Usinage CNC de l'aluminium: un guide complet
L'aluminium est un choix de matériau populaire pour les applications d'usinage CNC en raison de ses qualités physiques favorables. Il est fort, ce qui le rend adapté aux pièces mécaniques, et sa couche extérieure oxydée résiste à la corrosion causée par les éléments. Ces avantages ont rendu les pièces en aluminium populaires dans diverses industries, en particulier dans l'aérospatial, l'automobile, les soins de santé et l'électronique grand public.
Cet article décrit certains des principaux avantages de l'usinage CNC en aluminium et pourquoi il est l'un des plus populaires.prototypage rapide et processus de production.
Pourquoi l'aluminium dans l'usinage CNC
L'usinage CNC en aluminium présente plusieurs avantages par rapport aux autres métaux.
Résistance à la corrosion
L'aluminium a une forte résistance à la corrosion, ce qui offre une protection contre l'usure chimique et l'oxydation. 6061 est l'un des grades les plus résistants à la corrosion, et il est utilisé dans diverses applications pour se protéger contre les environnements corrosifs.
Recyclabilité
L’aluminium est hautement recyclable, ce qui le rend idéal pour les entreprises qui cherchent à réduire leur impact environnemental ou à minimiser les déchets de matériaux tout en économisant de l’argent. En raison des quantités potentiellement énormes de déchets générés par ces opérations lors de la coupe de pièces, les applications d'usinage CNC utilisent fréquemment des matériaux recyclables.
Rapport force/poids
L'aluminium est utilisé dans de nombreuses parties en raison de ses grandes caractéristiques physiques, telles que sa nature légère mais haute résistance. Les qualités de l’aluminium le rendent excellent pour la production de pièces cruciales dans une variété d’industries, y compris l’automobile et l’aérospatial. Les arbres automobiles et les raccords aéronautiques sont deux exemples de pièces qui reposent sur l'aluminium usiné par CNC.
Il est essentiel de comprendre que différents types d'aluminium servir à des fins différentes. Un grade à usage général, tel que 6061, a un rapport résistance-poids élevé qui est compatible avec une large gamme de pièces. Pendant ce temps, les applications maritimes et aéronautiques peuvent nécessiter de l'aluminium plus résistant comme la qualité 7075.
Conductivité électrique
En raison de l’excellente conductivité de l’aluminium, l’aluminium usiné par CNC est fréquemment utilisé dans les composants électriques. Bien qu'il ne soit pas aussi conducteur que le cuivre, l'aluminium pur peut conduire environ 37,7 millions de Siemens par mètre à une température ambiante d'environ 20°C. Certains alliages peuvent avoir une conductivité inférieure, mais l'aluminium est généralement plus conducteur que l'acier inoxydable et d'autres métaux.
Machinabilité
Les ingénieurs préfèrent généralement l'aluminium à d'autres métaux en raison de son usinabilité. Parce que ce métal est facile à former et à couper, il peut être coupé correctement et efficacement à l'aide de machines d'usinage CNC. Ce niveau élevé d’usinabilité réduit le délai du travail d’usinage, rendant la procédure considérablement plus économique. En outre, l’usinabilité de l’aluminium réduit la possibilité de déformation du composant lors de la coupe de la pièce, ce qui entraîne une plus grande précision, précision et répétabilité.
Alliages d'aluminium populaires pour usinage CNC
Voici quelques-unes des plus populaires alliages d'aluminium disponibles pour l'usinage CNC, y compris leurs avantages et inconvénients:
Aluminium 1050
L'aluminium 1050 est un alliage d'aluminium commercial pur avec une excellente résistance à la corrosion et une haute conductivité électrique. Il est doux et très ductile, ce qui le rend facile à former et à usiner. Cependant, il a une résistance mécanique plus faible par rapport à d'autres alliages.
