Introduction
L'usinage des métaux a évolué de la découpe manuelle traditionnelle des métaux au micro-usinage au laser. L'usinage est un terme général qui fait référence à un large éventail de processus et de technologies utilisés dans la production.
Apprendre les bases de l’usinage des métaux est essentiel pour les nouveaux propriétaires d’entreprise et les futurs fournisseurs de pièces métalliques. La matière est retirée d'une pièce pendant le processus d'usinage. Le métal est façonné selon la conception souhaitée à l’aide de machines-outils électriques pour fabriquer des pièces ou des composants métalliques dans diverses applications. L'usinage peut également être effectué sur n'importe quelle pièce existante, comme une pièce forgée ou une fonderie de précision.
Dans cet article, vous en apprendrez davantage sur le processus d'usinage des métaux afin de pouvoir l'utiliser pour vous aider à choisir les meilleures procédures de fabrication pour vos produits et satisfaire les besoins et les préférences de vos clients.
Qu'est-ce que le Usinage des métaux
L'usinage des métaux est une technique industrielle de fabrication de composants, d'outils et de machines métalliques. Cela implique un certain nombre d’étapes pour produire la forme, le diamètre du trou, la taille, la texture et la finition appropriés du produit final.
Cela comprend également l'utilisation de machines-outils pour donner à une pièce une forme spécifique. Au cours du processus de fabrication, la plupart, sinon la totalité, des composants et des articles métalliques nécessitent une certaine forme d’usinage. D'autres matériaux, tels que les plastiques, le caoutchouc, le bois et les produits en papier, sont fréquemment usinés.
Types de technologies d'usinage
Technologie d'usinage par gravure
Et si nous vous disions qu’il existe plusieurs formes différentes de technologie d’usinage par gravure ? Des machines-outils de gravure et de soudage sont utilisées pour chauffer la pièce afin de la façonner. On sait qu’ils brûlent divers matériaux.
· Technologie de découpe laser
Les découpeuses laser fondent, brûlent ou évaporent les matériaux en émettant un faisceau lumineux étroit à haute énergie. Cette méthode est idéale pour graver des motifs ou transformer l’acier en une œuvre d’art solide. La découpe laser offre des avantages tels qu'une composition extrême et des finitions de service de haute qualité.
· Technologie d'oxycoupage
Pour couper et faire fondre les matériaux, ce type d’usinage utilise une combinaison d’oxygène et de gaz combustible. Les molécules de propane, d’hydrogène, d’essence ou d’acétylène étant extrêmement inflammables, elles sont généralement utilisées dans ce processus.
· Technologie de découpe plasma
Cet outil fonctionne en déclenchant un flux de plasma dans un arc électrique. En conséquence, les gaz inertes sont transformés en plasma. Bien entendu, lorsqu’il s’agit de plasma, celui-ci peut devenir extrêmement chaud au toucher.
Technologie d'usinage par érosion
Bien que les outils de combustion utilisent la chaleur pour éliminer l'excédent de matière, les machines à érosion utilisent de l'électricité ou de l'eau pour éliminer la matière de votre pièce.
· Technologie de découpe au jet d'eau
Les découpeuses à jet d’eau utilisent un jet d’eau sous haute pression pour couper une variété de matériaux. Pour dégrader les matériaux plus rapidement que jamais, mélangez simplement une forme de grain abrasif dans le jet d’eau. Les découpeuses au jet d'eau sont généralement utilisées sur des matériaux qui ont été déformés ou endommagés à la suite d'une exposition à la chaleur.
· Technologie d'usinage par électroérosion
Pour créer de minuscules cratères, des outils d'usinage par décharge électrique sont utilisés pour décharger des arcs électriques. Cela améliore la vitesse des « coupes complètes ». L'usinage par décharge électrique est également utilisé dans les applications qui nécessitent des formes complexes.
Les outils d'usinage par électroérosion peuvent également être utilisés pour couper des matériaux difficiles. Les outils d'usinage par électroérosion limitent le nombre d'alliages ferreux en utilisant un matériau de base pour conduire l'électricité.
Techniques d'usinage des métaux
- Tournant
- Fraisage
- Meulage
- Forage
- Forage Horizontaux
- Sciage
- brocher
- ECM/EDM
Tournant
Le tournage est l'opération la plus simple de la machine, qui consiste à serrer fermement une pièce sur une plaque tournante ou un mandrin. L'outil de coupe est maintenu contre la pièce dans un dispositif monté sur une glissière mobile pendant qu'elle tourne. La glissière peut être déplacée de haut en bas sur toute la longueur de la pièce, ainsi que plus près ou plus loin de la ligne centrale. Ces méthodes d'usinage simples sont parfaites pour enlever efficacement d'énormes quantités de matière. Un foret installé sur la contre-pointe peut également percer des trous précis le long de la ligne centrale de la pièce.
