Un guide pour choisir le meilleur matériau CNC pour l'usinage

L'usinage CNC est un processus de haute précision compatible avec de nombreux matériaux. Les bons matériaux d'usinage CNC jouent un rôle énorme dans l'efficacité du processus de fabrication ainsi que dans la qualité et la fonction d'une pièce usinée. Cependant, choisir le bon parmi la multitude peut être difficile.

Cet article explique comment sélectionner le matériel CNC approprié pour votre projet.

Guide en 3 étapes pour la sélection des matériaux d'usinage CNC

Avant de plonger dans l'article, vous trouverez ci-dessous une brève introduction au guide en 3 étapes que la plupart des machinistes CNC utilisent pour sélectionner un matériau. Cependant, notez qu'il s'agit d'une introduction, car chaque étape sera expliquée en détail dans les sections suivantes.

· Étape 1 :hiérarchisez vos besoins en pièces

Les exigences en matière de pièces sont au cœur de l'usinage CNC et elles définissent le modèle pour le type de matériau que vous pouvez utiliser. Les exigences courantes incluent l'application de la pièce, c'est-à-dire l'environnement dans lequel elle sera utilisée, les propriétés présumées telles que la légèreté, la résistance à la traction et votre budget.

· Étape 2 :Identifiez les matériaux potentiels

La priorisation des matériaux en fonction des exigences de pièces ci-dessus vous amènera à identifier certains matériaux qui peuvent répondre à tous ou à la plupart d'entre eux. Faites une liste de ces matériaux.

· Étape 3 :Choisissez le matériau le plus approprié

Choisissez le matériau le plus approprié en faisant un compromis entre les exigences de la pièce. Par exemple, vous pouvez choisir le coût plutôt que les performances mécaniques si votre budget n'est pas dans les limites.

Étape 1 :Tenez compte de vos exigences en matière de pièces lors du choix des matériaux d'usinage CNC

Vous trouverez ci-dessous une étude approfondie des exigences en matière de pièces applicables à tout projet d'usinage CNC.

· Applications de pièces

Assurez-vous que le matériel CNC que vous utilisez est compatible avec l'application ou l'environnement prévu. Par exemple, comparons l'acier inoxydable et l'acier au carbone destiné à fabriquer des pièces de structure utilisées en milieu marin. Les deux matériaux sont usinables. Cependant, l'acier inoxydable sera plus approprié en raison de sa résistance à la corrosion. Si vous regardez un environnement sec normal, l'acier au carbone serait plus approprié car il est plus solide et plus durable.

· Poids de la pièce

Assurez-vous que les matériaux que vous envisagez ont le bon poids demandé en fonction de leur application. Plus grand ne signifie pas meilleur. Par exemple, l'aluminium et d'autres matériaux à faible densité séduisent fortement les industries automobile et aérospatiale en raison de leur légèreté et de leur résistance.

· Propriétés de la pièce

Les bons matériaux CNC auront les propriétés nécessaires pour un usinage efficace sans perte de fonction. Par conséquent, vous devez tenir compte des propriétés de la pièce que vous pouvez prendre en compte.

Machinabilité

L'usinabilité montre à quel point le matériau est compatible avec le processus d'usinage CNC. Le bon matériau doit être hautement usinable, ce qui entraîne une augmentation de l'efficacité de la production et une réduction des pièces CNC détruites. Les métaux mous tels que l'aluminium, le cuivre, le laiton et les plastiques sont des matériaux hautement usinables.

Les métaux durs et les plastiques résistants tels que le métal ou la fibre de carbone ont une faible usinabilité. Par conséquent, cela entraînera une faible productivité et une faible efficacité de production en raison de la nécessité de contrôler la vitesse de coupe et les vitesses d'avance de la machine CNC. . Ils peuvent également endommager les parties métalliques ou nécessiter des outils de coupe spéciaux, comme dans le cas du titane.

Force

Il existe différentes mesures de résistance du métal et du plastique, et vous devez tenir compte des points suivants lorsque vous recherchez le matériau parfait pour votre projet :

• Résistance à la traction  : La résistance du matériau à une force de traction
• Compression ou porteur : La résistance du matériau à une charge constante
• Résistance : La capacité du matériau à résister à la déchirure
• Élasticité : La capacité du matériau à reprendre sa forme d'origine après avoir retiré la charge

Connaissez la limite de résistance tolérable des pièces que vous souhaitez fabriquer, puis choisissez un matériau qui résonne avec ces limites. De plus, vous pouvez aller en ligne pour obtenir des informations techniques complètes sur la résistance des différents matériaux ou parler à notre personnel.

