Types de métaux que les machines-outils à commande numérique peuvent usiner
Les machines-outils à commande numérique (CNC) trouvent de nombreuses applications dans le traitement des métaux. La dureté, l’usinabilité et les applications varient considérablement d’un métal à l’autre. On peut généralement classer les métaux usinables comme suit :
1. Métaux ferreux
Ce type de métal est le plus souvent utilisé dans la fabrication mécanique, bénéficie d’une solide expérience en matière de traitement et convient à divers procédés CNC.
- L’acier au carbone, comme l’acier Q235 et 45, présente un équilibre entre résistance et usinabilité, et est souvent utilisé dans les pièces structurelles et les pièces mécaniques générales.
- Les aciers alliés, tels que le 40Cr et le 42CrMo, sont supérieurs en termes de résistance et de résistance à l’usure, ce qui les rend adaptés aux pièces soumises à des exigences de charge élevées.
- L’acier inoxydable, comme le 304 et le 316, possède une bonne résistance à la corrosion et est largement utilisé dans les industries alimentaires, médicales et chimiques.
- Fonte : notamment la fonte grise et la fonte ductile, elle possède de bonnes propriétés d’amortissement des vibrations et est souvent utilisée pour les pièces de machines-outils et d’équipements.
2. Métaux non ferreux
Les métaux non ferreux sont généralement légers et possèdent une bonne conductivité thermique, ce qui les rend très courants dans l’usinage de précision.
- Alliage d’aluminium : léger et facile à usiner, adapté à la plupart des machines-outils CNC, et l’un des matériaux les plus courants dans l’usinage CNC.
- Les alliages de cuivre, tels que le laiton et le bronze, possèdent une bonne conductivité électrique et une bonne résistance à l’usure, et sont souvent utilisés dans les pièces électriques et les composants de précision.
- Alliages de titane : Haute résistance et résistance à la corrosion, mais difficiles à usiner, et souvent utilisés dans les domaines aérospatial et médical.
- Alliages de magnésium : faible densité, adaptés aux pièces nécessitant un allègement important.
3. Métaux à usage spécial
Ces types de matériaux nécessitent généralement des équipements performants et un contrôle rigoureux des processus.
- Alliages haute température : principalement utilisés dans les composants clés soumis à des environnements de haute température et de forte charge.
- Alliages durs : Dureté et résistance à l’usure extrêmement élevées, principalement utilisés pour la fabrication de moules ou de pièces résistantes à l’usure.
- Les métaux précieux, tels que l’or et l’argent, sont couramment utilisés dans la fabrication de pièces électroniques ou de précision.
En général, la plupart des métaux couramment utilisés peuvent être usinés par des machines-outils à commande numérique (CNC). L’essentiel est de choisir la configuration de la machine-outil et la méthode d’usinage appropriées en fonction des caractéristiques du matériau, ce qui constitue la base du contrôle ultérieur du processus et de la qualité.
Comment usiner le métal à l’aide de machines-outils à commande numérique
L’usinage des métaux à l’aide de machines-outils à commande numérique (CNC) est essentiellement un processus qui va de la définition précise des exigences à une exécution stable. La clé ne réside pas dans la complexité des opérations, mais dans la clarté du processus et la bonne exécution de chaque étape. Il peut généralement être réalisé en plusieurs étapes :
1. Définir les exigences de traitement
Avant l’usinage, vérifiez les informations essentielles de la pièce : type de métal, dimensions requises, degré de précision et exigences particulières de finition de surface. Cette étape est cruciale pour bien comprendre la pièce à fabriquer et ainsi éviter des modifications ultérieures.
2. Sélectionner une machine-outil CNC adaptée
En fonction de la structure de la pièce et de la méthode d’usinage, déterminez s’il convient d’utiliser un tour CNC, une fraiseuse CNC ou un centre d’usinage, et vérifiez si la course, la puissance et la précision de la machine-outil répondent aux exigences de traitement des métaux.
3. Préparer et fixer la pièce à usiner.
Fixez la matière première métallique à un dispositif de fixation approprié, en veillant à un serrage ferme et stable. La fiabilité du serrage influe directement sur la sécurité et la régularité dimensionnelle du processus d’usinage.
4. Installez les outils de coupe et terminez le réglage des outils.
Installez les outils de coupe appropriés conformément aux exigences d’usinage, effectuez le réglage des outils et définissez la référence d’usinage correcte. Cette étape a pour but de permettre à la machine-outil de déterminer avec précision la relation spatiale entre les outils de coupe et la pièce à usiner.
5. Préparer et vérifier les procédures de traitement.
Le programme d’usinage CNC est élaboré en fonction de la structure de la pièce. Avant l’usinage proprement dit, il est vérifié ou exécuté à blanc afin de s’assurer de l’absence de problèmes manifestes au niveau de la trajectoire de l’outil et de la séquence d’usinage.
6. Démarrez le traitement et observez l’état de fonctionnement.
Une fois le mode d’usinage automatique activé, vérifiez que la machine-outil fonctionne correctement et que la coupe est normale, afin de garantir que l’ensemble du processus d’usinage se déroule dans des conditions maîtrisables.