Les avantages
- Excellente résistance à la corrosion
- Conductivité électrique et thermique élevée
- Bon pour former et anodiser
Inconvenients
- Faible résistance et dureté
- Pas adapté aux applications à forte tension
Aluminium 2014
L'aluminium 2014 est un alliage haute résistance connu pour son excellente usinabilité et sa résistance à la fatigue. Il est largement utilisé dans les applications aérospatiales et structurelles. Le cuivre, en tant qu'élément d'alliage principal, améliore la résistance mais réduit la résistance à la corrosion.
Les avantages
- Haute résistance et résistance à la fatigue
- Excellente usinabilité
- Bon pour les applications structurelles
Inconvenients
- Mauvaise résistance à la corrosion
- Soudabilité limitée
Aluminium 3003
L'aluminium 3003 est un alliage avec du manganèse comme composant principal, améliorant sa résistance et sa résistance à la corrosion. Il est couramment utilisé pour les feuilles de toiture, les réservoirs de carburant et les ustensiles de cuisson en raison de son excellent fonctionnement.
Les avantages
- Résistance à la corrosion supérieure
- Facilement soudable et formable
- Économique
Inconvenients
- Résistance inférieure par rapport à d'autres alliages
- Non traité thermiquement
Aluminium 5056
L'aluminium 5056 est un alliage à base de magnésium connu pour sa haute résistance à la corrosion, en particulier dans les environnements marins. Il est couramment utilisé dans les rivets, les écrans de fil et les composants automobiles.
Les avantages
- Excellente résistance à la corrosion, en particulier contre l'eau salée
- Haute résistance et bonne usinabilité
- Bonne résistance à l'usure
Inconvenients
- Non traité thermiquement
- Difficile à souder
Aluminium 6060
L'aluminium 6060 est un alliage de résistance moyenne avec une excellente résistance à la corrosion et une bonne soudabilité. Il est largement utilisé dans les applications architecturales et structurelles.
Les avantages
- Bon rapport résistance/poids
- Résistance à la corrosion élevée
- Bon pour l'extrusion et le soudage
Inconvenients
- Résistance légèrement inférieure à 6061
- Pas adapté aux applications à haute charge
Aluminium 7075
L'aluminium 7075 est l'un des alliages d'aluminium les plus forts, couramment utilisé dans l'aérospatial, l'automobile et les applications militaires. Le zinc, en tant qu'élément d'alliage principal, améliore sa résistance et sa dureté.
Les avantages
- Résistance et dureté extrêmement élevées
- Bonne résistance à la fatigue
- Léger avec d'excellentes propriétés mécaniques
Inconvenients
- Mauvaise résistance à la corrosion
- Difficile à souder
Processus d'usinage CNC en aluminium
Il existe une variété de technologies d'usinage CNC disponibles aujourd'hui pour l'usinage de l'aluminium. Voici quelques-uns de ces processus :
Fraisage CNC
Fraisage CNC Les procédés en aluminium sont les plus largement utilisés dans l'usinage de pièces en aluminium CNC. Une coupe multipoint tourne le long de son axe pour enlever les matériaux tandis que la pièce reste stationnaire ou tourne le long de son axe. Ce mouvement peut être effectué le long de nombreux axes.
Ce processus CNC est idéal pour l'usinage de composants en aluminium complexes, y compris les boîtiers, les supports, etc.
tournage CNC
La pièce tourne en coutume tournage CNC opérations, mais l'outil de coupe à point unique reste stationnaire le long de son axe lors de l'enlèvement du matériau. Il convient le mieux pour les pièces cylindriques telles que les arbres, les douilles et les anneaux.
Perçage CNC
Le forage CNC est le processus de création d'un trou dans une pièce de travail. Un outil de coupe rotatif à plusieurs points d'une taille spécifique se déplace en ligne droite perpendiculaire à la surface forée, faisant effectivement un trou. Ce processus CNC est utilisé pour créer des trous précis dans des pièces en aluminium, telles que des plaques, des blocs et des composants aérospatiaux.
