Comment choisir le bon matériau d'usinage CNC ?

Les matériaux ne conviennent pas, c'est peine perdue ! Pour obtenir des produits satisfaisants, le choix des matériaux est l'étape fondamentale et cruciale. L'usinage CNC permet d'utiliser une grande variété de matériaux, notamment les métaux, les matériaux non métalliques et les matériaux composites.

Les matériaux métalliques courants comprennent l'acier, les alliages d'aluminium, les alliages de cuivre, l'acier inoxydable, etc. Les matériaux non métalliques incluent les plastiques techniques, le nylon, la bakélite, la résine époxy, etc. Les matériaux composites comprennent les plastiques renforcés de fibres, les résines époxy renforcées de fibres de carbone, l'aluminium renforcé de fibres de verre, etc.

Les matériaux possèdent des propriétés physiques et mécaniques distinctes, et leur choix judicieux est essentiel à la performance, à la précision et à la durabilité de la pièce. Fort de mon expérience, je vous expliquerai dans cet article comment sélectionner des matériaux économiques et adaptés parmi les nombreux matériaux de traitement disponibles.

Il faut d'abord déterminer l'usage final du produit et de ses composants. Par exemple, le matériel médical doit être désinfecté, les boîtes à lunch doivent être réchauffées au micro-ondes, les roulements, les engrenages, etc., doivent servir à supporter des charges et à résister à de multiples frottements de rotation.

Après avoir déterminé l'usage prévu, en partant des besoins spécifiques de l'application du produit, on étudie son utilisation, on analyse ses exigences techniques et environnementales, et on traduit ces exigences en caractéristiques du matériau. Par exemple, certaines pièces d'équipement médical doivent résister à la chaleur extrême d'un autoclave ; les roulements, les engrenages et autres matériaux doivent présenter des exigences en matière de résistance à l'usure, de résistance à la traction et de résistance à la compression. L'analyse peut principalement s'effectuer selon les points suivants :

01 Exigences environnementales

Analysez le scénario d'utilisation et l'environnement réels du produit ; par exemple : quelle est sa température de fonctionnement à long terme ? Quelles sont ses températures de fonctionnement maximale et minimale ? Le produit est-il exposé à des températures élevées ou basses ? Des exigences de protection UV sont-elles prévues en intérieur ou en extérieur ? L'environnement est-il sec ou humide et corrosif ? Etc.

02 Exigences techniques

Conformément aux exigences techniques du produit, les capacités requises sont analysées, ce qui peut couvrir un large éventail de facteurs liés à l'application. Par exemple : le produit doit-il être conducteur, isolant ou antistatique ? Lesquelles de ces propriétés sont nécessaires ? La dissipation de chaleur, la conductivité thermique ou la résistance au feu sont-elles requises ? Le produit doit-il résister à l'exposition à des solvants chimiques ? Etc.

03 Exigences en matière de performance physique

Analysez les propriétés physiques requises de la pièce en fonction de son utilisation prévue et de son environnement d'utilisation. Pour les pièces soumises à de fortes contraintes ou à une usure importante, des facteurs tels que la résistance, la ténacité et la résistance à l'usure sont essentiels ; pour les pièces exposées à des températures élevées pendant une période prolongée, une bonne stabilité thermique est indispensable.

04 Exigences relatives à l'aspect et au traitement de surface

L'acceptation d'un produit sur le marché dépend largement de son apparence. La couleur et la transparence varient selon les matériaux, tout comme la finition et le traitement de surface. Par conséquent, le choix des matériaux de fabrication doit se faire en fonction des exigences esthétiques du produit.

05 Considérations relatives aux performances de traitement

Les propriétés d'usinage du matériau influencent le processus de fabrication et la précision de la pièce. Par exemple, bien que l'acier inoxydable soit résistant à la rouille et à la corrosion, sa dureté élevée entraîne une usure rapide des outils lors de l'usinage, ce qui engendre des coûts de production très importants et le rend peu adapté à l'usinage. À l'inverse, sa faible dureté plastique le rend vulnérable au ramollissement et à la déformation lors du chauffage, et sa stabilité est médiocre ; son choix doit donc être adapté aux besoins spécifiques.

