Introduction à l'usinabilité, facteurs d'influence, amélioration et mesure

La facilité de découpe du métal avec un outil de coupe s'appelle l'usinabilité. Cependant, il est difficile de quantifier cette caractéristique en raison des nombreux facteurs qui déterminent l'usinabilité des métaux. Cet article présente les bases de l'usinabilité :qu'est-ce que c'est, les facteurs influençant l'usinabilité, le tableau d'usinabilité du métal, comment améliorer l'usinabilité et comment mesurer l'usinabilité.

Qu'est-ce que l'usinabilité ?

L'usinabilité est une mesure de la facilité avec laquelle il est possible de couper un matériau avec un outil de coupe ou de la facilité avec laquelle il est possible de couper du métal. Définit la facilité avec laquelle un matériau (principalement du métal) peut être coupé ou façonné tout en offrant une finition de surface satisfaisante. Les matériaux avec une bonne usinabilité nécessitent très peu de puissance pour couper, produisant une finition de surface lisse et minimisant l'usure de l'outil. En revanche, les matériaux moins usinables nécessitent des forces de coupe plus élevées, ont un mauvais état de surface et usent les outils. Par conséquent, les matériaux dont l'usinabilité est médiocre sont plus coûteux à traiter.

L'American Iron and Steel Institute (AISI) a établi une cote d'usinabilité de 100 % par rapport à l'usinabilité de l'acier 160 Brinell B1112 pour divers matériaux. Les métaux avec une usinabilité supérieure à B1112 sont évalués au-dessus de 100 %, tandis que les métaux avec moins d'usinabilité sont évalués en dessous de 100 %. L'indice d'usinabilité est déterminé en mesurant la moyenne pondérée de la vitesse de coupe normale, de l'état de surface et de la durée de vie de l'outil pour chaque matériau.

Tableau d'usinabilité des métaux

(Source :https://www.cnclathing.com/guide/cnc-machining-material-machinability-chart-machinability-of-metals-and-plastics-cnclathing)

Facteurs d'influence de l'usinabilité du métal

1) Facteurs liés aux caractéristiques de la pièce

Dureté du métal :

Si le métal est dur, il nécessite plus de consommation d'énergie et génère une température élevée. Par conséquent, une usure de l'outil peut se produire, entraînant une mauvaise usinabilité.

Composition chimique :

Lors de l'usinage de métaux purs, les efforts de coupe et l'usure de l'outil sont très élevés. Cependant, si de petites quantités de carbone, de manganèse, de plomb, de soufre et de phosphore sont ajoutées à l'acier, l'usinabilité peut être améliorée. La productivité et la finition de surface sont également améliorées.

Les aciers à faible teneur en carbone contenant 0,01 % à 0,15 % de carbone présentent une usinabilité médiocre en raison de leur ductilité et de leur ténacité élevées.

Si la teneur en carbone est supérieure (c'est-à-dire de 0,25 % à 0,3 %), il présente une bonne usinabilité.

L'ajout de 1 % de manganèse et de 0,15 % de phosphore améliore l'usinabilité des métaux.

Si du soufre et du phosphore sont présents dans le métal, les copeaux d'usinage ont tendance à se briser en raison de leur fragilité.

Cependant, certains métaux ajoutés à l'acier, tels que le silicium, le nickel, le chrome, le vanadium et le molybdène, ont un effet néfaste sur l'usinabilité.

Microstructure :

Les métaux présenteront une mauvaise usinabilité s'ils contiennent des inclusions abrasives et une structure non uniforme, de gros grains déformés.

Manipulation des métaux :

L'acier travaillé à froid présente une meilleure usinabilité car il augmente la durée de vie de l'outil et peut être usiné à des vitesses de coupe élevées.

L'usinabilité des aciers à haute teneur en carbone peut être améliorée par le travail à chaud.

Divers traitements thermiques, tels que la normalisation, le recuit, le revenu, etc., contribuent à améliorer l'usinabilité.

2) Facteurs liés à l'outil

Les différents facteurs liés à l'outil de coupe qui affectent l'usinabilité du métal sont énumérés ci-dessous.

Matériau de l'outil

Géométrie de l'outil

nature coupante

Rigidité de l'outil

3) Facteurs liés aux conditions de coupe

Divers facteurs liés aux conditions de coupe qui affectent l'usinabilité du métal sont énumérés ci-dessous.

vitesse de coupe

Avance et profondeur de coupe

température de coupe

liquide de coupe

4) Facteurs liés aux machines

Les machines-outils utilisées pour les opérations d'usinage doivent être rigides et solides pour une meilleure usinabilité de la pièce.

Amélioration de l'usinabilité des matériaux

Bien que les métaux aient des propriétés physiques fixes, l'état d'une pièce peut être modifié pour faciliter son usinage. Des additifs peuvent également être ajoutés à l'alliage pour améliorer l'usinabilité.

Additifs :Une façon d'améliorer l'usinabilité d'un matériau donné est d'ajouter des éléments d'autres matériaux pour les rendre plus faciles à couper. Par exemple, lors de l'usinage de l'acier, l'ajout de plomb et de soufre peut faciliter la coupe de la pièce.

Traitement thermique :Les métaux sont souvent chauffés et refroidis pour modifier leurs propriétés. Le traitement thermique réduit la dureté du métal, ce qui facilite son travail. Par exemple, le recuit d'alliages à base de nickel peut améliorer l'usinabilité.

Facteurs externes :faciliter l'usinage sans réellement changer le matériau de la pièce. Par exemple, le réglage du matériau de l'outil, de la vitesse de coupe, de l'angle de coupe, des conditions de fonctionnement et d'autres paramètres facilite la coupe de matériaux difficiles à usiner.

Mesure de l'usinabilité

Parce qu'il existe de nombreux facteurs différents qui affectent l'usinabilité d'un matériau, l'usinabilité peut être considérée comme un concept vague difficile à quantifier.

Cependant, les ingénieurs et les spécialistes des matériaux essaient de mesurer l'usinabilité à l'aide de paramètres tels que la consommation d'énergie (la quantité d'énergie nécessaire pour couper le matériau), la durée de vie de l'outil de coupe (la vitesse à laquelle l'outil s'use lors de la coupe du matériau) et la finition de surface (le résultat lissé du matériau coupé) .

Consommation d'énergie :l'usinabilité peut être évaluée par la force nécessaire pour couper le matériau, mesurée à l'aide de paramètres énergétiques standard.

Durée de vie de l'outil de coupe :l'usinabilité peut être évaluée en calculant la durée de vie de l'outil lors de la coupe d'un matériau donné.

Finition de surface :l'usinabilité peut être évaluée en notant le degré d'arête rapportée qui se développe pendant l'usinage, les matériaux hautement usinables ne développent pas d'arête rapportée.