Usinage CNC de l'acier :matériaux, avantages et options de finition de surface

L'acier est l'un des métaux les plus utilisés dans le monde aujourd'hui. Ce n'est pas du tout surprenant, compte tenu des nombreux avantages du métal. Sur le plan industriel, les fabricants utilisent différents services d'usinage des métaux pour répondre aux spécifications et aux exigences de conception des produits.

L'un de ces services d'usinage est l'usinage CNC de l'acier. Ce processus hautement automatisé est l'un des moyens les plus polyvalents de fabriquer des pièces en acier. Cependant, plusieurs facteurs entrent en jeu pour l'usinage de l'acier.

Cet article contient tout ce que vous devez savoir sur l'usinage CNC de l'acier et les différentes considérations pour obtenir les meilleurs résultats.

Qu'est-ce que l'usinage CNC de l'acier ?

L'usinage est un processus essentiel dans de nombreuses opérations de fabrication. Il fut un temps où le processus était entièrement manuel, mais cela demandait beaucoup d'efforts et de temps. De nos jours, les services d'usinage sont automatisés, et l'une de ces applications est l'usinage à commande numérique par ordinateur (CNC). Fondamentalement, l'usinage CNC implique l'utilisation d'un ordinateur pour contrôler le mouvement d'un outil spécifique, formant des conceptions à partir de stock de métal et de plastique. Ce processus automatisé est devenu très courant dans l'industrie manufacturière en raison de sa rapidité, de sa précision et de son efficacité de production. Plusieurs matériaux sont compatibles avec l'usinage CNC, et l'acier ne fait pas exception. En fait, les pièces en acier CNC sont l'une des plus populaires pour les pièces usinées sur mesure et les prototypes.

Nuances d'acier pour l'usinage CNC

L'application de l'usinage CNC couvre plusieurs matériaux. Choisir le bon matériau pour votre projet peut être délicat, impliquant généralement plusieurs facteurs. Cependant, la sélection du matériau à utiliser, l'acier, dans ce cas, n'est qu'une première étape. Encore faut-il choisir parmi les différents grades disponibles.

Les propriétés des nuances d'acier informent leur utilisation respective pour des projets d'usinage spécifiques. Voici quelques-uns des grades les plus courants et leurs propriétés.

Acier 4140

Cette nuance est un acier faiblement allié, contenant peu de chrome, de molybdène et de manganèse. Cette composition chimique améliore la résistance, la ductilité et la ténacité de la nuance d'acier. De plus, la teneur en chrome ajoutée rend cette nuance plus résistante à la corrosion.

Par conséquent, il est utilisé dans de nombreuses industries en raison de sa bonne usinabilité et de sa résistance à l'abrasion. Cependant, l'acier 4140 n'est pas le plus facile à souder et peut nécessiter un traitement avant et après la chaleur. Cette nuance se trouve souvent dans les pièces en acier CNC pour les accouplements, les broches, les boulons, les écrous et les pièces automobiles.

Propriétés mécaniques

Résistance à la traction (MPa):655
Module de cisaillement (GPa):80
Allongement à la rupture (%) :19
Dureté (Brinell):197
Densité (g cm-3) :7,87

Acier 4130

Comparé à l'acier normal, l'acier 4130 a des niveaux plus élevés d'éléments d'alliage. Il se compose de fer, de carbone, de chrome, de manganèse, de molybdène, de phosphore, de silicium et de soufre. Ces éléments sont responsables de la ténacité, de l'usinabilité et de la compatibilité thermique de cette nuance d'acier.

Il est couramment utilisé à diverses fins de construction en raison de sa capacité à résister à des contraintes élevées. En outre, il est utilisé dans les supports de moteurs d'avions. Les fabricants préfèrent souvent l'acier 4130 à l'acier de qualité aéronautique, car il est moins cher mais aussi efficace.

Bien qu'il soit facile à traiter à la chaleur, l'acier 4130 n'est pas très facile à souder.

Propriétés mécaniques

Résistance à la traction (MPa):460
Module de cisaillement (GPa):80
Allongement à la rupture (%) :20
Dureté (Brinell):217
Densité (g cm-3) :7,87

Acier 1018

Cette nuance d'acier est généralement considérée comme un acier au carbone doux, composé de fer, de carbone, de manganèse, de phosphore et de soufre.

Le principal argument de vente de l'acier 1018 dans l'usinage CNC de l'acier est sa haute soudabilité, ce qui en fait l'option par défaut pour les pièces en acier cémenté CNC. Notez cependant que le soudage n'est conseillé qu'après la cémentation.