Étant donné que les exigences d'application réelles d'un produit sont composées de plusieurs éléments, il est possible que plusieurs matériaux répondent à ces exigences. De même, il se peut que le choix optimal pour différentes applications corresponde à différents matériaux. Nous pouvons ainsi nous retrouver avec plusieurs matériaux répondant à nos besoins spécifiques. Par conséquent, une fois les propriétés souhaitées clairement définies, l'étape de sélection restante consiste à trouver le matériau qui correspond le mieux à ces propriétés.

La sélection des matériaux candidats commence par l'analyse de leurs propriétés. Il est évidemment impossible, et d'ailleurs inutile, d'étudier des milliers de matériaux. On peut partir de la catégorie de matériaux et déterminer si l'on a besoin de métaux, de matériaux non métalliques ou de matériaux composites. Ensuite, les résultats de cette analyse, en fonction des caractéristiques des matériaux, permettent de restreindre la sélection. Enfin, le coût des matériaux sert à choisir, parmi les candidats, le matériau le plus adapté au produit.

Actuellement, Honscn a sélectionné et lancé un certain nombre de matériaux adaptés à la transformation, qui ont rencontré un vif succès auprès de nos clients.

Les matériaux métalliques sont des matériaux présentant des propriétés telles que l'éclat, la ductilité, la bonne conductivité et le transfert thermique. Leurs performances se répartissent principalement en quatre catégories : propriétés mécaniques, chimiques, physiques et de mise en œuvre. Ces propriétés déterminent le domaine d'application du matériau et la pertinence de son utilisation, constituant ainsi un critère essentiel pour le choix des matériaux métalliques. Nous présenterons ci-après deux types de matériaux métalliques, l'alliage d'aluminium et l'alliage de cuivre, qui possèdent des propriétés mécaniques et des caractéristiques de mise en œuvre différentes.

Il existe plus de 1000 nuances d'alliages d'aluminium enregistrées dans le monde, chaque marque ayant une signification différente. Les différentes nuances d'alliages d'aluminium présentent des différences évidentes en termes de dureté, de résistance, d'aptitude à la transformation, de décoration, de résistance à la corrosion, de soudabilité et d'autres propriétés mécaniques et chimiques ; chacune a ses points forts et ses points faibles.

dureté

La dureté désigne la résistance d'un matériau aux rayures et aux indentations. Elle est directement liée à la composition chimique de l'alliage, et différents états de l'aluminium influent sur sa dureté. Cette dernière a un impact direct sur la vitesse de coupe et le type d'outil utilisable en usinage CNC.

De la dureté la plus élevée pouvant être atteinte, série 7 > série 2 > série 6 > série 5 > série 3 > série 1.

intensité

La résistance fait référence à sa capacité à résister à la déformation et à la rupture ; les indicateurs couramment utilisés comprennent la limite d'élasticité, la résistance à la traction, etc.

Il s'agit d'un facteur important à prendre en compte dans la conception des produits, notamment lorsque des composants en alliage d'aluminium sont utilisés comme pièces structurelles ; l'alliage approprié doit être sélectionné en fonction de la pression subie.

Il existe une relation positive entre la dureté et la résistance : la résistance de l'aluminium pur est la plus faible, et la résistance des alliages traités thermiquement des séries 2 et 7 est la plus élevée.

densité

La densité fait référence à la masse par unité de volume et est souvent utilisée pour calculer le poids d'un matériau.

La densité est un facteur important pour de nombreuses applications. Selon l'application, la densité de l'aluminium influence considérablement son utilisation. Par exemple, un aluminium léger et très résistant est idéal pour la construction et les applications industrielles.

La densité de l'aluminium est d'environ 2700 kg/m³, et la valeur de densité des différents types d'alliages d'aluminium ne varie pas beaucoup.

résistance à la corrosion

La résistance à la corrosion désigne la capacité d'un matériau à résister à la corrosion au contact d'autres substances. Elle englobe la résistance à la corrosion chimique, la résistance à la corrosion électrochimique, la résistance à la corrosion sous contrainte et d'autres propriétés.

Le principe de sélection de la résistance à la corrosion doit être basé sur son utilisation ; un alliage à haute résistance utilisé dans un environnement corrosif doit utiliser divers matériaux composites anticorrosion.

En général, la résistance à la corrosion de l'aluminium pur de la série 1 est la meilleure, la série 5 est performante, suivie des séries 3 et 6, tandis que les séries 2 et 7 sont médiocres.

transformabilité

L'usinabilité comprend la formabilité et l'usinabilité. La formabilité étant liée à l'état de matière, après le choix de la nuance d'alliage d'aluminium, il est également nécessaire de prendre en compte la plage de résistance de chaque état ; les matériaux à haute résistance sont généralement difficiles à former.

