L'aluminium et ses alliages ont de nombreuses applications dans divers secteurs tels que les transports, l'ingénierie générale, l'électricité, la structure et la construction. Il est également utile dans la production de produits nationaux et pour l'emballage dans les secteurs chimique et alimentaire. L'aluminium, comparé à d'autres métaux, a une faible dureté et une valeur de dilatation thermique élevée. Cela rend la production de composants de précision en aluminium vulnérable à la déformation du produit.
Divers facteurs contribuent à la déformation des composants de précision en alliage d’aluminium. Ces facteurs incluent le matériau, l’environnement de fabrication, la forme de la pièce et les performances du fluide de coupe. Les méthodes suivantes permettent de réduire la distorsion des composants en alliage d'aluminium lors de l'usinage CNC :
1. Réduire la contrainte interne du matériau aluminium
La contrainte est définie comme la mesure des forces internes induites par les particules d'un matériau exerçant une pression les unes sur les autres. La déformation est une mesure de contrainte qui reflète le degré de déformation induit par la tension interne d'un matériau. La déformation d'un matériau est induite par des forces internes ou externes. Les forces externes appliquent une contrainte à la masse du matériau (par exemple, la gravité) ou à sa surface (par exemple, les forces de contact, la pression externe, le frottement).
La contrainte résiduelle est une forme courante de contrainte qui résulte généralement du processus de fabrication. Les contraintes résiduelles provoquent la plus grande distorsion dans les composants minces.
Certaines des méthodes les plus courantes pour relâcher la tension dans l’aluminium sont :
- Effectuer une série de coupes douces à mesure que le composant approche de sa taille finale. Le soulagement des contraintes de la pièce entre l'usinage d'ébauche et de finition peut également réduire ou éliminer la distorsion causée par les contraintes d'usinage.
- La libération des contraintes vibratoires (VSR) est également une autre méthode courante de réduction des contraintes. La VSR consiste à plier le métal avec une amplitude suffisante pour combiner les contraintes générées et résiduelles. Il en résulte un écoulement plastique, ce qui entraîne une réduction des tensions. Pour optimiser la quantité de réduction des contraintes, la VSR cible la fréquence de résonance du métal. Cette méthode de réduction des contraintes non thermique est utilisée dans le travail des métaux pour améliorer la stabilité dimensionnelle et l'intégrité mécanique. Elle est utilisée notamment pour l'aluminium moulé, forgé ou soudé. Des composants de précision avec des tolérances dimensionnelles ou géométriques exceptionnellement strictes sont fréquemment utilisés avec la VSR.
- La cryogénie est une autre méthode de soulagement des contraintes qui réduit la tension résiduelle tout en améliorant la résistance à l'usure et à la corrosion. Un objet en aluminium est placé dans une cuve spécifique et soumis à de l'azote liquide. Selon le type d'alliage et son épaisseur, la température descend jusqu'à -300°F et le métal y reste pendant une durée spécifique. La température est ensuite progressivement augmentée jusqu'à température ambiante. La méthode cryogénique est une alternative aux techniques de traitement thermique plus répandues. L'aluminium ainsi traité a moins de chances de se déformer et est plus solide et plus durable. D'autres avantages incluent moins de fissures sous contrainte, un coefficient de frottement plus faible et une résistance accrue aux chocs. Les pièces traitées de cette manière se prêtent mieux à l’usinage et au redressage, et les pièces terminées ont une durée de vie plus longue.
- Méthodes de traitement thermique de l'aluminium
- Recuit. Les alliages d'aluminium sont souvent écrouis au début du cycle de fabrication. La déformation plastique délibérée d’une pièce est souvent décrite comme un écrouissage. L'écrouissage modifie la structure cristalline à l'intérieur du métal et est ensuite réinitialisé par recuit. Le métal est chauffé pendant trois heures maximum, à des températures allant de 570 °F à 770 °F. Cela réduit la tension causée par le processus d'écrouissage et aide à résoudre la déformation et d'autres difficultés.
- Le traitement thermique en solution est un autre type de traitement thermique. Le métal est immergé dans une solution à haute température (entre 825°F et 980°F) puis trempé pour refroidir rapidement la substance. Ce piège dissout les composants qui précipitent ensuite, ce qui entraîne un effet de durcissement par vieillissement. Le métal est facile à travailler juste après la trempe, mais il durcit avec le temps et devient de plus en plus difficile à travailler.