Routage CNC
Le routage CNC est parfait pour couper et façonner des feuilles d'aluminium minces, des panneaux et des profils 2D/3D complexes. Les routeurs CNC utilisent des outils de coupe rotatifs à grande vitesse pour créer des coupes précises, ce qui les rend idéaux pour les composants structurels légers et les éléments décoratifs.
Étapes pour améliorer la stabilité dimensionnelle dans l'aluminium CNC
Voici les étapes à suivre pour augmenter la stabilité dimensionnelle en aluminium CNC:
Optimiser la procédure de maintien du travail
Il est indispensable de fixer fermement la pièce pour arrêter de bouger et de vibration pendant l'usinage. Les dispositifs bien conçus offrent une force de serrage et un soutien suffisants, améliorant la stabilité et la précision, en particulier pour les composants complexes ou à parois minces. Si un mandrin autocentrant à trois mâchoires ou un mandrin à ressort est utilisé pour serrer radialement un composant de douille usinée CNC à paroi mince, la pièce à travail se déformera sûrement une fois libérée après usinage. Par conséquent, un procédé de compression de face d'extrémité axiale à haute raideur est préféré.
Un mandrin fileté peut être placé dans le trou intérieur de la pièce pour sa position en fonction du trou intérieur de la pièce. Pour la précision du traitement, évitez le relâchement et la déformation pendant le traitement du cercle extérieur. Il est indispensable de serrer l'écrou en arrière, d'appuyer sur la face d'extrémité et de couvrir fermement la plaque.
Utiliser la bonne méthode d'exploitation
Sélectionnez la profondeur de coupe appropriée, la vitesse de broche et la vitesse d'alimentation;
L'usinage concentré entrave la dissipation de chaleur, il est suggéré d'utiliser des techniques d'usinage symétriques des deux côtés des composants.
Pour appliquer une force uniforme sur la pièce et minimiser la déformation, une technique d’usinage en aluminium en couches multiples est utilisée pour toutes les cavités de la pièce.
Cependant, percez avant une fraiseuse d'aluminium lors de l'usinage de pièces à cavité profonde pour éviter l'enlèvement inadéquat des puces, ce qui conduit à la découpage, aux dommages à l'outil et à la surchauffage de la pièce.
Améliorer la structure de l'outil
Avec une grande plasticité, l'aluminium est susceptible de supporter des déformations substantielles pendant le traitement. Il est essentiel de réduire le nombre de dents de fraise pendant l'usinage de l'aluminium.
Les puces d'aluminium sont collantes et peuvent interférer avec la fabrication d'articles délicats avec les tolérances nécessaires. L'écart accru entre les bords de coupe permet à de grandes puces d'échapper.
Pour broyer le bord de coupe, gardez la rugosité inférieure à 0,4 µm et utilisez des procédés de broyage appropriés. Cela éliminera toute rebure indésirable, ce qui réduira la dissipation de chaleur et la distorsion de coupe.
Le remplacement ou la rénovation de l’outil de coupe doivent suivre les critères établis. Par conséquent, lorsque la rugosité de la surface dépasse 0,2 mm et que la température de coupe dépasse 100 degrés Celsius, il est nécessaire de changer ou de reconstituer l’outil.
Réduire le stress interne dans le Métal pièce
Le matériau en aluminium peut avoir des tensions internes et induire une déformation lors de l'usinage. Le prétraitement du matériau par des techniques de soulagement des contraintes telles que le recuit ou la stabilisation thermique aide à réduire les tensions résiduelles et à augmenter la stabilité dimensionnelle. Le vieillissement naturel ou artificiel et le traitement par vibration sont des méthodes standard pour éliminer les contraintes internes des pièces en aluminium.
Le vieillissement naturel expose une pièce à des circonstances naturelles, telles que l’extérieur, afin de libérer naturellement la tension interne de la pièce, éliminant en fin de compte ou abaissant la tension résiduelle. Le vieillissement artificiel est une procédure artificielle qui implique souvent le chauffage ou le gel pour éliminer ou réduire les micro-tensions et l'usinage de la tension résiduelle dans la pièce à travailler après l'éteinte pour éviter la distorsion et la cassure.