En plus d'être très soudable, l'acier 1018 a une usinabilité exceptionnelle. C'est la base de son utilisation pour les processus d'usinage de précision CNC, comme le tournage et le fraisage de l'acier. Pratiquement, les fabricants l'utilisent pour les tirants, les broches, les arbres et de nombreux autres composants de moules.

Le principal inconvénient de cette nuance d'acier est son incompatibilité avec de nombreux procédés de finition et son prix relativement élevé.

Propriétés mécaniques

Résistance à la traction (MPa):310
Module de cisaillement (GPa):78
Allongement à la rupture (%) :15
Dureté (Brinell):131
Densité (g cm-3) :7,87

Acier 1045

Il s'agit d'un acier à carbone moyen comprenant du fer, du carbone, du silicium, du manganèse et du soufre ou du phosphore. Il s'agit de l'une des nuances les plus polyvalentes utilisées par les fabricants d'acier pour les pièces en acier CNC. L'acier 1045 est solide et résistant, ce qui justifie son utilisation dans de nombreux projets d'usinage d'acier CNC où la résistance à l'eau est essentielle.

De plus, l'acier 1045 est usinable et soudable, deux facteurs importants que les fabricants prennent en compte lors de l'usinage de l'acier. Les applications de cette qualité comprennent les bières, les boulons, les engrenages, les arbres et les goujons. Essentiellement, les fabricants le préfèrent pour les projets qui nécessitent des vitesses extrêmes.

Bien que cette nuance d'acier soit relativement solide, son utilisation est déconseillée pour les produits très résistants car sa résistance à la traction et sa trempabilité sont au mieux moyennes.

Propriétés mécaniques

Résistance à la traction (MPa):450
Module de cisaillement (GPa):60
Allongement à la rupture (%) :12
Dureté (Brinell) :170
Densité (g cm-3) :7,87

Acier 1215

Cette nuance d'acier contient du fer, du carbone, du manganèse, du phosphore et du soufre. En raison de la teneur relativement élevée en soufre de cette nuance d'acier, elle est considérée comme un acier de décolletage. En outre, beaucoup l'appellent stock de vis en raison de son utilisation pour les processus de machine à vis automatique.

L'acier 1215 forme de petits copeaux lors de l'usinage, permettant des taux d'usinage plus élevés et évitant l'enchevêtrement dans les machines. Cependant, il n'est pas très soudable. De plus, il n'est pas aussi résistant que les autres nuances étirées à froid en raison de sa teneur en carbone relativement faible.

Industriellement, il convient aux projets automatiques où un usinage lourd est nécessaire. Ses applications incluent les goujons, les goupilles, les vis, les raccords et les raccords de tuyaux.

Propriétés mécaniques

Résistance à la traction (MPa):415
Module de cisaillement (GPa):80
Allongement à la rupture (%) :10
Dureté (Brinell) :167
Densité (g cm-3) :7,87

Avantages et défis des pièces en acier CNC

Usiner correctement des pièces en acier nécessite beaucoup d'expérience et de compétence pour produire des résultats fiables à chaque fois. Bien qu'il s'agisse de l'un des matériaux les plus exigeants à travailler, les avantages que vous tirez de l'utilisation de l'acier l'emportent souvent sur les défis.

Avantages

La plupart des pièces en acier CNC disponibles aujourd'hui ont une bonne usinabilité, c'est-à-dire la facilité avec laquelle les métaux peuvent être coupés ou façonnés pour fournir un résultat décent. Des facteurs tels que la dureté, l'énergie, la puissance et la contrainte de cisaillement ont un impact sur l'usinabilité de l'usinage CNC de l'acier.

Un autre avantage de l'usinage CNC de l'acier pour les pièces de machines est que les produits sont très résistants à la corrosion et à l'usure. De plus, les pièces en acier sont généralement compatibles avec de nombreuses finitions de surface.

Défis

Malgré les nombreux avantages, il existe certains défis lors de l'usinage de pièces en acier avec CNC. D'une part, toutes les pièces en acier ne sont pas facilement usinables. Cela signifie donc qu'il peut être difficile d'utiliser certaines nuances d'acier pour des projets géométriquement complexes.

De plus, les nuances d'acier ont des sensibilités à la chaleur différentes. Certaines nuances ne conviennent pas aux pièces en acier CNC qui seront fortement exposées à la chaleur, car elles peuvent fondre et se déformer.