2. Améliorer l'efficacité de coupe de l'outil.
Il est essentiel de choisir les bons outils de coupe pour réduire la déformation des composants lors de l’usinage. Le matériau de l’outil de coupe et les facteurs géométriques ont un impact significatif sur la force de coupe et la chaleur.
Les facteurs géométriques influençant l'efficacité de l'outil sont :
i. Angle avant
L'angle de coupe doit être soigneusement réglé pour préserver la résistance de la lame, sinon les bords tranchants se détérioreront. L'angle de coupe doit être suffisamment grand pour préserver la résistance du bord. D'une part, il peut être utilisé pour affûter les bords. D'autre part, il peut également réduire la distorsion de coupe, assurer une élimination en douceur des copeaux, puis réduire la force et la température de coupe. L'utilisation d'outils à angle de coupe négatif est déconseillée.
ii. Angle arrière
L'angle arrière a un effet significatif sur l'usure latérale et la qualité du traitement. Lors de la détermination de l’angle arrière, l’épaisseur de coupe est un facteur essentiel à prendre en compte. L'outil utilisé doit avoir des conditions de dissipation thermique appropriées, c'est pourquoi un angle de dépouille plus faible doit être utilisé. Cela est dû à la vitesse d'avance élevée, à la forte charge de coupe et à la production de chaleur élevée lors du fraisage grossier. Des arêtes vives sont nécessaires lors du fraisage fin pour diminuer le frottement entre le côté et la surface usinée ainsi que la déformation élastique. Par conséquent, un angle de dépouille plus large doit être choisi.
iii.Fin ou renouvellement d’un abonnement Angle d'hélice
L'angle d'hélice doit être aussi grand que nécessaire pour permettre un fraisage fluide et une force de fraisage inférieure.
iv. Angle de déviation principal
Un abaissement approprié de l'angle de déviation primaire peut améliorer les conditions de dissipation de la chaleur et abaisser la température moyenne de la zone de traitement.
3. Les techniques de serrage des pièces doivent être améliorées
Dans certains composants en aluminium à paroi mince et à faible rigidité, les méthodes de serrage décrites ci-dessous peuvent être utilisées pour réduire la déformation :
Mandrin autocentrant à trois mors
- Si un mandrin auto-centrant à trois mors ou un mandrin à ressort est utilisé pour serrer des composants de bagues d'usinage CNC à paroi mince dans la direction radiale, la pièce se déformera sans aucun doute une fois relâchée après le traitement.
Il convient d'adopter une méthode de pressage de la face d'extrémité axiale avec une bonne rigidité. Un mandrin fileté est fabriqué pour trouver le trou intérieur de la pièce en fonction de la position du trou intérieur de la pièce. Il doit être inséré dans le trou intérieur de la pièce. La face d'extrémité est comprimée avec la plaque de recouvrement et l'écrou est serré vers l'arrière, ce qui permet d'éviter la déformation de desserrage lors de l'usinage du cercle extérieur et d'obtenir une précision d'usinage.
- Sauf pour le traitement de composants en plaques à parois minces, il est conseillé d'utiliser des ventouses à vide pour obtenir une force de serrage plus uniformément répartie, puis de traiter avec une quantité de coupe plus petite pour éviter la déformation de la pièce.
Alternativement, des procédures de remplissage peuvent être utilisées. Pour augmenter la rigidité du processus des pièces à paroi mince, des fluides peuvent être introduits dans la pièce pour réduire la déformation de la pièce pendant le serrage et la coupe. Par exemple, on peut verser de l'urée fondue contenant 3 à 6 % de nitrate de potassium dans la pièce. Après le traitement, plongez la pièce dans de l'eau ou de l'alcool, puis dissolvez et égouttez le mastic.
4. Améliorer la conception des outils de coupe
Outils de coupe
- Réduisez le nombre de dents de la fraise tout en augmentant l’espace de rétention des copeaux.
Une plus grande surface de copeaux est nécessaire en raison de la plasticité élevée du matériau en aluminium et de la forte déformation de coupe pendant le traitement.
