Fabrication de pièces métalliques :comment fabriquer des pièces métalliques personnalisées

La fabrication de pièces métalliques est devenue partie intégrante du processus de fabrication. Des trombones à papier aux pièces d'avion, il est largement utilisé dans la création de pièces pour diverses industries. Chaque fois que vous montez dans votre voiture pour décrocher votre téléphone ou manipuler un outil, vous utilisez un produit issu de la fabrication de pièces métalliques. Notre système repose sur ces pièces métalliques et sans elles, nous ne serions pas en mesure de créer nos maisons, de construire des appareils électroniques ou de maintenir nos véhicules opérationnels.

Cet article vous apporte un guide complet de la fabrication du métal, expliquant tout ce que vous devez savoir. De la définition des fabrications métalliques, des types, de l'application à ses options de finition de surface. De plus, ce guide vous servira dans tous les aspects de la fabrication de pièces métalliques. À la fin, vous aurez une meilleure compréhension de ce processus crucial et pourrez prendre des décisions en conséquence.

Qu'est-ce que la fabrication métallique ?

La fabrication de métaux est un terme général qui peut désigner le processus de fabrication de pièces métalliques, tel que le pliage, le découpage, l'assemblage, le façonnage ou le moulage de métaux dans la structure souhaitée. Vous pouvez également appeler ce processus un processus à valeur ajoutée impliquant la création de pièces, de machines et d'autres structures à partir de matières premières.

Dans la fabrication de pièces métalliques, au lieu d'assembler des composants prêts à l'emploi pour obtenir le produit final, vous fabriquez le produit final à partir de la matière brute ou semi-brute. Le processus utilise des tôles, des tiges, des billettes et des barres de métal brut pour produire les nouvelles pièces métalliques.

Types de matériaux métalliques – Aperçu

Chaque jour, nous rencontrons des dizaines de métaux différents dans notre vie. Il existe de nombreux types de métaux différents et ils ont deux catégories différentes. Jetons un coup d'œil aux deux.

• Métal dur :Ce type de métal est constitué d'une matrice métallique qui utilise un matériau dur pour se maintenir ensemble, ce qui les rend plus résistants que les alliages, les métaux purs ou l'acier trempé. Ces métaux sont plus durs mais aussi fragiles. De plus, les métaux durs sont utilisés dans la production de matériaux de coupe comme les forets, les fraises, les burins, etc. De plus, les outils de poinçonnage et de formage peuvent utiliser des métaux durs. La résistance à la température des métaux durs est nettement supérieure à celle des autres métaux. Certains exemples de métaux durs sont le tungstène, l'acier, le titane et le chrome.

• Métal mou :Il s'agit de la classe spéciale de matériaux métalliques à faible dureté. Le matériau souple est un matériau d'ingénierie de surface et peut être un lubrifiant solide pour les applications de roulement et de glissement. Ces métaux doux réduisent le frottement dans les composants mécaniques et améliorent la capacité anti-usure. De plus, ils peuvent améliorer et augmenter la durée de vie de l'équipement.  L'or, le plomb, l'argent, le thorium, le magnésium, le zinc, l'étain, l'aluminium, le cuivre, le laiton et le bronze sont des exemples de métaux mous.

Comment fabriquer des pièces métalliques

La fabrication de pièces métalliques varie considérablement selon les types de métaux. Chaque type de fabrication a sa force et ses compatibilités. Pour mieux comprendre l'éventail des différentes méthodes de production et vous aider à prendre la meilleure décision, nous avons donc présenté ci-dessous un aperçu des processus de fabrication des métaux.

Usinage CNC :enlèvement de matière

L'usinage CNC est un processus de fabrication contrôlé par ordinateur pour couper la matière première dans la forme souhaitée grâce au processus d'enlèvement de matière. Il existe de nombreux types d'opérations d'usinage dans l'usinage CNC de précision, vous pouvez les utiliser en fonction de la complexité de la géométrie et de la texture de surface dont vous avez besoin. Par conséquent, il s'agit de l'option optimale de fabrication de pièces métalliques pour une complexité et un volume faibles à moyens.

L'usinage CNC est le processus de référence pour de nombreuses industries. Les deux principales catégories de la technique sont le tournage et le fraisage CNC.

La fraiseuse dispose d'un outil de coupe multipoint. Le processus de fraisage utilise cette fraise rotative pour éliminer le matériau indésirable du stock de métal (pièce à usiner) et obtenir la forme souhaitée de la pièce métallique. Ceci est réalisé par la rotation multi-axes de l'outil de coupe. De plus, dans le tournage CNC, une seule arête de coupe enlève l'excès de métal de la pièce en rotation pour produire une structure cylindrique dans la pièce métallique. La pièce en rotation est acheminée lentement vers l'outil de coupe en mouvement dans une direction parallèle à l'axe de rotation de la pièce métallique.