La méthode de soulagement des contraintes vibratoires utilise un vibrateur portable puissant pour faire vibrer la structure en alliage d'aluminium. La déformation plastique réduit et redistribue la tension interne. Pour l'alliage d'aluminium, il est suggéré d'utiliser la méthode de soulagement des contraintes vibratoires dans les 0-2 heures suivant l'éteinte, et il peut réduire la contrainte résiduelle de 50% -70%.
Problèmes communs dans l'usinage de l'alliage d'aluminium
Il existe certains problèmes communs à surveiller lors de l'usinage de l'aluminium CNC, et ils comprennent:
Problèmes de traitement de surface
Le traitement de surface améliore l'apparence, la résistance à la corrosion et la résistance à l'usure des pièces en alliage d'aluminium. Cependant, il présente des inconvénients tels que la mauvaise adhérence du revêtement. Si la surface de l'alliage d'aluminium n'est pas suffisamment propre pour la préparation, les revêtements tels que la peinture ou le placage peuvent ne pas adhérer, ce qui entraîne un pelage, des ampoules ou un éclatage au fil du temps. Ce n’est pas seulement une préoccupation esthétique, mais cela peut compromettre la fonction protectrice du revêtement.
L'anodisation, un processus populaire de traitement de surface pour les alliages d'aluminium, peut également poser des défis. L'obtention d'une épaisseur stable et homogène du film d'oxyde anodique peut être difficile. Les variations de l'épaisseur du film peuvent provoquer des changements de couleur, de résistance à la corrosion et de qualités d'isolation électrique. Pour obtenir un revêtement anodique de haute qualité, des variables telles que la composition des électrolytes, la densité de courant et le temps de traitement doivent être soigneusement gérées.
Usée et rupture de l'outil
Bien que les alliages d'aluminium soient généralement considérés comme faciles à usiner, des conditions de coupe inappropriées peuvent entraîner une usure et une cassure excessives de l'outil. La haute conductivité thermique de l’aluminium signifie que la chaleur est rapidement transférée hors de la zone de coupe, provoquant une expansion thermique et des dommages à l’outil. Pour prolonger la durée de vie de l'outil, les machinistes doivent utiliser des outils revêtus de carbure ou de diamant conçus pour résister à des vitesses de coupe élevées. L'optimisation des taux d'alimentation et la réduction de la profondeur de coupe peuvent également réduire les contraintes inutiles de l'outil et améliorer les performances d'usinage.
Déformation de la pièce
Les pièces minces en aluminium sont particulièrement susceptibles de déformation en raison des contraintes internes et de la génération excessive de chaleur lors de l'usinage. Lorsque trop de chaleur est introduite dans le matériau, il peut se dilater de manière inégale, provoquant une déformation ou un pliage de la partie finale. Pour éviter cela, des techniques de maintien de travail appropriées devraient être utilisées pour soutenir la pièce de travail en toute sécurité tout en minimisant la force de serrage inutile qui pourrait induire des contraintes. En outre, l'utilisation d'outils de coupe pointus et l'application d'une quantité adéquate de liquide de refroidissement peuvent aider à dissiper la chaleur et à maintenir la stabilité dimensionnelle de la pièce.
Soudage et adhésion de puce
L'aluminium produit des puces longues et tendues, qui peuvent souder sur l'outil de coupe et interférer avec le processus d'usinage. Ce problème d'adhésion peut entraîner une coupe incohérente, une usure accrue de l'outil et des dommages potentiels à la pièce de travail. Pour réduire le soudage des puces, il est important d'utiliser du liquide de refroidissement ou de la lubrification pour créer une barrière entre l'outil et la surface en aluminium. Le choix du bon revêtement d'outil, tel que le nitrure de titane (TiN) ou le diboriure de titane (TiB2), peut réduire l'adhésion des puces et améliorer l'efficacité globale de l'usinage.
