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Ce que vous devez savoir sur l'usinage CNC de pièces en aluminium

2021-12-08
Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles l'aluminium est le métal non ferreux le plus couramment utilisé. Il est très malléable, il convient donc à un large éventail d'applications. Sa ductilité lui permet d'être transformé en feuille d'aluminium et sa ductilité permet à l'aluminium d'être étiré en tiges et fils.

L'aluminium a également une résistance élevée à la corrosion, car lorsque le matériau est exposé à l'air, il formera naturellement une couche d'oxyde protectrice. Cette oxydation peut également être induite artificiellement pour offrir une protection plus forte. La couche protectrice naturelle de l'aluminium le rend plus résistant à la corrosion que l'acier au carbone. De plus, l'aluminium est un bon conducteur thermique et électrique, meilleur que l'acier au carbone et l'acier inoxydable.


(Feuille d'aluminium)


Il est plus rapide et plus facile à traiter que l'acier, et son rapport résistance/poids en fait un bon choix pour de nombreuses applications nécessitant des matériaux solides et durs. Enfin, par rapport à d'autres métaux, l'aluminium peut être bien recyclé, ce qui permet de conserver, de fondre et de réutiliser davantage de copeaux. Comparé à l'énergie nécessaire pour produire de l'aluminium pur, le recyclage de l'aluminium permet d'économiser jusqu'à 95 % d'énergie.

Bien entendu, l'utilisation de l'aluminium présente également certains inconvénients, notamment par rapport à l'acier. Il n'est pas aussi dur que l'acier, ce qui en fait un mauvais choix pour les pièces qui résistent à un impact plus important ou à une capacité de charge extrêmement élevée. Le point de fusion de l'aluminium est également nettement inférieur (660°C, lorsque le point de fusion de l'acier est plus bas, environ 1400°C), il ne peut pas supporter des applications à températures extrêmement élevées. Il a également un coefficient de dilatation thermique élevé, donc si la température est trop élevée pendant le traitement, il se déformera et il est difficile de maintenir des tolérances strictes. Enfin, l'aluminium peut être plus cher que l'acier en raison des besoins en énergie plus élevés lors de la consommation.

Alliage d'aluminium

En ajustant légèrement la quantité d'éléments en alliage d'aluminium, d'innombrables types d'alliages d'aluminium peuvent être fabriqués. Cependant, certaines compositions se sont avérées plus utiles que d'autres. Ces alliages d'aluminium courants sont regroupés selon les principaux éléments d'alliage. Chaque série a des attributs communs. Par exemple, les alliages d'aluminium des séries 3000, 4000 et 5000 ne peuvent pas être traités thermiquement, c'est pourquoi un travail à froid est utilisé, également appelé écrouissage. À

Les principaux types d'alliages d'aluminium sont les suivants.

Série 1000

Les alliages d'aluminium 1xxx contiennent l'aluminium le plus pur, avec une teneur en aluminium d'au moins 99% en poids. Il n'y a pas d'éléments d'alliage spécifiques, dont la plupart sont de l'aluminium presque pur. Par exemple, l'aluminium 1199 contient 99,99 % d'aluminium en poids et est utilisé pour fabriquer du papier d'aluminium. Ce sont les qualités les plus douces, mais elles peuvent être écrouies, ce qui signifie qu'elles deviennent plus solides lorsqu'elles sont déformées à plusieurs reprises.

série 2000

Le principal élément d'alliage de l'aluminium de la série 2000 est le cuivre. Ces qualités d'aluminium peuvent être durcies par précipitation, ce qui les rend presque aussi solides que l'acier. Le durcissement par précipitation consiste à chauffer le métal à une certaine température pour permettre à la précipitation d'autres métaux de précipiter hors de la solution métallique (alors que le métal reste solide) et contribue à augmenter la limite d'élasticité. Cependant, en raison de l'ajout de cuivre, les nuances d'aluminium 2xxx ont une résistance à la corrosion plus faible. L'aluminium 2024 contient également du manganèse et du magnésium et est utilisé dans les pièces aérospatiales.

série 3000

Le manganèse est l'élément additif le plus important de la série 3000 en aluminium. Ces alliages d'aluminium peuvent également être écrouis (ceci est nécessaire pour atteindre un niveau de dureté suffisant, car ces nuances d'aluminium ne peuvent pas être traitées thermiquement). L'aluminium 3004 contient également du magnésium, un alliage utilisé dans les canettes de boisson en aluminium, et ses variantes durcies.