Résistance à la chaleur

La résistance à la chaleur montre la capacité du matériau à résister à un changement de propriétés mécaniques dû à un changement de température. Assurez-vous que les matériaux que vous choisissez ne se dilatent pas ou ne se contractent pas de manière irrégulière en réponse aux changements de température.

Résistance à la corrosion

La résistance à la corrosion est la capacité du matériau à résister aux substances étrangères qui peuvent provoquer une défaillance de la pièce. Ces substances étrangères ne se limitent pas à l'eau seule. D'autres exemples incluent l'huile, la graisse et les réactifs chimiques tels que les acides, les sels et l'alcool. Par conséquent, assurez-vous de consulter la fiche technique du matériau pour vérifier sa capacité à résister à l'exposition chimique.

Dureté

La dureté du matériau montre sa capacité à résister à des charges de surface ponctuelles et détermine les matériaux qu'une machine CNC peut couper. Les matériaux durs ne conviennent pas à l'usinage CNC car ils peuvent détruire les composants des machines CNC. Ils ont également besoin de procédures de coupe spéciales. Par exemple, le titane a besoin d'un outil de coupe en diamant.

Force/limite d'endurance

C'est la capacité globale des matériaux à absorber les contraintes. Par exemple, l'aluminium n'a pas de limite d'endurance en raison de sa microstructure. Cependant, ses alliages doivent avoir une limite d'endurance de 1/3 de la résistance à la traction.

· Tolérance dimensionnelle

La tolérance dimensionnelle est la limite autorisée dans la variation des pièces de la machine pour un fonctionnement efficace. Pour une tolérance dimensionnelle plus élevée, vous avez besoin de matériaux hautement usinables.

Les pièces fabriquées avec des tolérances serrées sont plus faciles à assembler. Par conséquent, ils conviennent parfaitement à l'automobile et à l'aéronautique.

De plus, chaque machine CNC a son niveau de tolérance en fonction du fabricant. Cependant, la tolérance moyenne est de 0,02 mm. Si vous n'êtes pas sûr de la tolérance, vous pouvez consulter notre article sur la tolérance standard pour l'usinage CNC.

· Apparence physique

L'esthétique n'est pas au premier plan des exigences lors de la sélection d'un matériau CNC. Cependant, vous devrez peut-être en tenir compte pour certains produits, en particulier les produits grand public.

L'aspect physique peut être en termes de douceur et de couleur de la pièce finale. Les métaux ont généralement une finition de surface lisse, bien qu'ils aient une gamme de couleurs limitée. Les matières plastiques sont de différentes couleurs.

· Budget du projet

Le coût des matériaux est une partie importante de la sélection des matériaux CNC, car l'usinage CNC est un processus soustractif, c'est-à-dire que la machine s'écaille sur la pièce pour fabriquer le produit final. Par conséquent, le budget du projet est le principal facteur de sélection des matériaux. Assurez-vous de choisir un matériau avec les propriétés souhaitées dans la fourchette de dépenses.

Étape 2 :Identifiez le matériau d'usinage CNC candidat

En utilisant les exigences des pièces mises en évidence ci-dessus, vous devriez être en mesure de dresser une liste des matériaux compatibles pour votre projet. Trois types de matériaux conviennent à l'usinage CNC :les métaux, les plastiques et autres. Cette section traite des trois types, de leurs propriétés et de leur application.

· Métal Matériaux d'usinage CNC

Les métaux sont des matériaux de fraisage CNC courants avec des propriétés uniques. Il existe une large gamme de métaux compatibles avec le procédé. Vous trouverez ci-dessous les options bien connues, leurs propriétés et leurs applications

– Aluminium

Les alliages d'aluminium ont généralement un bon rapport résistance/poids, une bonne conductivité thermique et électrique et une bonne résistance à la corrosion. Cependant, le niveau de ces propriétés dépend du type d'alliage d'aluminium . Par exemple, le 6061 contre 7075 la comparaison de l'aluminium montre que l'aluminium 6061 a une résistance à la corrosion plus faible. Il existe également d'autres comparaisons d'alliages d'aluminium montrant la diversité des propriétés du matériau.

