Maîtriser l'usinage de l'aluminium : guide complet

L'aluminium est l'un des matériaux les plus couramment usinés, car la plupart des formes du matériau présentent une excellente usinabilité, et est ainsi un matériau couramment utilisé dans la fabrication. En raison de cela, la concurrence pour l'usinage de l'aluminium peut être intense. Comprendre les bases derrière la sélection d'outil, les paramètres de fonctionnement et les techniques de fraisage avancées pour l'aluminium peut aider les machinistes à gagner un avantage concurrentiel.

Propriétés du matériau

L'aluminium est un matériau hautement formable, travailable, léger. Les pièces faites de ce matériau peuvent être trouvées dans presque toutes les industries. De plus, l'aluminium est devenu un choix populaire pour les prototypes en raison de son faible coût et de sa flexibilité.

L'aluminium est disponible sous deux formes de base : Coulé et Déformé (Wrought). L'aluminium déformé est généralement plus fort, plus cher, et contient un pourcentage plus faible d'éléments extérieurs dans ses alliages. L'aluminium déformé est aussi plus résistant à la chaleur que le coulé et a un niveau d'usinabilité plus élevé.

L'aluminium coulé a une résistance à la traction inférieure mais avec une flexibilité plus élevée. Il coûte moins, et a des pourcentages plus élevés d'éléments extérieurs (silicium, magnésium, etc.) dans ses alliages, le rendant plus abrasif que le déformé.

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Géométrie de l'outil

Il y a quelques options de revêtement disponibles pour l'outillage aluminium, incluant le ZrN (Zirconium Nitride) de couleur or populaire et le TiB₂ (Diborure de Titane) moins connu mais hautement efficace. L'outillage non revêtu peut aussi fournir une performance d'usinage solide. Cependant, la vraie clé de la haute performance en usinage d'aluminium est de connaître le nombre de goujures et l'angle d'hélice appropriés requis pour votre opération.

Nombre de goujures

Les fraises en bout pour aluminium sont souvent disponibles en styles 2 goujures ou 3 goujures. Avec des nombres de goujures plus élevés, il deviendrait difficile d'évacuer les copeaux efficacement aux vitesses élevées auxquelles vous pouvez tourner dans l'aluminium. C'est parce que les alliages d'aluminium laissent un gros copeau, et les vallées de copeau deviennent plus petites avec chaque goujure additionnelle sur une fraise en bout.

Traditionnellement, les fraises en bout 2 goujures ont été le choix préféré pour l'aluminium. Cependant, les fraises en bout 3 goujures se sont avérées plus performantes dans de nombreuses opérations de finition, et avec les bons paramètres elles peuvent aussi fonctionner avec succès comme ébaucheurs. Bien que une grande partie du débat entre 2 et 3 goujures pour l'aluminium se résume à la préférence personnelle, l'opération, la rigidité et les taux d'enlèvement de matière désirés peuvent aussi avoir un effet sur la sélection d'outil.

Angles d'hélice

L'angle d'hélice d'un outil est mesuré par l'angle formé entre la ligne centrale de l'outil et une ligne droite tangente le long du bord de coupe. Les outils de coupe pour aluminium présentent généralement des angles d'hélice plus élevés que les fraises en bout standard. Les angles d'hélice spécialisés pour l'aluminium sont typiquement soit 35°, 40°, ou 45°. Les outils à hélice variable sont aussi disponibles et font un excellent choix pour réduire le chatter et les harmoniques tout en augmentant les taux d'enlèvement de matière.

Un angle d'hélice de 35° ou 40° est un bon choix pour l'ébauche traditionnelle et les applications de rainurage. Un angle d'hélice de 45° est le choix préféré pour la finition, mais aussi pour les parcours d'outil à haute efficacité (HEM) car l'angle d'hélice élevé s'enroule autour de l'outil plus vite et fait une coupe plus agressive.

Options d'outillage

Lors de l'usinage de l'aluminium, les outils standard 2 ou 3 goujures feront souvent le travail. Cependant, pour certaines applications et configurations de machine il y a quelques options d'outillage supplémentaires à considérer pour une performance encore meilleure.