4000 série

L'aluminium de la série 4000 comprend du silicium comme élément d'alliage principal. Le silicium abaisse le point de fusion de l'aluminium de qualité 4xxx. L'aluminium 4043 est utilisé comme matériau de tige d'apport pour le soudage des alliages d'aluminium de la série 6000, tandis que l'aluminium 4047 est utilisé comme tôle et revêtement.

série 5000

Le magnésium est le principal élément d'alliage de la série 5000. Ces qualités ont certaines des meilleures résistances à la corrosion, elles sont donc souvent utilisées dans des applications marines ou d'autres situations confrontées à des environnements extrêmes. L'aluminium 5083 est un alliage couramment utilisé dans les pièces marines.

série 6000

Le magnésium et le silicium sont tous deux utilisés pour fabriquer certains des alliages d'aluminium les plus courants. La combinaison de ces éléments est utilisée pour créer la série 6000, qui est généralement facile à traiter et à durcir par précipitation. En particulier, le 6061 est l'un des alliages d'aluminium les plus courants et présente une résistance élevée à la corrosion. Il est couramment utilisé dans les applications structurelles et aérospatiales.

série 7000

Ces alliages d'aluminium sont faits de zinc et contiennent parfois du cuivre, du chrome et du magnésium. Ils peuvent être durcis par précipitation pour devenir les plus résistants de tous les alliages d'aluminium. Le grade 7000 est souvent utilisé dans les applications aérospatiales en raison de sa haute résistance. 7075 est un grade commun. Bien que sa résistance à la corrosion soit supérieure à celle des matériaux de la série 2000, sa résistance à la corrosion est inférieure à celle des autres alliages. Cet alliage est couramment utilisé, mais est particulièrement adapté aux applications aérospatiales. À

Ces alliages d'aluminium sont constitués de zinc, et parfois de cuivre, de chrome et de magnésium, et peuvent devenir les plus résistants de tous les alliages d'aluminium par durcissement par précipitation. La classe 7000 est généralement utilisée dans les applications aérospatiales en raison de sa haute résistance. 7075 est une nuance générale avec une résistance à la corrosion inférieure à celle des autres alliages.

série 8000

La série 8000 est un terme général qui ne s'applique à aucun autre type d'alliages d'aluminium. Ces alliages peuvent comprendre de nombreux autres éléments, dont le fer et le lithium. Par exemple, l'aluminium 8176 contient 0,6 % de fer et 0,1 % de silicium en poids et est utilisé pour fabriquer des fils.

Traitement de trempe et traitement de surface de l'aluminium

Le traitement thermique est un processus de conditionnement courant, ce qui signifie qu'il modifie les propriétés matérielles de nombreux métaux au niveau chimique. Surtout pour l'aluminium, il est nécessaire d'augmenter la dureté et la résistance. L'aluminium non traité est un métal mou, donc pour résister à certaines applications, il doit passer par un certain processus d'ajustement. Pour l'aluminium, le processus est indiqué par la lettre du nom à la fin du numéro de catégorie.

Traitement thermique

L'aluminium des séries 2xxx, 6xxx et 7xxx peut tous être traité thermiquement. Cela contribue à augmenter la résistance et la dureté du métal et est bénéfique pour certaines applications. Les autres alliages 3xxx, 4xxx et 5xxx ne peuvent être travaillés à froid que pour augmenter la résistance et la dureté. Différents noms de lettres (appelés noms trempés) peuvent être ajoutés à l'alliage pour déterminer quel traitement est utilisé. Ces noms sont :

F indique qu'il est à l'état de fabrication, ou que le matériau n'a subi aucun traitement thermique.

H signifie que le matériau a subi une sorte d'écrouissage, qu'il soit réalisé ou non en même temps que le traitement thermique. Le chiffre après "H" indique le type de traitement thermique et la dureté.

O indique que l'aluminium est recuit, ce qui réduit la résistance et la dureté. Cela semble être un choix étrange - qui voudrait un matériau plus doux ? Cependant, le recuit produit un matériau plus facile à mettre en œuvre, éventuellement plus tenace et plus ductile, ce qui est avantageux pour certains procédés de fabrication.