Les alliages d'aluminium sont applicables dans l'industrie automobile et aéronautique pour la fabrication de pièces telles que des cadres et des équipements de loisirs performants

–  Laiton

Le laiton est un alliage de zinc et de cuivre. Contrairement au bronze et au cuivre , c'est un matériau économique avec un faible coefficient de frottement, une résistance chimique élevée et une faible résistance. Il est hautement usinable en raison de sa douceur. En conséquence, le laiton est applicable dans la fabrication de pièces utilisées dans l'industrie médicale (outils chirurgicaux), l'ingénierie et l'industrie de la musique (cordes).

–  Acier inoxydable

Les alliages d'acier inoxydable résistent à la corrosion, à la déformation et à l'usure. La plupart des alliages d'acier inoxydable peut être traité thermiquement à l'exception des tôles d'acier inoxydable 303 utilisées pour fabriquer des écrous, des boulons, des arbres et des engrenages. Un autre alliage courant est l'acier inoxydable 304, connu pour sa haute usinabilité, sa résistance à la corrosion et sa soudabilité.

L'acier inoxydable est généralement applicable dans l'industrie médicale pour la fabrication d'outils chirurgicaux et dans les industries automobile et aéronautique.

–  Acier

Les alliages d'acier ont une formabilité, une soudabilité et une usinabilité élevées. Cependant, le degré de ces propriétés dépend de l'alliage. L'acier convient à la fabrication de matériaux nécessitant des soudures solides, tels que des engrenages et des arbres.

–  Titane

Le titane a une résistance, une ténacité, une biocompatibilité et une résistance à la corrosion élevées. C'est le plus de temps par rapport à l'aluminium. Cependant, contrairement aux alliages d'aluminium, il est coûteux et peu usinable (il nécessite des fraises spéciales). Il a également une faible soudabilité, ce qui fait que de nombreux machinistes préfèrent l'acier à l'acier lorsqu'ils comparent le titane à l'acier.

Le titane est un matériau important dans les pièces de prototypage rapide utilisées dans la fabrication de dispositifs aérospatiaux, militaires et médicaux.

–  Cuivre

Le cuivre a une conductivité électrique et une résistance à la corrosion élevées, ainsi qu'une conductivité thermique. Cependant, il a une faible résistance aux produits chimiques tels que les acides, les halogènes, les sulfures et les solutions d'ammoniac.

Le cuivre est applicable dans l'industrie électrique pour la fabrication de pièces conductrices et dans l'industrie automobile pour la fabrication de systèmes de refroidissement et d'échangeurs de chaleur.

· Plastique Matériaux d'usinage CNC

Les polymères plastiques sont également des matériaux courants pour l'usinage CNC et sont connus pour leur polyvalence et leurs propriétés esthétiques. Vous trouverez ci-dessous les options bien connues, leurs propriétés et leurs applications.

–  ABS

Le matériau plastique ABS est un thermoplastique à haute résistance aux chocs, à faible conductivité électrique et à haute résistance chimique. Il est plus courant dans le moulage par injection, bien qu'il soit hautement applicable dans l'usinage CNC en raison de sa polyvalence.

L'ABS est applicable dans la fabrication de composants automobiles, de jouets et d'articles de sport. Cependant, contrairement à d'autres plastiques, il est moins cher et ne résiste pas longtemps aux températures élevées.

– Nylon

Le nylon est un polymère polyamide avec une usinabilité élevée, une résistance à la flamme modérée et une résistance élevée. Il convient à la fabrication d'isolateurs, de roulements, de roues et de boîtiers électroniques grand public.

–  Acrylique

Le PMMA est un matériau rigide, transparent, résistant aux rayures et aux chocs utilisé comme substitut du verre. L'acrylique pour CNC est applicable dans la fabrication d'écrans d'affichage, de lentilles, de boîtiers transparents et de stockage de nourriture (en raison de son manque de bisphénol-A). Cependant, il est susceptible de se déformer à la chaleur.

–  COUP D'OEIL

Le PEEK est un polymère semi-cristallin avec une excellente usinabilité, une stabilité dimensionnelle supérieure, une résistance chimique et une résistance aux chocs adéquate. Il s'applique à la fabrication de pièces telles que des prises de test, des interrupteurs et des connecteurs.

–  PVC

Le PVC est chimiquement résistant et plus abordable que la plupart des matériaux de fraisage CNC. Il est applicable dans l'industrie du logement pour la fabrication de conduites d'eau et de gaz.

· Autre Matériaux d'usinage CNC

Bien que les métaux et les plastiques soient les matériaux d'usinage CNC les plus populaires, il en existe d'autres compatibles. En voici quelques-unes qui peuvent convenir à votre projet.