Surmonter les défis dans l'usinage CNC de l'aluminium
Malgré les défis rencontrés lors de l'usinage CNC de l'aluminium, il existe encore des moyens de surmonter ces défis. Ils comprennent :
Optimisation du traitement de surface
Pour améliorer les résultats du traitement de surface, une bonne préparation de surface est primordiale. Utilisez des nettoyants alcalins ou une gravure acide pour nettoyer soigneusement la surface de l'alliage d'aluminium de toutes les huiles, oxydes ou impuretés. Cela améliore l'adhérence des revêtements et des films anodiques.
Garder la composition de l'électrolyte, la densité de courant et le temps de traitement sous contrôle est un must lors de l'anodization. Pour une finition anodisée décorative sur l'électronique grand public, un électrolyte d'acide sulfurique avec une densité de courant de 1-2 A/dm² et un temps de traitement de 15-30 minutes peut être approprié. Utilisez des dispositifs d'anodisation automatisés qui peuvent contrôler avec précision ces paramètres pour assurer une épaisseur et une couleur uniformes du film.
Traiter avec la douceur et la malléabilité de l'aluminium
Bien que la souplesse de l'aluminium facilite sa fabrication, il est également sujette à des distorsions, en particulier lorsqu'il est serré de manière incorrecte. Maintenir l’intégrité de la pièce en utilisant des dispositifs de maintien de travail adéquats et en évitant une force indue.
Réduire l'usure de l'outil et assurer la précision
La nature collante de l'aluminium peut accélérer l'usure des outils, affectant la précision à long terme. Pour augmenter la durée de vie de l'outil et préserver la précision, utilisez des outils en carbure ou en diamant.
Éviter le soudage des matériaux sur l'outil de coupe
L’aluminium est connu pour devenir « collant » lors de l’usinage. Cette adhésivité peut amener le matériau à fusionner sur l'outil, en particulier à des vitesses élevées. Pour éviter cela, utilisez des revêtements d'outils adéquats tels que le carbonitrure de titane (TiCN) et des liquides de refroidissement appropriés pour dissiper la chaleur et empêcher l'accumulation de matériaux.
Finitions de surface communes en aluminium CNC
Voici quelques finitions de surface communes pour les projets d'usinage de l'aluminium:
Revêtement en poudre
De nombreux concepteurs de produits choisiraient le revêtement en poudre pour des couleurs vives et durables avec une bonne résistance aux UV. Les pièces en aluminium sont nettoyées et préparées avant de pulvériser avec de la poudre de peinture séchée sur la surface en aluminium avec un pistolet électrostatique. Les morceaux d'aluminium revêtus de poudre sont ensuite cuits pour fondre et durcir le revêtement en une finition lisse.
Les revêtements en poudre ne sont pas aussi durables et durs que l'aluminium anodisé, mais ils offrent une excellente apparence et une excellente protection contre la corrosion tant que le revêtement est intact. Le revêtement en poudre est également moins nocif pour l'environnement que la peinture liquide, qui utilise des solvants, y compris des composés organiques volatils (COV).
Anodization
L'anodisation est souvent utilisée pour améliorer la résistance à l'usure et à la corrosion des produits en aluminium. Il peut également fournir d'autres avantages souhaitables, tels que la dissipation de chaleur améliorée et l'acceptation des couleurs.
Contrairement aux revêtements et aux peintures, l'anodization n'applique pas un produit externe à l'extérieur de l'aluminium. Une méthode électrochimique est plutôt utilisée pour induire l'épaississement du revêtement naturel d'oxyde d'aluminium. Cela protège l’aluminium sous-jacent de son environnement et lui permet de prendre des colorants.
Applications de l'usinage CNC de l'aluminium
Application de l'usinage CNC de l'aluminium
Les alliages d'aluminium présentent plusieurs caractéristiques avantageuses. En conséquence, les pièces en aluminium usinées par CNC sont indispensables dans une variété d'industries, y compris les suivantes:
- Automobile: Similaire à l'industrie aérospatiale, diverses pièces dans l'industrie automobile, telles que les arbres et autres composants.