Ainsi, le rayon du fond de la cannelure à copeaux doit être plus grand, mais le nombre de dents de la fraise doit être plus petit. Le rayon du fond du réservoir doit être augmenté, tandis que le nombre de dents de la fraise est diminué. Pour minimiser la déformation des composants à parois minces en alliage d'aluminium due au blocage des copeaux, deux dents de coupe sont utilisées dans une fraise de 20 mm ou moins, et trois dents de coupe sont utilisées dans une fraise de 30 à 60 mm.
- Aiguisez finement les dents.
Le tranchant a une rugosité de Ra = 0.4 um ou moins. Avant d'utiliser un nouvel outil de coupe, quelques frottements doux avec de l'asphalte fin doivent être effectués sur l'avant et l'arrière des dents de la fraise pour éliminer les bavures ou les petites marques dentelées qui auraient pu subsister après le meulage des dents de l'outil. La chaleur de coupe est réduite et la distorsion de coupe est minimisée grâce à cette méthode.
- Contrôler la norme d'usure de l'outil aussi strictement que possible.
La rugosité de la surface de la pièce augmente avec l'usure de l'outil, ainsi que la température de coupe et la déformation de la pièce. Par conséquent, en plus de sélectionner des matériaux d'outil à forte résistance à l'usure, la norme d'usure de l'outil ne doit pas être supérieure à 0.2 mm, sinon des bords de copeaux sont facilement produits. Pour éviter toute déformation, la température de la pièce traitée ne doit pas dépasser 100 °C lors de la découpe à l'aide du fraisage CNC ou du tournage CNC.
5. Organiser le processus de production de manière appropriée
Les vibrations se produisent fréquemment lors du fraisage lors de l'usinage à grande vitesse en raison de la large surépaisseur d'usinage et de l'usinage intermittent. Cela affecte la précision de l'usinage et la rugosité de la surface. En conséquence, le processus de découpe CNC à grande vitesse est globalement classé comme suit : usinage grossier-usinage semi-finition-usinage des coins dégagés-finition. Il peut être indispensable d'entreprendre une deuxième étape de semi-finition avant la finition pour les pièces qui nécessitent un haut niveau de précision. Les pièces peuvent refroidir naturellement après un usinage grossier afin de réduire la tension et la déformation internes.
Après l'ébauche, la marge résiduelle doit être supérieure à la déformation, généralement de 1 à 2 mm. La surface de la pièce doit être homogène tout au long de la finition.
En général, maintenir l'outil stable pendant le processus de finition avec 0.2 à 0.5 mm est la meilleure technique pour réduire la déformation de coupe, obtenir une qualité de traitement de surface élevée et maintenir l'exactitude du produit.
Outre les raisons évoquées ci-dessus, la technique de fonctionnement est également critique en fonctionnement réel, et la bonne méthode de fonctionnement peut minimiser considérablement la flexion des composants en alliage d'aluminium.
6. Usinage symétrique
Pour améliorer la dissipation thermique et prévenir la déformation thermique dans les composants d'usinage CNC en aluminium avec des surépaisseurs d'usinage élevées, une concentration de chaleur extrême doit être évitée. Le traitement symétrique est une technique qui peut être utilisée pour ce faire.
Prenons le cas d'une plaque métallique de 90 mm d'épaisseur qui doit être réduite à 60 mm d'épaisseur. Même si chaque surface est traitée à la taille finale et que la surépaisseur d'usinage continue est considérable, si le côté fraisé est transféré instantanément à l'autre côté, la concentration de chaleur sera un problème et la planéité de la plaque d'alliage ne sera que de 5 mm
Cependant, si la technique de traitement symétrique est effectuée des deux côtés, chaque surface peut être traitée au moins deux fois de plus jusqu'à ce que la taille finale soit atteinte, ce qui est favorable à la dissipation thermique et la planéité peut être réglée à 0.3 mm.
7. Sélectionnez les paramètres de coupe appropriés
L'utilisation de paramètres de coupe adaptés permet de réduire la force de coupe et la chaleur de coupe qui en résulte. Lorsque les paramètres de coupe sont plus élevés que d'habitude dans le processus d'usinage mécanique, cela entraîne une force de coupe excessive. Une force de coupe excessive peut facilement provoquer une déformation des composants, ainsi qu'influencer la rigidité de la broche et la longévité de l'outil.