Outillage brise-copeaux (Chipbreaker Tooling)

L'une des choses les plus importantes à considérer lors de l'usinage de l'aluminium (et de nombreux autres matériaux) est l'évacuation efficace des copeaux. Les fraises en bout standard 2-3 goujures tournant aux vitesses et avances recommandées et charges de copeau appropriées peuvent évacuer les copeaux assez bien. Cependant, l'outillage brise-copeaux 3 goujures peut tourner à des vitesses et avances accrues pour une performance encore meilleure. La géométrie unique de brise-copeaux décalée crée des copeaux plus petits pour une évacuation optimale tout en laissant une surface semi-finie.

Ces outils sont excellents pour des parcours d'outil plus avancés comme le fraisage à haute efficacité, qui est un autre outil important pour une expérience d'usinage d'aluminium réussie.

Fraises à haut équilibre (High Balance End Mills)

Les fraises à haut équilibre sont conçues pour augmenter significativement la performance dans les centres d'usinage hautement équilibrés capables de RPM et avances élevés. Ces outils sont équilibrés avec précision spécifiquement pour l'usinage à haute vélocité en aluminium (jusqu'à 33 000 RPM).

Helical Solutions offre de l'outillage à haut équilibre en styles standard 2 goujures, ainsi que des styles 3 goujures avec lubrification interne pour chaleur réduite, évacuation de copeaux améliorée et taux d'enlèvement de matière augmentés. Ces outils, comme les brise-copeaux, sont aussi un excellent choix pour les parcours d'outil à haute efficacité (HEM).

Paramètres de fonctionnement

Régler les bons paramètres pour les applications aluminium est vital pour optimiser la productivité et atteindre de meilleurs résultats d'usinage. Puisque l'aluminium est un matériau plus facile à usiner, pousser votre machine à ses limites et tirer le maximum de votre outil est vital pour rester en tête de la concurrence et continuer à gagner des affaires.

Bien qu'il y a de nombreux facteurs qui entrent dans les paramètres pour chaque travail, il y a quelques directives générales à suivre lors de l'usinage de l'aluminium. Pour les alliages d'aluminium coulé (ex. 308, 356, 380), une vitesse de coupe de 500-1000 SFM est recommandée, avec des RPM variant basés sur le diamètre de coupe. Le calcul de base pour trouver un point de départ pour les RPM serait (3,82 x SFM) / Diamètre.

Dans les alliages d'aluminium déformé (ex. 2024, 6061, 7075), une vitesse de coupe de 800-1500 SFM est recommandée, avec le même calcul utilisé pour trouver un point de départ pour les RPM.

Fraisage à haute efficacité (HEM)

Le fraisage à haute efficacité, communément connu comme HEM, est une stratégie qui gagne rapidement en popularité dans l'industrie manufacturière. De nombreux programmes CAM incluent maintenant des parcours d'outil HEM, et bien que virtuellement toute machine puisse performer HEM, le contrôleur CNC doit avoir un processeur rapide pour suivre les lignes de code additionnelles. Un excellent exemple de parcours d'outil HEM en aluminium peut être vu ci-dessous.

Au cœur, HEM est une technique d'ébauche qui utilise une faible profondeur de coupe radiale (RDOC) et une haute profondeur de coupe axiale (ADOC) pour tirer plein avantage du bord de coupe de l'outil. Pour en savoir plus sur comment le fraisage à haute efficacité peut augmenter votre efficacité, prolonger votre durée de vie d'outil pour réduire les coûts, et obtenir une plus grande performance pour l'aluminium (et d'autres matériaux), cliquez ici pour télécharger le Guide HEM.

En résumé

L'aluminium est un matériau polyvalent avec un haut niveau d'usinabilité, mais il ne devrait pas être négligé. Comprendre les meilleures façons de l'aborder est important pour atteindre les résultats désirés. Optimiser votre réserve d'outils, configurations de machine et parcours d'outil pour l'aluminium est essentiel pour rester en tête de la concurrence et rendre votre atelier plus efficace.