Sur le cercle extérieur d'un objet rond, des tours sont utilisés pour créer des formes concentriques. De nombreux éléments ronds ou circulaires sont fabriqués sur un tour, notamment les fentes, les rainures annulaires, les épaulements étagés, les filetages internes et externes, les cylindres et les arbres. Ils peuvent également générer des états de surface particulièrement lisses et homogènes.
Fraisage
Le fraisage diffère du tournage en ce sens que la pièce reste immobile pendant que l'outil de coupe tourne sur une broche. Dans la plupart des cas, la pièce est maintenue horizontalement dans un étau machine qui se déplace dans les directions X et Y. La broche se déplace dans les axes X, Y et Z et transporte une variété d'outils de coupe.
Une fraiseuse peut percer des trous et des alésages, mais elle est préférable pour éliminer la matière de pièces plus complexes et asymétriques. Les fraises sont utilisées pour créer des faces carrées/plates, des encoches, des chanfreins, des canaux, des profils, des rainures de clavette et d'autres éléments dépendant de l'angle. La majorité des opérations des machines-outils CNC sont réalisées par fraisage et tournage simultanés. Le liquide de coupe est utilisé pour refroidir la pièce et l'outil de coupe, les lubrifier et éliminer les particules métalliques dans toutes les opérations d'usinage des métaux.
Meulage
Le meulage est un processus d'usinage qui consiste à retirer une petite quantité de matière d'une pièce à l'aide d'une meule abrasive pour obtenir une finition fine. Le meulage peut également être utilisé pour texturer l’objet ou réaliser de légères coupes.
· Rectification de surface
Pour de nombreuses applications, une surface très lisse sur les objets métalliques est essentielle, et la meilleure méthode pour y parvenir est d'utiliser une meuleuse. Le broyeur est constitué d'un disque rotatif recouvert d'un grain abrasif grossier. La pièce à usiner est montée sur une table et est soit déplacée latéralement d'avant en arrière sous la meule abrasive, soit maintenue immobile pendant que la meule tourne. Naturellement, cette procédure ne peut être utilisée que sur des faces qui ne sont pas obstruées par des saillies dépassant de la surface.
Selon le matériau à meuler, différents types d'abrasifs sont utilisés. Étant donné que la chaleur et les contraintes mécaniques du processus de meulage peuvent endommager la pièce à usiner, il est important de maintenir la vitesse et la température de l'outil sous contrôle.
· Rectification cylindrique
Ce procédé consiste à effectuer des opérations de rectification de surface et de tournage. Une meule circulaire ou cylindrique est généralement tournée contre la surface de la pièce à usiner, tandis que celle-ci est maintenue immobile. Sur les diamètres intérieurs et extérieurs, les meuleuses cylindriques peuvent être utilisées sur toute la longueur de la pièce ou à des profondeurs partielles.
Cette procédure présente l’avantage de produire des tolérances extrêmement précises et exactes avec une texture de surface très lisse.
· Meulage optique
Ce procédé consiste à effectuer des opérations de rectification de surface et de tournage. Une meule circulaire ou cylindrique est généralement tournée contre la surface de la pièce à usiner, tandis que celle-ci est maintenue immobile. Sur les diamètres intérieurs et extérieurs, les meuleuses cylindriques peuvent être utilisées sur toute la longueur de la pièce ou à des profondeurs partielles.
Cette procédure présente l’avantage de produire des tolérances extrêmement précises et exactes avec une texture de surface très lisse.
Forage
L'alésage est le processus d'expansion de trous déjà percés ou coulés. L'alésage en ligne (l'une des deux extrémités soutenue par une barre d'alésage), l'alésage en arrière (perçage d'un trou dans la moitié arrière de la pièce) et l'alésage au tour sont tous des exemples d'alésage (agrandissement d'un trou avec un outil de coupe à un seul point pour créer trous coniques ou carrés)
L'alésage peut également être qualifié de méthode d'agrandissement de trous préalablement découpés dans une pièce. Le perçage peut être utilisé pour réaliser les premiers trous. L'alésage, contrairement au perçage, utilise un instrument de coupe à un seul point.
Forage Horizontaux
Le perçage est une méthode d'usinage qui utilise des forets pour créer des trous cylindriques dans des matériaux solides. C'est l'une des techniques d'usinage les plus importantes, car les trous créés sont souvent utilisés pour faciliter l'assemblage. Les perceuses à colonne sont les plus couramment utilisées, mais les tours peuvent également être utilisés. Le perçage est une phase de prétraitement dans la plupart des opérations de fabrication qui aboutit à des trous finis qui sont ensuite taraudés, alésés, alésés ou autrement modifiés pour produire des trous filetés ou amener les dimensions des trous dans des tolérances acceptables. Les forets coupent généralement des trous plus grands que leur taille nominale et des trous qui ne sont pas nécessairement droits ou ronds en raison de la flexibilité du foret et de son désir de rechercher le chemin de moindre résistance. Par conséquent, le perçage est généralement spécifié sous-dimensionné, avec un usinage pour obtenir le trou à sa taille finale.