Finitions de surface et options de post-traitement pour les pièces en acier

Comme son nom l'indique, les finitions de surface sont des processus après la fabrication normale de pièces métalliques. L'objectif est d'améliorer la fonctionnalité et l'esthétique de ces pièces. Cependant, différents métaux nécessitent des finitions de surface différentes.

Pour les pièces en acier, vous trouverez ci-dessous les finitions de surface courantes applicables.

Revêtement en poudre

La finition par revêtement en poudre consiste à déposer de la poudre sèche sur la surface de l'acier. La finition a généralement une épaisseur comprise entre 0,15 et 0,3 mm. L'avantage apparent est d'augmenter la résistance à la corrosion des pièces en acier CNC.

Carburation

La carburation durcit les surfaces métalliques. Le processus consiste à chauffer l'acier métallique en présence de matériaux contenant du carbone, comme le monoxyde de carbone et le charbon de bois. Outre la dureté, la carburation améliore également la résistance à l'usure des pièces en acier CNC.

Placage au nickel

Cette finition de surface consiste à galvaniser le métal de l'acier en ajoutant une fine couche de nickel, d'environ 0,1 mm. Cela peut améliorer la résistance des pièces en acier à la corrosion et à l'usure.

Meulage

Le meulage aide à lisser la surface de l'acier, en éliminant les irrégularités. Les fabricants le font à l'aide d'une meule.

Usinage de l'acier par rapport à l'aluminium :quelle est la différence ?

L'une des raisons pour lesquelles l'usinage CNC est si répandu aujourd'hui est sa compatibilité avec divers métaux et même des plastiques. Néanmoins, les deux matériaux les plus courants pour l'usinage CNC sont l'acier et l'aluminium. Les fabricants doivent souvent choisir entre ces deux éléments. Vous trouverez ci-dessous une comparaison de l'usinage CNC de l'acier et de l'usinage CNC de l'aluminium.

Usinage de l'acier par rapport à l'aluminium :usinabilité

L'usinabilité dépend de divers facteurs, dont la dureté et la résistance du métal. Généralement, plus un métal est dur, plus son usinabilité est faible. Ce principe vaut également pour l'aluminium.

L'acier a une plage de dureté Brinell plus élevée (80 et 600) que l'aluminium (environ 15). De même, l'acier a une résistance à la traction et à l'élasticité plus élevée que l'aluminium. Par conséquent, l'acier est plus résistant mais moins usinable.

Usinage de l'acier par rapport à l'aluminium :vitesse

Comme l'aluminium est plus léger que l'acier, les machinistes peuvent y travailler plus rapidement. De plus, l'aluminium refroidit plus rapidement que l'acier après chauffage. Cela implique que les cycles de fabrication sont plus longs lors de l'usinage de l'acier.

Usinage de l'acier par rapport à l'aluminium :coût

Souvent, le choix entre l'acier et l'aluminium se résume au coût. Cela est particulièrement vrai lorsque les deux matériaux conviennent à un projet particulier. Bien qu'il existe différents types et qualités de ces métaux, l'usinage CNC de l'acier coûte généralement plus cher que l'aluminium.

Lequel choisir ?

Le premier facteur à prendre en compte est le type de produit dont vous avez besoin. L'acier serait plus adapté aux produits exposés à des températures élevées en raison de son point de fusion plus élevé. En revanche, l'aluminium est plus adapté aux pièces légères, surtout si la conductivité est essentielle.

Applications des pièces en acier CNC

Les pièces en acier CNC sont présentes dans de nombreuses industries aujourd'hui, y compris l'industrie médicale, automobile et électronique. Plus précisément, l'usinage CNC de l'acier est utile pour les instruments médicaux, les pièces de machines, les récipients sous pression sous vide et les engrenages.

Services d'usinage CNC en acier chez Wayken

Les pièces CNC en acier sont aujourd'hui courantes dans plusieurs industries. Avant l'usinage CNC de l'acier, les fabricants doivent choisir une nuance d'acier. Cela implique d'évaluer les différentes propriétés avec les besoins du projet. Après avoir pris en compte tous les facteurs, des services d'usinage de qualité sont cruciaux.

Chez WayKen, nous avons des experts dédiés qui peuvent gérer tous vos services d'usinage CNC en acier. Nous pouvons assurer la précision, la qualité et l'abordabilité des composants de votre projet. Plus précisément, nous nous occupons du fraisage, du tournage, du meulage, de l'électroérosion et de l'électroérosion à fil CNC de l'acier.

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