Machine CNC en aluminium :avantages et alternatives possibles

Pour les projets d'usinage CNC, l'aluminium est l'un des choix de matériaux les plus populaires en raison de ses propriétés physiques souhaitables. Il est solide, ce qui le rend idéal pour les pièces mécaniques, et sa couche externe oxydée résiste à la corrosion des éléments. Ces avantages ont rendu les pièces en aluminium communes à toutes les industries, bien qu'elles soient particulièrement appréciées dans les domaines de l'automobile, de l'aérospatiale, de la santé et de l'électronique grand public.

L'aluminium offre également des avantages spécifiques qui simplifient et améliorent le processus d'usinage CNC. Contrairement à de nombreux autres métaux ayant des propriétés matérielles similaires, l'aluminium offre une excellente usinabilité :bon nombre de ses nuances peuvent être efficacement pénétrées par des outils de coupe, s'écaillant facilement tout en étant relativement faciles à façonner. Pour cette raison, l'aluminium peut être usiné plus de trois fois plus vite que le fer ou l'acier.

Cet article explique certains des principaux avantages de l'usinage CNC de l'aluminium - les raisons pour lesquelles il s'agit de l'un de nos processus de prototypage et de production les plus demandés - mais suggère également des alternatives d'usinage à l'aluminium.

D'autres métaux et plastiques peuvent offrir des avantages similaires à l'aluminium, en plus des avantages uniques qui leur sont propres.

Avantages de l'usinage CNC de l'aluminium

• Usinabilité
• Résistance à la corrosion
• Rapport résistance/poids
• Conduction électrique
• Potentiel d'anodisation
• Recyclabilité

Pièces en aluminium CNC typiques de 3ERP

Usinabilité

L'une des principales raisons pour lesquelles les ingénieurs choisissent l'aluminium pour leurs pièces usinées est que, tout simplement, le matériau est facile à usiner. Bien que cela semble être plus un avantage pour le machiniste qui fabrique la pièce, cela présente également des avantages significatifs pour l'entreprise qui commande la pièce, ainsi que pour l'utilisateur final qui l'utilisera éventuellement.

Parce que l'aluminium s'écaille facilement et parce qu'il est facile à façonner, il peut être coupé rapidement et avec précision avec des machines-outils à commande numérique. Cela a des conséquences importantes :premièrement, la courte durée du travail d'usinage rend le processus moins cher (car moins de main-d'œuvre est requise de la part du machiniste et moins de temps de fonctionnement est requis de la machine elle-même); d'autre part, une bonne usinabilité signifie moins de déformation de la pièce lorsque l'outil de coupe traverse la pièce. Cela peut permettre à la machine de respecter des tolérances plus strictes (aussi basses que ± 0,025 mm) et conduit à une précision et une répétabilité plus élevées.

Résistance à la corrosion

Différentes qualités d'aluminium diffèrent considérablement dans leur résistance à la corrosion - le degré auquel ils peuvent résister à l'oxydation et aux dommages chimiques. Heureusement, certaines des nuances les plus populaires pour l'usinage CNC sont les plus résistantes. Le 6061, par exemple, offre une excellente résistance à la corrosion, tout comme les autres alliages à l'extrémité inférieure du spectre de résistance. (Les alliages d'aluminium solides peuvent être moins résistants à la corrosion en raison de la présence de cuivre allié.)

Rapport résistance/poids

L'aluminium a des propriétés physiques souhaitables qui le rendent idéal pour les pièces mécaniques et d'aspect. Deux des plus importants sont la haute résistance du métal et sa légèreté, qui rendent le matériau favorable pour les pièces critiques telles que celles requises dans les industries aérospatiale et automobile. Les raccords d'avion et les arbres automobiles sont deux exemples de pièces qui peuvent être usinées avec succès avec de l'aluminium.

Cependant, différentes qualités d'aluminium servent à des fins différentes. En raison de leur rapport résistance/poids favorable, les nuances à usage général comme le 6061 peuvent être utilisées pour une grande variété de pièces, tandis que les nuances à haute résistance comme le 7075 peuvent être préférées dans les applications aérospatiales et marines.

Conduction électrique

Les pièces en aluminium usinées CNC peuvent être utiles pour les composants électriques en raison de leur conductivité électrique. Bien qu'il ne soit pas aussi conducteur que le cuivre, l'aluminium pur a une conductivité électrique d'environ 37,7 millions de siemens par mètre à température ambiante. Les alliages peuvent avoir des conductivités plus faibles, mais les matériaux en aluminium sont nettement plus conducteurs que, par exemple, l'acier inoxydable.