Les forets utilisés étaient dotés de deux rainures hélicoïdales qui couraient le long de l'arbre. La « cannelure » transporte les pièces, ou copeaux, hors du trou lorsque le foret pénètre dans le matériau. Chaque type de matériau a une vitesse de perçage et une avance recommandées.
Sciage
Les métaux sont généralement sciés à l'aide de machines à tronçonner pour fabriquer des longueurs plus courtes à partir de barres, de formes extrudées et d'autres matériaux. Les scies à ruban, verticales et horizontales, ciselent le matériau avec des boucles continues de bandes dentées. La vitesse de la bande varie en fonction du matériau, certains alliages à haute température nécessitant une vitesse lente de 30 pieds par minute et des matériaux plus tendres comme l'aluminium nécessitant 1000 pieds par minute ou plus. Les scies à métaux électriques, les scies à meule abrasive et les scies circulaires sont des exemples d'autres machines à tronçonner.
Gravure laser
La gravure au laser est idéale pour l'étiquetage ou le marquage de haute précision, car elle utilise la technologie laser pour le marquage permanent, la flexibilité, les temps de cycle rapides et l'intégration dans la chaîne de production. Il s'agit d'une méthode peu coûteuse de marquage des objets métalliques.
La technologie laser permet un estampage précis des métaux via une gravure laser. L'étiquetage des produits métalliques avec des numéros de série, des codes d'identité, des noms de marque et des numéros de modèle appropriés peut être effectué avec précision et uniformité grâce à l'estampage de précision du métal. L’utilisation de la technologie laser impressionnera vos clients et investisseurs.
brocher
Le brochage est utilisé pour réaliser, entre autres, des trous carrés, des rainures de clavette et des trous cannelés. La broche est composée de plusieurs dents placées en forme de lime, chaque dent étant légèrement plus grande que la précédente. La broche effectue une série de coupes plus profondes lorsqu'elle est tirée ou poussée à travers un trou d'amorce préparé (ou au-delà d'une surface). Les presses verticales sont fréquemment utilisées pour le brochage poussé. Le brochage tiré est généralement réalisé avec des dispositifs verticaux ou horizontaux qui sont généralement propulsés hydrauliquement. Les vitesses de coupe pour les métaux à haute résistance vont de 5 à 50 fpm pour les métaux plus tendres.
ECM/EDM
· ECM
L'usinage électrochimique est un type de galvanoplastie inverse qui permet d'obtenir des trous sans bavures avec d'excellentes finitions de surface. La pièce n’est soumise à aucune pression thermique car il s’agit d’une technique d’usinage à froid.
· EDM
Il s’agit de méthodes non mécaniques d’élimination des matériaux qui reposent sur des étincelles ou des produits chimiques corrosifs. L'usinage par électroérosion consiste à envoyer une étincelle d'une électrode à la surface d'une pièce conductrice à travers un fluide diélectrique. Des trous de petit diamètre, des cavités de matrice et d'autres éléments fins peuvent être fabriqués avec cette technologie. Les caractéristiques thermiques et la conductivité du métal, plutôt que la dureté, influencent le taux de décharge.
Lors du choix des outils de coupe de machines CNC, il y a les facteurs à prendre en compte
Matériau et caractéristiques de la pièce
Le matériau de la pièce à usiner a un impact important sur le choix des outils. Les pièces moulées en aluminium, en fonte ductile et en fonte grise sont les matériaux les plus souvent usinés chez Stecker Machine. Pour chaque matériau, nous avons nos outils de coupe de métal d'usinage CNC préférés. Les ingénieurs aiment commencer avec des outils standardisés éprouvés, ce qui réduit les risques, les stocks et les dépenses.
Des forets, des fraises et des tarauds sont utilisés pour usiner diverses caractéristiques, et un outillage standard est disponible pour chaque type d'outil et chaque matériau. Stecker, par exemple, propose trois fraises à surfacer carrées à 90° de base : une pour couper l'aluminium, une pour l'usinage de la fonte ductile et une pour l'usinage de la fonte grise. L'aluminium a la plus grande usinabilité de ces matériaux, c'est pourquoi les outils en aluminium ont des normes de pieds de surface par minute (SFM) plus élevées, ce qui leur permet de fonctionner plus rapidement.
Volume de production
En général, les projets à grand volume nécessitent des outils de coupe spécialisés et haut de gamme, tandis que les projets à faible volume utilisent des outils plus économiques. Tout se résume à des économies d’échelle, l’énorme volume de composants à produire justifiant le coût élevé d’un outillage haut de gamme spécifique à certaines fonctionnalités.