7. Après traitement, inspecter les pièces.
Après traitement, la pièce est retirée et ses dimensions et son aspect de base sont vérifiés afin de confirmer qu’elle répond aux exigences attendues avant de passer à l’étape suivante ou à un traitement ultérieur.
Ce procédé est applicable à la plupart des scénarios d’usinage CNC des métaux courants, l’accent étant mis sur la standardisation des opérations et la réduction des erreurs, jetant ainsi les bases d’un contrôle de précision ultérieur et d’une stabilité de la qualité.
Processus de travail des métaux des machines-outils à commande numérique
Dans les machines-outils à commande numérique, l’usinage des métaux suit généralement un processus standardisé et reproductible. Ce processus vise à garantir l’efficacité de l’usinage, la constance dimensionnelle et la stabilité de la qualité. Il peut généralement être divisé en plusieurs étapes :
1. Confirmation des exigences de traitement
Avant l’usinage proprement dit, il est nécessaire de préciser le type de métal, la structure de la pièce, ses dimensions et les exigences de précision. Cette étape détermine le type de machine-outil, la méthode d’usinage et la complexité du processus.
2. Planification des processus
Élaborer un plan d’usinage basé sur les caractéristiques des pièces, y compris la séquence d’usinage, la division entre l’ébauche et la finition, et si un bridage multiple ou un usinage multiface est nécessaire, afin de prendre les dispositions générales pour l’usinage proprement dit.
3. Programmation CNC et planification de trajectoire
Le programme CNC est généré sur la base du plan de processus, et la trajectoire de l’outil, la séquence d’usinage et les paramètres de coupe de base sont déterminés pour garantir que la machine-outil puisse effectuer la coupe du métal de la manière prévue.
4. Essai de fonctionnement et confirmation du processus
Avant le traitement formel, effectuez des vérifications de programme ou des essais pour vérifier si le chemin de traitement est raisonnable et pour éviter les interférences, les collisions ou les risques de traitement évidents.
5. Exécution du traitement formel
Une fois le processus validé, la phase d’usinage proprement dite commence. La machine-outil effectue la découpe du métal conformément au programme établi, en veillant particulièrement à la stabilité de l’usinage.
6. Fin du traitement et confirmation des résultats
Une fois le traitement terminé, un contrôle de base est effectué sur les pièces afin de confirmer que leurs dimensions et leur aspect répondent aux attentes avant de passer à l’étape de traitement ou d’assemblage suivante.
Ce procédé est applicable à la plupart des applications d’usinage CNC des métaux. Son principal atout réside dans sa clarté et la maîtrise de ses étapes, garantissant ainsi une base solide pour un contrôle de précision ultérieur et une optimisation de la qualité.
Précautions courantes pour l’usinage des métaux par machines-outils à commande numérique
Lors de l’usinage des métaux sur machines-outils à commande numérique, même avec une procédure optimisée, une mauvaise gestion des détails peut facilement affecter le résultat. Voici quelques points importants à prendre en compte lors de l’usinage :
1. Détermination des propriétés des matériaux métalliques
La dureté, la ténacité et la conductivité thermique des différents métaux varient considérablement. Avant toute transformation, il est indispensable de bien comprendre les propriétés du matériau et d’éviter d’appliquer la même méthode de traitement à tous les métaux.
2. Adaptation des outils et des matériaux
Le matériau et la structure de l’outil de coupe doivent être adaptés au type de métal. Un outil inadapté peut facilement entraîner une usure prématurée, une coupe irrégulière et même nuire à la qualité des pièces.
3. Contrôle des paramètres de coupe
La vitesse de coupe, l’avance et la profondeur de passe doivent être maintenues dans une plage raisonnable. Des valeurs trop élevées ou trop faibles peuvent entraîner une baisse de l’efficacité d’usinage ou une précision instable.
4. Chaleur et déformation pendant le traitement
La transformation des métaux génère de la chaleur. Si elle n’est pas correctement maîtrisée, elle peut entraîner une déformation ou un écart dimensionnel de la pièce. Il est donc essentiel de porter une attention particulière au refroidissement et au rythme de traitement.
5. Stabilité et répétabilité du serrage
Un serrage inadéquat ou un positionnement incohérent peuvent facilement entraîner des écarts dimensionnels, notamment lors de serrages multiples ou de traitements par lots.
6. Observation continue de l’état de traitement
Pendant l’usinage, il convient de prêter attention au bruit de coupe, à l’état des copeaux et au bon fonctionnement de la machine-outil. Toute anomalie doit être détectée et corrigée sans délai.
Ces précautions sont simples, mais elles déterminent souvent la stabilité du processus et la fiabilité du produit fini. Ce sont des aspects fondamentaux qu’il convient de ne pas négliger dans l’usinage des métaux par machines-outils à commande numérique.
Cas d’application de l’usinage des métaux par machines-outils à commande numérique
Les machines-outils à commande numérique (CNC) sont largement utilisées dans l’usinage des métaux, dans de nombreux secteurs et pour différents types de pièces. Voici quelques exemples d’application clés pour mieux comprendre l’intérêt pratique de l’usinage CNC :
1. Fabrication automobile
- Composants du moteur : tels que le bloc-cylindres, la culasse, le vilebrequin, la bielle, etc., usinage de pièces complexes de haute précision.