Parmi tous les paramètres de coupe, la profondeur de coupe arrière est celle qui a le plus d'impact sur la force de coupe. Il est essentiel de réduire le nombre d'outils de coupe pour éviter toute déformation des pièces. Cependant, cela entraîne une réduction de l'efficacité de l'usinage. Ce défi peut être résolu grâce au fraisage à grande vitesse de l'usinage à commande numérique.
L'usinage peut réduire la force de coupe et garantir l'efficacité du traitement en réduisant la profondeur de coupe arrière, en augmentant l'avance et en augmentant la vitesse de la machine.
8. Prenez note de la séquence du chemin de marche de l'outil de coupe
Les séquences de coupe pour l'ébauche et la finition doivent être distinctes.
L'usinage d'ébauche donne la priorité à l'efficacité de l'usinage et à l'objectif de taux d'enlèvement par unité de temps. Dans la plupart des cas, le fraisage inversé peut être utilisé. (Un laminoir inversé est un type de laminoir dans lequel la pièce à usiner passe entre une paire de rouleaux vers l'avant et vers l'arrière. Le laminoir inversé tire son nom du fait que l'acier va et vient entre les rouleaux, réduisant progressivement l'épaisseur. à chaque passage)
C'est-à-dire que l'excès de matériau à la surface de l'ébauche est éliminé aussi rapidement et efficacement que possible, et le contour géométrique requis pour la finition est essentiellement généré.
En matière de finition, l'accent doit être mis sur la précision et la qualité, et le fraisage doit être utilisé. L'épaisseur de coupe des dents de coupe diminue régulièrement du maximum à zéro lors du fraisage, ce qui réduit considérablement le degré d'écrouissage ainsi que le degré de déformation des composants.
9. Compression deux fois des pièces à parois minces
La force de serrage provoque une déformation lors du traitement des composants d'usinage CNC en aluminium. Avant d'atteindre la taille finale, la pièce pressée doit être relâchée et la pression doit être réduite pour lui redonner sa forme initiale. Ensuite, la deuxième pression doit être appliquée pour réduire la déformation de la pièce produite par le serrage.
La surface d'appui est l'endroit optimal pour le deuxième point de pression et la force de serrage doit être appliquée dans le sens de la rigidité maximale.
La force de compression doit être adéquate pour empêcher la pièce de se desserrer si tout est en ordre.
Cette procédure nécessite l'utilisation d'opérateurs qualifiés, mais elle peut garantir que les composants d'usinage CNC en aluminium traités soient déformés le moins possible.
10. Forage et fraisage
Le traitement des cavités dans les composants d'usinage CNC en aluminium présente son lot de défis. Chaque fois que la fraise est utilisée directement sur le composant, les copeaux de coupe ne seront pas lisses en raison du manque d'espace de fragmentation de la fraise. Cela provoque une énorme accumulation de chaleur de coupe, qui dilate et déforme les pièces d'usinage CNC en aluminium, et endommage également le composant ou l'outil.
Le perçage puis le fraisage constituent la meilleure technique pour résoudre ce problème.
Cela implique de percer un trou avec un outil non plus petit que la fraise avant de placer la fraise dans le trou pour commencer le fraisage.
11. Utiliser de l'huile de coupe spéciale pour alliage d'aluminium
L'huile de coupe spéciale est un type de fluide qui doit être utilisé tout au long du processus de découpe CNC pour la lubrification, le refroidissement et le nettoyage.
Plusieurs types de liquides de refroidissement peuvent être utilisés lors de l’usinage de l’aluminium.
Les mélanges solubles dans l'eau peuvent être utilisés avec succès pour disperser la chaleur lors de l'usinage grossier où l'enlèvement de matière est suffisant pour créer de la chaleur.
L'huile de phoque minérale pure, un mélange 50-50 d'huile de phoque minérale et de kérosène, un mélange de 10 % d'huile de saindoux et de 90 % de kérosène, et une huile minérale réduite de 100 secondes avec de l'huile de phoque minérale ou du kérosène sont d'autres huiles qui peuvent Soyez avisé.
Les nouvelles huiles de coupe utilisent généralement des additifs anti-usure sulfurisés extrême pression comme composants principaux. Cela est dû à l’amélioration continue des outils, équipements et processus de coupe à grande vitesse. Cela permet de protéger les outils dans le processus de coupe à ultra-haute vitesse, d'améliorer la précision du processus et l'efficacité de la coupe.