Si l'aluminium doit être plié, étiré, embouti en profondeur ou soumis à d'autres procédés de formage, la formabilité du matériau entièrement recuit est la meilleure, et inversement, celle du matériau traité thermiquement est la pire.

L'usinabilité des alliages d'aluminium est étroitement liée à leur composition ; généralement, les alliages d'aluminium à haute résistance sont meilleurs en usinabilité, à l'inverse, les alliages à faible résistance sont moins bons en usinabilité.

Pour les moules, les pièces mécaniques et autres produits nécessitant une découpe, l'usinabilité de l'alliage d'aluminium est un facteur important à prendre en compte.

propriétés de soudage et de pliage

La plupart des alliages d'aluminium se soudent sans problème. En particulier, certains alliages d'aluminium de la série 5 sont spécialement conçus pour faciliter le soudage ; comparativement, certains alliages d'aluminium des séries 2 et 7 sont plus difficiles à souder.

De plus, l'alliage d'aluminium de la série 5 est également le plus adapté au pliage d'une catégorie de produits en alliage d'aluminium.

propriété décorative

Lorsque l'aluminium est utilisé en décoration ou pour des occasions particulières, sa surface doit être traitée afin d'obtenir la couleur et l'aspect souhaités. Il est donc essentiel de se concentrer sur les propriétés décoratives du matériau.

Les options de traitement de surface de l'aluminium comprennent l'anodisation et la métallisation. En général, les matériaux présentant une bonne résistance à la corrosion possèdent d'excellentes propriétés de traitement de surface.

Autres caractéristiques

Outre les caractéristiques mentionnées ci-dessus, il existe d'autres propriétés à prendre en compte lors du choix des matériaux, telles que la conductivité électrique, la résistance à l'usure et la résistance à la chaleur.

Orichalque

Le laiton est un alliage de cuivre et de zinc. On peut obtenir des laitons aux propriétés mécaniques différentes en modifiant la teneur en zinc. Plus la teneur en zinc est élevée, plus le laiton est résistant, mais sa plasticité est légèrement inférieure.

La teneur en zinc du laiton utilisé dans l'industrie ne dépasse pas 45 %, car une teneur excessive le rendrait cassant et dégraderait les performances de l'alliage. L'ajout de 1 % d'étain au laiton améliore considérablement sa résistance à la corrosion par l'eau de mer et l'atmosphère marine ; c'est pourquoi on l'appelle « laiton de la marine ».

L'étain améliore l'usinabilité du laiton. Le laiton au plomb est souvent qualifié de cuivre standard facile à usiner. L'ajout de plomb vise principalement à améliorer l'usinabilité et la résistance à l'usure, sans incidence notable sur la résistance mécanique du laiton. Le cuivre utilisé pour le travail du bois est également un type de laiton au plomb.

La plupart des laitons ont une bonne couleur, une bonne aptitude au traitement, une bonne ductilité et sont faciles à galvaniser ou à peindre.

Cuivre rouge

Le cuivre pur, également appelé cuivre rouge, possède une bonne conductivité électrique et thermique, une excellente plasticité, se prête facilement au pressage à chaud et au pressage à froid, et peut être transformé en plaques, barres, tubes, fils, bandes, feuilles et autres produits en cuivre.

Un grand nombre de produits nécessitent une bonne conductivité électrique, tels que le cuivre électrocorrélé et les barres conductrices pour la fabrication d'instruments d'électroérosion, d'instruments magnétiques et d'instruments qui doivent résister aux interférences magnétiques, tels que les compas et les instruments d'aviation.

Quel que soit le matériau, un seul modèle ne peut, en principe, satisfaire simultanément toutes les exigences de performance d'un produit, et ce n'est d'ailleurs pas nécessaire. Il convient d'établir des priorités en fonction des exigences du produit, de son environnement d'utilisation, du processus de fabrication et d'autres facteurs, de choisir judicieusement les matériaux et de maîtriser les coûts tout en garantissant les performances requises.

Honscn, spécialiste de la visserie, propose une gamme complète de services pour l'ensemble de la chaîne de valeur de l'industrie de la fixation et du CNC.