- Carter de boîte de vitesses : Fraisage, perçage, alésage et autres procédés pour garantir la qualité dimensionnelle et de surface.
- Éléments structurels de la carrosserie : Les grandes pièces telles que le châssis, les longerons et les traverses nécessitent un usinage CNC de grande course et de haute précision.
- Les composants des véhicules à énergies nouvelles, tels que les plateaux de batterie et les carters de moteur, doivent répondre à des exigences élevées en matière d’homogénéité des matériaux.
2. Aérospatiale
- Fuselage et ailes : Des plaques en alliage d’aluminium ou en alliage de titane sont découpées et usinées, ce qui exige une grande précision et une grande stabilité.
- Aubes de moteur : Les surfaces courbes complexes des alliages de titane et des alliages haute température à base de nickel sont principalement usinées à l’aide de machines CNC à cinq axes.
- Train d’atterrissage et fixations : pièces de haute précision et de haute résistance, nécessitant un contrôle strict de la rigidité de la machine-outil et de la stabilité thermique pendant l’usinage.
3. Construction navale
- Éléments structurels de la coque : découpe et fraisage de grands composants tels que les plaques de coque, les nervures et les quilles.
- Composants des systèmes de propulsion marine : usinage de précision des composants clés tels que le bloc moteur diesel, le vilebrequin et l’hélice.
- Équipement des composants : Traitement par lots et efficace des pièces métalliques telles que les structures de cabine et les supports de tuyauterie.
4. Fabrication de moules
- Moules d’injection : L’usinage de précision des cavités et des noyaux assure des surfaces courbes complexes et une grande précision dimensionnelle.
- Usinage des matrices d’emboutissage : usinage des arêtes de coupe des poinçons et des matrices pour assurer leur durée de vie.
- Moules de fonderie sous pression : polissage et finition des cavités pour améliorer la qualité du moule.
5. Engins de chantier
- Les éléments structurels de grande taille, tels que les flèches, les bras et les châssis des excavatrices, subissent un usinage grossier et fin.
- Composants hydrauliques : vérins hydrauliques, corps de vannes, nécessitant une précision et une qualité de surface élevées.
- Composants de transmission : engrenages, pignons, arbres de transmission, assurant précision et performance de la transmission.
6. Fabrication d’équipements électriques
- Pièces du générateur : fraisage et perçage du rotor et du stator.
- Composants du transformateur : noyau, support d’enroulement, usinage de haute précision.
- Pièces pour équipements de transmission de puissance : supports d’isolateurs, boîtiers de parafoudres, adaptés à la production en série.
7. Transport ferroviaire
- Composants structurels de la carrosserie : châssis, panneau de toit, panneaux latéraux, garantissant la précision dimensionnelle et la qualité de surface.
- Composants du bogie : essieux montés, boîtes d’essieu, disques de frein ; un usinage de haute précision garantit la fiabilité.
- Pièces de garniture intérieure : Usinage haute performance de pièces métalliques telles que les supports de sièges et les accoudoirs.
8. Dispositifs médicaux
- Instruments chirurgicaux : forceps, ciseaux, pinces, nécessitant une grande précision et une excellente qualité de surface.
- Dispositifs implantables : échafaudages osseux en alliage de titane et implants dentaires, fabriqués avec une grande précision et une propreté irréprochable.
- Pièces détachées pour équipements médicaux : composants structurels métalliques et pièces de transmission pour équipements tels que les scanners CT et IRM.
9. Appareils électroniques et électriques
- Cadre de téléphone portable : Alliage d’aluminium ou acier inoxydable, usiné avec précision, percé et taraudé.
- Dissipateurs thermiques : les dissipateurs thermiques du processeur et de l’alimentation nécessitent un usinage de précision et une apparence de haute qualité.
- Connecteurs : Garantissent la précision dimensionnelle et la performance des contacts, permettant une production en série.
10. Fabrication d’équipements métallurgiques
- Pièces détachées pour laminoirs : cylindres, bâtis de laminoir, haute précision et résistance garanties.
- Pièces d’équipement de sidérurgie : composants de haut fourneau, de convertisseur et de four électrique, nécessitant une grande stabilité pendant le traitement.
- Composants d’équipements de traitement des métaux : pièces de cisailles, de presses plieuses et de poinçonneuses, garantissant une fabrication efficace et précise.
Résumer
Les machines-outils à commande numérique (CNC) jouent un rôle irremplaçable dans l’usinage des métaux. En choisissant judicieusement les machines-outils, les outils de coupe et les procédés d’usinage, il est possible d’obtenir un usinage de haute précision et à haut rendement sur divers métaux. De la sélection des matériaux aux procédures d’utilisation, en passant par les précautions à prendre et les applications pratiques dans différents secteurs industriels, la maîtrise de ces points clés permet aux entreprises et aux opérateurs d’améliorer leur productivité, de garantir la qualité d’usinage et d’exploiter pleinement le potentiel de l’usinage CNC.