cavités à différents volumes de production

 
Molding cost (machine cost)

 

Le graphique ci-dessus montre l'impact considérable du nombre de cavités sur les coûts de fabrication.  Pour obtenir ce résultat, les valeurs d'entrée suivantes ont été utilisées :

 

  • Temps de cycle pour une cavité

  • Temps de cycle prolongé par cavité (dû à l'augmentation du volume de matière injectée)

  • Taux horaire d'utilisation de la machine

  • Coût de la machine par heure (amortissement ou/et location)

  • Consommables et autres coûts par heure

 

Il est intéressant de prêter attention au temps de cycle ici. Alors que les autres valeurs d'entrée restent plus ou moins les mêmes et sont fixes pour tout projet, le temps de cycle joue un rôle majeur dans les coûts de fabrication. Il est donc très important d'optimiser les processus de fabrication ainsi que les pièces elles-mêmes pour minimiser le temps de cycle. Pour voir dans quelle mesure les coûts de fabrication sont sensibles au temps de cycle, utilisez le fichier Excel téléchargé (feuille 3).

Coûts finaux du projet de moulage par injection

 

Pour mieux comprendre la relation, téléchargez le calculateur Excel ci-dessus (feuille 4) :

Coût du projet contre Cavités à différents volumes de production

 
Injection molding costs

Le coût total du projet ressemble beaucoup au graphique du coût de fabrication et à celui des matières premières, car le nombre de cavités affecte ces trois valeurs de la même manière. Cependant, la courbe des coûts d'outillage à pente positive entraîne à long terme une augmentation du coût de l'ensemble du projet. On constate que pour les grands volumes de fabrication, les points de flexion des courbes se déplacent vers la droite - l'impact de la réduction rapide des coûts due à l'augmentation du nombre de cavités reste plus long, car pour les petits volumes de fabrication, les coûts d'outillage représentent une charge plus importante.

Obtenir un devis - prix optimal du moulage par injection

Dans ce cas, nous avions donc des valeurs d'entrée pour commencer (sans tenir compte du délai de livraison) :

 

  • Intervalle de quantité de production (par exemple, 20k-50k pièces)

  • Fourchette de coût du projet (par exemple, 1000-5000 EUR)

  • Cavités de moulage (par exemple, 1 à 8)

Coût optimal du projet à différents volumes de production

 
Optimal Injection molding costs

 

En utilisant les données du graphique et les données d'entrée, on constate que le coût optimal du projet peut varier dans la région marquée en rouge pour différentes quantités de production. Cependant, il est également clair que le budget du projet est sous-estimé de quelque 1000 euros par le client et que la proposition la plus proche de l'appel d'offres serait la suivante :

 

6000 EUR pour 20000 pièces avec 4 à 8 cavités.

 

La fourchette de 4 à 8 cavités est adoptée car il n'est pas nécessaire de faire entièrement confiance aux données reçues. Le projet doit être évalué de manière globale et le gain très faible d'un nombre de cavités peut ne pas en valoir la peine. L'usinage d'outils de pièces complexes ou des problèmes imprévus lors de l'usinage peuvent en réalité entraîner des pertes considérables, d'où la nécessité d'utiliser un facteur de sécurité.

 

Les données ci-dessus montrent que le coût n'augmente guère avec le nombre de cavités pour de petits volumes de production. C'est une illustration parfaite de la puissance du moulage par injection dans une production à grande échelle et de l'économie d'échelle.

Le micro-moulage gagne en petites quantités

Il est évident, à la lecture de ce qui précède, que le moulage par injection est réservé aux gros volumes de fabrication. Le prototypage devient impossible avec le moulage par injection. Le principal obstacle à l'entrée dans le monde du moulage par injection est le coût élevé de l'outillage, qui ne disparaît que lorsque des centaines de milliers d'unités sont fabriquées.

Et s'il était possible de faire des économies considérables sur les coûts d'outillage et de machine ?

 

Le micro-moulage est une catégorie de moulage conventionnel utilisée pour la production en série de pièces en plastique. La principale différence est qu'il est utilisé pour mouler des pièces qui ne font que quelques fractions de gramme. Cependant, la technologie du micro-moulage peut s'avérer utile pour la production de petits volumes ou le prototypage, car les moules utilisés sont petits et fabriqués en aluminium. Cela permet de réduire les coûts et la durée de l'outillage de 2x pour le moulage de petites pièces en plastique. De plus, les machines de moulage sont petites, donc les coûts d'exploitation sont également faibles. De cette façon, la production en petites séries et le prototypage par moulage par injection deviennent possibles pour des budgets réduits. Si la pièce est suffisamment petite pour contenir 4 à 8 cavités dans le moule, la compétitivité du micro-moulage dans la production à grande échelle est comparable à celle des moulistes conventionnels.

 

>>Découvrez comment le micro-moulage permet une production deux fois plus rapide et deux fois moins chère<<

 

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