Matériel	Conductivité (S/m) à température ambiante
Cuivre	59,6 millions
Aluminium	37,7 millions
Zinc	16,9 millions
Fer	10 millions
Acier au carbone	7 millions
Titane	2,4 millions
Acier inoxydable	1,5 million

Potentiel d'anodisation

Les pièces en aluminium usinées sont particulièrement populaires dans l'industrie de l'électronique grand public, non seulement pour les exigences de résistance et de poids, mais aussi pour des considérations esthétiques importantes. En plus d'être réceptif aux peintures et aux teintes, l'aluminium peut être traité par anodisation, une procédure de finition de surface qui épaissit la couche externe protectrice et oxydée de la pièce.

Le processus d'anodisation, qui a généralement lieu une fois l'usinage terminé, consiste à faire passer un courant électrique à travers la pièce dans un bain d'acide électrolytique et donne une pièce d'aluminium plus résistante aux chocs physiques et à la corrosion.

Surtout, l'anodisation facilite l'ajout de couleur à une pièce en aluminium usinée, car la couche externe anodisée est très poreuse. Les colorants peuvent se frayer un chemin à travers les sections poreuses de la couche externe et sont moins susceptibles de s'écailler ou de s'écailler car ils sont intégrés à l'extérieur résistant de la pièce métallique.

Recyclabilité

Un autre avantage de l'aluminium est sa grande recyclabilité, ce qui le rend préférable pour les entreprises cherchant à minimiser leur impact environnemental ou pour celles qui souhaitent simplement réduire le gaspillage de matériaux et récupérer une partie de leurs dépenses. Les matériaux recyclables sont particulièrement importants dans l'usinage CNC, où il y a une quantité relativement importante de déchets sous forme de copeaux provenant de l'outil de coupe.

Alternatives à l'aluminium dans l'usinage CNC

Les entreprises peuvent rechercher des alternatives à l'aluminium pour l'usinage CNC pour un certain nombre de raisons. Après tout, le métal a quelques faiblesses :son revêtement d'oxyde peut endommager l'outillage, et il est généralement plus cher que des alternatives comme l'acier, en partie à cause des coûts énergétiques élevés de la production d'aluminium.

Voici quelques alternatives d'usinage potentielles à l'aluminium, en mettant l'accent sur leurs différences et leurs similitudes avec le populaire métal gris argenté.

Métaux

Acier et acier inoxydable

Mieux que l'aluminium pour :

• Force
• Résistance à la température

Pire que l'aluminium pour :

• Usinabilité
• Poids

Les aciers et les aciers inoxydables sont des matériaux largement utilisés dans l'usinage CNC. En raison de leur haute résistance, les aciers ont tendance à être privilégiés pour les applications à fortes contraintes et celles qui nécessitent des soudures solides. Les aciers résistent aux températures très élevées et les aciers inoxydables peuvent être traités thermiquement pour améliorer leur résistance à la corrosion.

Cependant, alors que les aciers d'usinage sont conçus pour une meilleure usinabilité, l'aluminium reste le plus usinable des deux matériaux. Les aciers sont également plus lourds et ont une dureté plus élevée que l'aluminium, ce qui peut être souhaitable ou non selon l'application.

Si la résistance à la température est une considération clé et que le poids ne l'est pas, l'acier peut être une alternative idéale à l'aluminium.

Titane

Mieux que l'aluminium pour :

• Rapport résistance/poids

Pire que l'aluminium pour :

• Coût

Le titane peut être utilisé pour remplacer l'aluminium à l'identique, car son principal avantage est un rapport résistance/poids exceptionnel - également l'un des principaux avantages de l'aluminium. Le titane a un poids similaire à l'aluminium mais est presque deux fois plus résistant. Comme l'aluminium, il est également très résistant à la corrosion.

Ces avantages se reflètent dans le prix plus élevé du titane. Bien que le matériau soit un excellent choix pour des pièces telles que des composants d'avions et des dispositifs médicaux, son coût peut être prohibitif.

Le titane est une alternative appropriée à l'aluminium lorsque la légèreté est une préoccupation majeure et, surtout, lorsque le budget de fabrication offre une certaine flexibilité.

Magnésium

Mieux que l'aluminium pour :

• Usinabilité
• Poids

Pire que l'aluminium pour :

• Sécurité d'usinage
• Résistance à la corrosion

Bien qu'il ne s'agisse pas du matériau d'usinage le plus courant, le magnésium métallique léger offre de nombreux avantages des alliages d'aluminium courants. En fait, le magnésium est l'un des métaux les plus usinables, ce qui rend le processus d'usinage rapide et efficace.