Applications des pièces métalliques usinées CNC

Presque toutes les industries du monde d'aujourd'hui utilisent des pièces métalliques tournées et fraisées CNC. Ces pièces sont les bêtes de somme des industries modernes. Avec l'aide du tournage CNC, l'automobile , des télécommunications, de l'électricité, des machines et de l'électronique produisent de multiples composants. Par exemple, le tournage CNC aide à créer des bagues, des arbres, des goupilles, des tiges, des boîtes de vitesses et des têtes.

Le fraisage CNC est également une opération d'usinage bien connue pour la fabrication de métaux. Aéronautique structures, modèles de voitures, composants médicaux et pratiquement toutes les pièces métalliques que vous pouvez imaginer pourraient être usinées à partir d'un fraisage CNC.

Extrusion :Pousser des métaux dans une matrice

Ce processus consiste à pousser du métal chauffé dans une matrice. La matrice crée la forme en un tube ou en forme de L. Le métal peut être structuré en formes plus complexes grâce à cette technique. Les pièces métalliques produites par extrusion nécessitent une post-finition telle que le perçage, la découpe et l'usinage. C'est un procédé idéal qui nécessite des sections constantes. L'extrusion à chaud peut rendre les pièces plus grandes et d'une extrême complexité. En revanche, l'extrusion à froid fabrique des pièces plus petites avec moins de complexité.

Dans ce processus, une balle cylindrique est forcée de s'écouler à travers une cavité fermée dont est une matrice de la section transversale souhaitée. Ces coupes profilent les pièces métalliques et les forcent à sortir avec une presse hydraulique ou mécanique. La pièce métallique ressort avec la forme souhaitée.

L'extrusion comprend trois types d'opérations différents, l'extrusion à chaud, l'extrusion à froid et la friction. L'extrusion à chaud gère à haute température pour empêcher le matériau de durcir. L'extrusion à froid implique la température ambiante car le matériau peut avoir moins d'oxydation, une tolérance plus étroite et être plus résistant. Enfin, le processus de friction nécessite une force pour pousser la charge contre le dé.

Applications des pièces métalliques extrudées

L'extrusion fournit une surface lisse pour les peintures et les finitions. Cette caractéristique le rend idéal pour les pièces cosmétiques et de précision. Les industries aérospatiale et automobile utilisent ce procédé pour leurs composants. Il est également utile dans les applications de fenêtres, de garde-corps et de revêtements de sol.

Estampage :découpe et pliage de pièces

Le processus d'estampage peut former des formes, des images et des lettres sur des tôles. Les presses hydrauliques et mécaniques sont deux types d'emboutissage. Cette technique plie, poinçonne et coupe la tôle pour lui donner la forme souhaitée. Grâce à ce processus, des feuilles de ¼ d'épaisseur peuvent être moulées dans certaines tailles et formes. L'opération d'estampage comprend le découpage, la frappe du métal et la formation de quatre glissières. Ce processus est hautement évolutif pour des volumes et une complexité élevés avec des coûts unitaires faibles.

L'emboutissage implique plusieurs techniques pour le processus de fabrication de la tôle, notamment le poinçonnage, le pliage, le gaufrage, la frappe et le bridage. Il peut s'agir d'une opération en une seule étape où vous appuyez sur le métal pour produire la forme souhaitée sur la feuille en une opération en plusieurs étapes. Ce processus utilise normalement une tôle froide.

Applications des pièces métalliques embouties

L'emboutissage est le processus de fabrication de millions de pièces dans les industries de l'électronique, de l'électroménager et de l'automobile chaque année. Cette méthode convient à la fabrication de pièces fonctionnelles à grand volume telles que des boîtiers, des supports et des châssis. C'est également une option optimale pour l'industrie robotique.

Forger :Façonner le métal

C'est un processus de fabrication utilisant des forces de compression localisées pour façonner le métal. Pour le dire en termes simples, c'est le processus de chauffage et de mise en forme des métaux. De plus, il s'agit d'un processus industriel automatisé populaire. Les pièces forgeables vont du kilogramme à la centaine de tonnes métriques. Les industries modernes utilisent des machines de forge à fort impact pour façonner les métaux en structures souhaitables. Le forgeage produit des composants métalliques plus résistants que le moulage et l'usinage. Ce procédé est économique et produit moins de déchets.

Il s'agit d'un processus simple qui comprend cinq étapes, à savoir le chauffage, la réalisation, le forgeage, le refroidissement et la finition. De plus, ce procédé ne nécessite pas de réduction du métal en liquide, le chauffage du métal à un état malléable suffit pour le forgeage qui rend la pièce métallique plus résistante.