Possibilités de combinaisons
Dans l'usinage CNC, les outils aux fonctionnalités multiples peuvent permettre d'économiser beaucoup de temps et d'argent. Lorsque plusieurs opérations (trois, quatre ou plus) peuvent être effectuées avec un seul outil, la durée du cycle augmente tandis que le temps de changement d'outil diminue.
Par exemple, un outil combiné insérable bien conçu peut percer et chanfreiner de trois manières distinctes, complétant le travail en un seul passage avec un seul outil au lieu de six (et six passes). Oui, cet outil multifonction sur mesure pourrait vous coûter 3,000 XNUMX $, mais les économies s'accumulent rapidement pour couvrir le prix, en particulier sur un projet à volume élevé.
Capacité des machines
La plupart des outils de coupe sont compatibles avec les machines CNC. Toutefois, cela ne signifie pas toujours que ces machines sont les plus efficaces. Les ingénieurs et les opérateurs comprennent qu'une machine plus puissante (avec un cône plus grand) leur permet d'utiliser des outils combinés multifonctionnels.
Les pièces moulées plus petites ne nécessitent pas l'utilisation de palans pour les déplacer, contrairement aux pièces moulées plus grandes. En effet, le développement d'un appareil capable d'exécuter deux ou trois petits composants à la fois sur une machine plus grande peut offrir un potentiel d'efficacité accrue. Ceci illustre à quel point une machine énorme n’implique pas toujours un casting massif.
Matériau de l'outil
Le même outil de coupe peut être fabriqué à partir de divers matériaux, dont certains sont plus durables (et donc plus chers) que d’autres.
Le carbure monobloc est un matériau d’outil de coupe extrêmement durable. En revanche, un outil à pointe PCD atteint un autre niveau de durabilité. L'outil de coupe actuel le plus dur est le PCD, ou diamant polycristallin, créé par frittage de particules de diamant avec un liant métallique.
Un outil de perçage à pointe PCD a une durée de vie d'environ 4 fois celle d'un outil en carbure monobloc (2,500 10,000 pièces contre 25 180), mais il peut également fonctionner 960 % plus rapidement. La différence de coût entre les deux (environ XNUMX $ pour le carbure contre XNUMX $ pour le PCD) est compensée par la différence de production (vitesse de broche plus élevée, vitesse d'avance supplémentaire, ET main d'œuvre, configuration et autres économies).
de Marketing
Les ingénieurs conçoivent généralement un scénario du meilleur cas (meilleur outillage, temps de cycle agressifs, montages haut de gamme) et un scénario « Plan B » lorsqu'ils déterminent comment un nouveau projet sera réalisé en atelier (outillage moins cher, machines moins puissantes, etc.). La tentation est grande de réduire les coûts en choisissant une solution moins coûteuse, mais cela implique généralement que l'outillage en pâtit.
Le défaut de cet argument est qu’il ne tient pas compte des problèmes potentiels d’outillage, qui non seulement coûtent autant que le meilleur des cas initial, mais ajoutent également une perte de temps au projet.
L'expérience est inestimable
Certaines entreprises de machines CNC ont des employés plus compétents que d’autres. Rien ne peut égaler les connaissances acquises au cours de décennies de projets réussis de machines CNC. Ces pionniers sont expérimentés dans la gestion de projets de la conception à l’achèvement, et disposent des processus nécessaires ainsi que de nombreux outils nécessaires.
Alors, comment un nouveau venu peut-il intégrer un atelier d'usinage CNC chevronné ? Après tout, même les meilleurs programmes et sessions de formation CNC de l'enseignement supérieur n'enseignent pas le choix des outils. Il s'agit d'un exemple de savoir tribal dans ce cas : une compétence transmise d'ingénieur en ingénieur, généralement dans des ateliers d'usinage CNC haut de gamme.
Résumé
Vous comprenez désormais mieux les différents types d’usinage et les processus impliqués. L'usinage implique l'utilisation de divers équipements et processus, en fonction de la pièce ou du matériau utilisé, ainsi que du résultat souhaité. Des moyens mécaniques, abrasifs, thermiques ou chimiques d'élimination de matière peuvent être utilisés dans le processus d'usinage pour obtenir la meilleure conception et les meilleures caractéristiques du produit.
Comprendre l'usinage des métaux vous aidera à planifier, que vous soyez un entrepreneur débutant ou quelqu'un qui souhaite fabriquer et fournir des pièces métalliques pour l'automobile, l'électronique et d'autres industries. Bien qu'il y ait beaucoup à apprendre, parler avec un professionnel de l'usinage des métaux peut vous aider à atteindre vos objectifs.