Un inconvénient potentiel pour les ateliers d'usinage ? Les copeaux de magnésium sont extrêmement inflammables et sont encore aggravés par l'eau, ce qui signifie que les machinistes doivent faire preuve de prudence lors du nettoyage des débris.

Laiton

Mieux que l'aluminium pour :

• Quelques applications esthétiques

Pire que l'aluminium pour :

• Coût

Métal à l'aspect doré, le laiton est un métal hautement usinable disponible à un prix légèrement supérieur à celui de l'aluminium. On le voit couramment sur des pièces telles que des vannes et des buses, ainsi que sur des composants structurels, tandis que sa grande usinabilité le rend adapté aux commandes à volume élevé.

Cuivre

Mieux que l'aluminium pour :

• Conduction électrique

Pire que l'aluminium pour :

• Usinabilité

Le cuivre partage plusieurs propriétés matérielles avec l'aluminium. Cependant, la conductivité électrique supérieure du cuivre peut le rendre préférable pour diverses applications électriques. Alors que le cuivre pur est difficile à usiner, de nombreux alliages de cuivre offrent une usinabilité similaire aux nuances d'aluminium populaires.

Thermoplastiques techniques

POM (Delrin)

Mieux que l'aluminium pour :

• Isolation électrique
• Faible friction

Pire que l'aluminium pour :

• Force
• Résistance à la chaleur

Les projets d'usinage CNC ne doivent pas nécessairement se limiter aux métaux. En fait, plusieurs thermoplastiques techniques peuvent égaler ou dépasser certains des avantages de l'aluminium, selon l'application.

Étant donné que l'aluminium est souvent préféré pour son excellente usinabilité, une alternative plastique viable est le POM (Delrin), qui est, comme l'aluminium, parfaitement adapté au processus d'usinage. Le POM a un point de fusion bas mais une résistance impressionnante pour un plastique.

Le POM est un isolant électrique, ce qui le rend adapté aux pièces telles que les boîtiers électroniques. Il convient également aux pièces mécaniques. Cependant, compte tenu de son comportement isolant radicalement différent de celui de l'aluminium, il ne doit être utilisé comme substitut à l'identique que dans des situations où la conductivité thermique et électrique est d'une importance négligeable.

PTFE (téflon)

Mieux que l'aluminium pour :

• Isolation électrique
• Frottement très faible

Pire que l'aluminium pour :

• Force

Comme le POM, le PTFE (téflon) est un thermoplastique hautement usinable qui est un excellent isolant électrique. Contrairement au POM, cependant, le PTFE résiste également aux températures élevées (jusqu'à 260 °C), ce qui en fait une alternative viable à l'aluminium pour les applications à haute température.

La haute résistance chimique du PTFE en fait également un matériau d'usinage populaire pour les pièces qui seront utilisées dans l'industrie alimentaire.

COUP D'ŒIL

Mieux que l'aluminium pour :

• Usage médical

Pire que l'aluminium pour :

• Usinabilité
• Coût

Bien que le PEEK soit plus difficile à usiner que les deux thermoplastiques précédents, sa haute résistance et sa stabilité thermique (résistant à des températures jusqu'à 260°C) en font une véritable alternative à l'aluminium. La popularité du PEEK pour les pièces telles que les vannes, les roulements, les pompes et les buses témoigne de ses capacités similaires au métal.

Une pierre d'achoppement est le prix. En tant que polymère haute performance, le PEEK est l'un des thermoplastiques usinables les plus chers, ce qui le rend adapté uniquement aux projets d'usinage où des matériaux omniprésents comme l'aluminium sont inutilisables.

ABS

Mieux que l'aluminium pour :

• Résistance aux chocs thermiques

Pire que l'aluminium pour :

• Force

L'ABS est couramment utilisé comme matériau de moulage par injection et, depuis quelques années, comme filament d'impression 3D. Mais si l'ABS a très peu de points communs avec l'aluminium, il reste un matériau polyvalent et léger pour l'usinage CNC, offrant une résistance aux chocs supérieure à la moyenne.

Plus

Les autres plastiques usinables, dont la plupart sont très différents de l'aluminium, comprennent le PC, l'ABS+PC, le PP, le PS, le PMMA (acrylique), le PAGF30, le PCGF30, le DHPE, le HDPE et le PPS.