–  Céramique

La céramique est un matériau connu pour être cassant, résistant à la chaleur et à la corrosion. Par conséquent, il nécessite un usinage soigné.

En raison de ses propriétés, il est important pour fabriquer des composants résistants à la chaleur, par exemple des composants de moteur de navette spatiale, des blindages de chars et des supraconducteurs.

–  Bois

Le bois (bois massif et contreplaqué) a une esthétique et une résistance à l'usure élevées. Le contreplaqué a plus de stabilité dimensionnelle. Par conséquent, il convient aux produits nécessitant un niveau de tolérance élevé. Les deux matériaux sont chers et peuvent nécessiter des outils de coupe spécialisés.

– Mousses

Les mousses sont des matériaux peu coûteux, légers et facilement usinables, adaptés comme matériaux de test dans l'usinage CNC. Il en existe deux types :rigide et sculpté.

Les mousses rigides ont une valeur isolante plus élevée (elles peuvent fonctionner à des températures comprises entre -100° et 200° F). En conséquence, ils conviennent à la fabrication de pièces utilisées dans les sols et les murs. Ils conviennent également à la fabrication de produits qui doivent résister à l'humidité.

La mousse à sculpter a une plus grande flexibilité. Par conséquent, ils sont applicables dans la fabrication d'un produit tel que des joints et des joints.

–  Composites

Les composites sont des matériaux synthétiques à base de carbone, de verre, etc., liés entre eux par une résine thermodurcissable ou thermoplastique. En raison de leur composition chimique, leur usinabilité est inférieure. En conséquence, ils sont difficiles à usiner et nécessitent souvent un outillage diamanté et des machines CNC 5 axes. Ils sont applicables dans les applications automobiles, aérospatiales et de production d'énergie.

Étape 3 :Sélection des meilleurs matériaux d'usinage CNC

Le choix du meilleur matériau d'usinage CNC dépend du produit que vous envisagez et de ses applications. Étant donné qu'il existe de nombreux matériaux disponibles, vous devriez être en mesure de faire une liste de ceux qui conviennent. Vous trouverez ci-dessous quelques éléments à prendre en compte pour sélectionner le meilleur matériau.

· Pensez aux matériaux non métalliques

Les métaux ne sont pas toujours la meilleure option. Certains matériaux non métalliques ont des propriétés similaires à celles des métaux. Par exemple, le polycarbonate est un plastique très résistant comparable aux métaux. De plus, il est léger, durable et moulable. Par conséquent, utilisez-les si votre projet se porte mieux avec un matériau CNC non métallique.

· Pensez aux composés phénoliques

Les composés phénoliques sont durs, dimensionnellement stables, résistants à l'électricité, à la chaleur et aux produits chimiques. Cela étant, ce sont d'excellentes options pour respecter des réglementations spécifiques dans vos projets.

· Connaître les différents usages des mousses

Les mousses sont très importantes dans l'usinage en raison de leur légèreté, de leur durabilité et de leur rigidité. Par conséquent, ils pourraient être le bon matériel de test, surtout si vous travaillez avec des matériaux coûteux. La mousse rigide convient aux pièces nécessitant une intégrité et une stabilité structurelles élevées, tandis que la mousse à découper convient aux pièces nécessitant un niveau élevé d'isolation et aux prototypes de moules.

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FAQ

Quel est le meilleur aluminium pour l'usinage ?

L'aluminium 6061-T6 est un alliage d'aluminium populaire considéré comme la nuance standard pour l'usinage CNC. Il est hautement usinable, léger, résistant à la corrosion et polyvalent. Il est applicable dans l'industrie automobile et aéronautique

Quels matériaux une machine CNC peut-elle couper ?

Une machine CNC peut couper des métaux mous tels que l'aluminium et l'acier inoxydable, des plastiques tels que l'ABS, le PEEK et le PVC, et d'autres matériaux tels que les mousses et la céramique.

Lequel est le meilleur entre les plastiques et les métaux ?

Les deux matériaux ont des propriétés applicables dans différents scénarios. Les métaux sont chers avec de bonnes propriétés fonctionnelles. Pour l'esthétique, les plastiques sont la meilleure option. Cela ne signifie pas que les métaux n'ont pas de propriétés esthétiques. Vous pouvez les rendre esthétiquement beaux en utilisant la finition de surface. De plus, de nombreux plastiques peuvent remplacer les métaux en termes de propriétés fonctionnelles.