T indique que l'aluminium a été traité thermiquement, et le nombre après "T" indique les détails du processus de traitement thermique. Par exemple, l'Al 6061-T6 subit un traitement thermique en solution (maintenu à 980 degrés Fahrenheit, puis trempé dans l'eau pour un refroidissement rapide), puis un traitement de vieillissement entre 325 et 400 degrés Fahrenheit.

Traitement de surface

Il existe de nombreux traitements de surface qui peuvent être appliqués à l'aluminium, et chaque traitement de surface a des caractéristiques d'apparence et de protection adaptées à différentes applications. À

Il n'y a aucun effet sur le matériau après le polissage. Ce traitement de surface nécessite moins de temps et d'efforts, mais n'est généralement pas suffisant pour les pièces décoratives et convient particulièrement aux prototypes qui ne testent que la fonction et l'adéquation.

Le ponçage est la prochaine étape à partir de la surface usinée. Faites plus attention à l'utilisation d'outils tranchants et de passes de finition pour produire une finition de surface plus lisse. Il s'agit également d'une méthode de traitement plus précise, généralement utilisée pour tester des pièces. Cependant, ce processus laisse encore des traces de machine, il n'est donc généralement pas utilisé dans le produit final.

Le sablage crée une surface mate en pulvérisant de minuscules billes de verre sur les pièces en aluminium. Cela supprimera la plupart (mais pas toutes) les marques de traitement et lui donnera un aspect lisse mais granuleux. L'apparence et la sensation emblématiques de certains ordinateurs portables populaires proviennent du sablage avant l'anodisation.



L'anodisation est une méthode courante de traitement de surface. Il s'agit d'une couche d'oxyde protectrice qui se forme naturellement sur la surface de l'aluminium lorsqu'elle est exposée à l'air. Lors du traitement manuel, les pièces en aluminium sont suspendues sur un support conducteur, immergées dans une solution électrolytique, et un courant continu est introduit dans la solution électrolytique. Lorsque l'acide de la solution dissout la couche d'oxyde naturellement formée, le courant libère de l'oxygène à sa surface, formant ainsi une nouvelle couche protectrice d'oxyde d'aluminium.



En équilibrant la vitesse de dissolution et la vitesse d'accumulation, la couche d'oxyde forme des nanopores, permettant au revêtement de continuer à croître au-delà de ce qui est naturellement possible. Plus tard, pour des raisons esthétiques, les nanopores sont parfois remplis d'autres inhibiteurs de corrosion ou de colorants colorés, puis scellés pour compléter le revêtement protecteur.


Compétences en transformation de l'aluminium

1. Si la pièce est surchauffée pendant le traitement, le coefficient de dilatation thermique élevé de l'aluminium affectera la tolérance, en particulier pour les pièces minces. Pour éviter tout effet négatif, la concentration de chaleur peut être évitée en créant des trajectoires d'outil qui ne sont pas concentrées trop longtemps dans une zone. Cette méthode peut dissiper la chaleur et la trajectoire de l'outil peut être visualisée et modifiée dans le logiciel de FAO qui génère le programme d'usinage CNC.


2.2. Si la force est trop importante, la douceur de certains alliages d'aluminium favorisera la déformation pendant le traitement. Par conséquent, selon la vitesse d'avance et la vitesse recommandées pour traiter une qualité d'aluminium spécifique, afin de générer la force appropriée pendant le processus. Une autre règle d'or pour éviter la déformation est de garder l'épaisseur de la pièce supérieure à 0,020 pouce dans tous les domaines.


3. Un autre effet de la ductilité de l'aluminium est qu'il peut former un bord combiné du matériau sur l'outil. Cela masquera la surface de coupe tranchante de l'outil, rendra l'outil émoussé et réduira son efficacité de coupe. Ce bord d'accumulation peut également provoquer un mauvais état de surface de la pièce. Afin d'éviter l'accumulation d'arêtes, expérimentez avec des matériaux d'outils ; essayez de remplacer HSS (acier rapide) par des plaquettes en carbure, ou vice versa, et ajustez la vitesse de coupe. Vous pouvez également essayer d'ajuster la quantité et le type de liquide de coupe.


Faites-nous savoir comment traiter les pièces en aluminium par usinage CNC comme la vidéo suivante.



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