Alternatives à des nuances d'aluminium spécifiques

Candidature	Aluminium	Alternative
Général	6061	Acier doux 1018
Aéronautique	7075	Acier inoxydable 303
Marine	5083	Acier inoxydable 304 Acier inoxydable 316
Chantier	5083	Acier doux A36
Nourriture	6061	PTFE PC

Combiner l'usinage CNC avec d'autres procédés

Si l'aluminium reste le matériau de choix pour un projet, il existe des moyens de combiner l'usinage CNC avec d'autres procédés de fabrication afin de créer des pièces en aluminium plus complexes et plus performantes. Cela peut maximiser la fonctionnalité de l'aluminium tout en profitant des avantages de plusieurs processus de production.

En plus d'être un processus de fabrication tout-en-un, l'usinage CNC peut être utilisé pour raffiner ou modifier des pièces fabriquées à l'aide d'autres machines. Les processus d'extrusion, de moulage et de forgeage peuvent chacun être complétés par le processus d'usinage pour fabriquer de meilleurs composants en aluminium.

Extrusion d'aluminium + usinage CNC

L'extrusion est le processus consistant à forcer un matériau fondu à travers une ouverture dans une filière, produisant un composant allongé avec un profil continu. Bien que l'extrusion d'aluminium soit un moyen efficace de produire des composants fonctionnels avec des finitions de surface de qualité et des sections complexes, sa portée est limitée, car ces sections doivent être cohérentes sur toute la pièce.

A moins bien sûr que la pièce ne soit modifiée après extrusion. Étant donné que l'extrusion d'aluminium implique généralement des qualités d'aluminium malléables, ductiles et usinables telles que 6061 et 6063, les pièces extrudées peuvent ensuite être post-usinées, c'est-à-dire coupées de différentes manières à l'aide d'un centre d'usinage CNC.

La combinaison de l'extrusion d'aluminium et de l'usinage CNC est un excellent moyen de produire des pièces résilientes avec des sections transversales complexes et des géométries irrégulières.

Moulage sous pression + usinage CNC

Le moulage sous pression est un processus de fabrication dans lequel le métal en fusion est forcé dans une cavité de moule à haute pression. Il est généralement utilisé lors de la fabrication de pièces en grandes quantités car les matrices en acier à outils requises sont coûteuses à fabriquer.

Avec l'acier, le magnésium et le zinc, l'aluminium est l'un des métaux les plus populaires pour le moulage sous pression, et les pièces en aluminium moulé sous pression ont généralement une excellente finition de surface et une excellente cohérence dimensionnelle.

Ces avantages peuvent être combinés avec les avantages de l'usinage CNC. En coulant sous pression des composants en aluminium puis en ajoutant des coupes supplémentaires à l'aide d'un centre d'usinage, il est possible de créer des pièces avec une finition exceptionnelle et des géométries plus complexes qui seraient possibles en utilisant l'un ou l'autre procédé seul.

Le moulage par gravité peut être utilisé à la place du moulage sous pression si la réduction des coûts est plus importante que la garantie d'une haute précision ou la création de parois minces.

Moulage de précision + usinage CNC

Le moulage de précision est un processus de moulage de métal qui utilise des modèles de cire pour créer des pièces métalliques. Comme les autres procédés de fonderie, il produit des pièces avec une excellente finition de surface et une grande précision dimensionnelle.

Le processus présente également des avantages uniques :il peut être utilisé pour créer des pièces plus complexes que ce qui serait possible avec le moulage sous pression, et les pièces émergent sans lignes de séparation.

Les alliages d'aluminium sont un matériau couramment utilisé pour le moulage de précision, et les pièces en aluminium coulé peuvent être post-usinées pour le raffinement.

Forge + Usinage CNC

De nombreux alliages d'aluminium usinables sont également adaptés au processus séculaire de forgeage, qui consiste à façonner le métal par la force de compression. (Cela implique souvent de frapper le métal avec un marteau.)

L'aluminium 6061, par exemple, est adapté au forgeage à chaud avec une matrice fermée, un procédé couramment utilisé pour produire des composants automobiles et industriels.

Les pièces forgées en aluminium peuvent être post-usinées avec un centre d'usinage CNC. Cela peut être avantageux par rapport à l'usinage seul, car les pièces forgées sont généralement plus résistantes que leurs équivalents entièrement moulés ou entièrement usinés. Cependant, le post-usinage permet de créer des géométries plus complexes sans compromettre totalement l'intégrité de la pièce.

Pour en savoir plus sur l'usinage CNC avec de l'aluminium et d'autres matériaux, contacter 3ERP .