- Aérospatiale: Plusieurs accessoires d'avion en raison de leur rapport résistance-poids élevé.
- Électrique: Les pièces en aluminium usinées par CNC avec de fortes conductivités électriques sont fréquemment utilisées comme composants électroniques dans les équipements électriques.
- Sport: Le service CNC en aluminium est également utilisé dans l'industrie sportive. Ils sont souvent utilisés pour fabriquer des équipements sportifs tels que des chauves-souris de baseball et des sifflets sportifs.
- Alimentaire/pharmaceutique: Les pièces en aluminium sont importantes dans les industries alimentaire et pharmaceutique car elles ne réagissent pas avec la plupart des composés organiques.
Meilleures pratiques pour les techniques de fabrication CNC en aluminium
En raison de son excellente usinabilité et de son rapport résistance-poids, l'aluminium est un métal populaire pour l'usinage CNC. Cette usinabilité se traduit par des temps d'usinage plus courts, ce qui réduit les coûts de main-d'œuvre et de temps de machine. Il facilite également l'usinage de l'aluminium aux tolérances plus fines nécessaires pour les articles de précision.
Cependant, le coefficient élevé de dilatation thermique de l'aluminium pourrait compromettre les tolérances si la pièce devient trop chaude lors de la fraisage, en particulier pour les pièces minces. Pour éviter de mauvais impacts, créez des chemins d'outils qui ne restent pas trop longtemps sur un emplacement. Cette technologie permet de drainer la chaleur, permettant l'examen et l'ajustement des trajets d'outils dans le logiciel CAM pendant le programme d'usinage CNC.
Si les forces sont trop grandes, la douceur de certains alliages d'aluminium permet une déformation lors de l'usinage. Ainsi, pour générer la bonne quantité de force lors de l'usinage, utilisez les aliments recommandés et les vitesses pour votre qualité spécifique d'aluminium. Une autre règle de pouce pour prévenir la déformation est de garder l'épaisseur de votre pièce de plus de 0,020 pouces dans tous les endroits.
Un autre impact de la malléabilité de l’aluminium est la formation d’un bord de matériau sur l’outil de coupe. Cela obscure la surface de coupe nette de l'outil, l'ennuie et diminue sa capacité de coupe. La finition de surface de la pièce souffre en raison du bord monté. essayez différents matériaux d'outil de coupe pour éviter un bord accru; utiliser des inserts en carbure au lieu du HSS (acier à grande vitesse).
Maximiser la précision et l'efficacité avec l'usinage CNC en aluminium
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Conclusion
L'aluminium est un matériau de premier plan dans l'usinage CNC en raison de son mélange unique de propriétés mécaniques et de polyvalence de fabrication. Sa résistance à la corrosion exceptionnelle, son rapport résistance-poids élevé et sa conductivité électrique supérieure le rendent indispensable dans toutes les industries, des composants aérospatiaux exigeant une durabilité légère aux pièces automobiles nécessitant une précision et des boîtiers électroniques nécessitant une gestion thermique aux dispositifs médicaux nécessitant une biocompatibilité. La gamme d'alliages d'aluminium, tels que le polyvalent 6061, le 7075 haute résistance et le 5056 résistant à la corrosion, offre des solutions adaptées à chaque application, tandis que des processus tels que le fraisage, le tournage et le forage assurent la précision dans des géométries complexes.
Cependant, maîtriser l'usinage de l'aluminium nécessite de relever des défis tels que l'usure de l'outil, la déformation de la pièce de travail et l'adhésion de la puce, défis qui peuvent être surmontés grâce à une tenue de travail optimisée, des outillages avancés et des techniques de refroidissement stratégiques. Les traitements de surface tels que l'anodization et le revêtement en poudre améliorent encore ses performances et son attrait esthétique, élargissant son utilité dans les applications fonctionnelles et décoratives.