Applications des pièces métalliques forgées

De nombreuses industries à travers le monde ont besoin de composants métalliques forgés. L'industrie automobile utilise ces composants pour les applications de choc et de contrainte telles que les broches de roue, les pivots d'attelage, les arbres, les billes de torsion, etc. Ces pièces ont des applications dans les outils chirurgicaux, la transmission électrique, le matériel domestique et l'équipement industriel général.

Moulage :processus de fabrication séculaire

C'est l'un des processus de fabrication de pièces métalliques les plus flexibles. Le moulage est idéal pour une large gamme de structures métalliques de forme complexe. Vous pouvez dire que c'est la solution économique aux problèmes de fabrication de métal qui, autrement, prendraient plusieurs méthodes à résoudre. Le processus verse le matériau liquide dans un moule qui est une cavité creuse préfabriquée de la structure souhaitée. Ensuite, il peut refroidir le matériau puis l'éjecter solidement du moule pour obtenir la pièce en métal coulé.

Il existe deux méthodes de moulage bien connues. Jetons un coup d'œil aux deux.

• Casting d'investissement :Le moulage à la cire perdue utilise le modèle en cire du produit final. La cire est recouverte de céramique, une fois la céramique durcie la cire est chauffée et vidangée. La coque en céramique durcie devient le moule de la pièce métallique souhaitée. Le métal fondu est versé dans le moule et laissé refroidir et se séparer du moule. Ce procédé assure la production de pièces détaillées et complexes. Le moulage à la cire perdue peut répondre à de petits besoins de production.

• Moulage sous pression :Ce processus force le métal liquide dans un moule à l'aide de la pression hydraulique. Les moules en acier sont fabriqués de manière à produire des formes complexes qui garantissent la répétabilité et la précision avec efficacité. Par conséquent, le moulage sous pression convient aux grandes séries de production pour les pièces moulées de petite à moyenne taille avec la plus grande complexité.

Applications des pièces en métal coulé

Ce processus est capable de fabriquer presque tous les dispositifs mécaniques fabriqués dans le commerce à l'heure actuelle. De plus, en termes de production, le moulage surpasse l'usinage CNC en termes de coût et d'autres aspects. Cette méthode de fabrication du métal fabrique régulièrement des machines à laver, des tuyaux métalliques et des composants automobiles.

Moulage par injection de métal :processus de production à grand volume

Dans ce processus, le métal est finement réduit en poudre puis mélangé avec un matériau liant pour créer la matière première. Ensuite, la matière première est solidifiée et façonnée en produit final. Cette technique est idéale pour la production à grand volume et également rentable qui serait autrement assez coûteuse à fabriquer par d'autres méthodes.

Le moulage par injection de métal est différent du moulage sous pression en ce sens qu'il utilise une alimentation en mélange polymère-métal. Le mélange de métal et de polymère est créé dans la première étape. Après cela, le processus fondra puis injectera la matière première en poudre dans le moule, puis refroidira et se solidifiera pour prendre la forme du moule. Dans la dernière étape, éjectez la pièce moulée du moule et nettoyez-la.

Applications de pièces métalliques moulées par injection

Ce processus est une technologie innovante dans la fabrication de pièces métalliques qui a la capacité de produire des pièces complexes en grand nombre avec cohérence. Il existe de nombreuses pièces utilisant cette technique pour produire dans l'industrie automobile. Ce processus de fabrication fabrique également de nombreux autres produits d'avions, d'équipements médicaux, d'accessoires, d'ornements, d'ordinateurs, de produits de bureau et de composants d'appareils ménagers.

Remarque :Pour la fabrication de dispositifs médicaux, la technique de moulage par injection de plastique est également un moyen incroyablement efficace.

Impression 3D métal :géométries complexes et pièces à faible volume

L'impression 3D métal utilise la technologie laser pour produire des pièces métalliques. Cette méthode est courante dans les prototypes et comme substitut à la coulée à faible volume. La technique est idéale lorsqu'il s'agit de pièces très complexes à faible volume avec un faible coût et un délai d'exécution plus court. Metal 3D printing is also acknowledged for its ability to produce all-in-one assembly and geometries with inaccessible areas which are near impossible with standard tooling.

In this process, metallic particles are 3D printing step by step. In metal 3D printing, the chamber where this operation performs is filled with inert gas (e.g argon) to reduce the oxidation of the metal powder and then heated. After that, spread a thin layer of metal powder over the build platform and a laser scans the cross-section of the components fuses the metal particles to create a layer. The entire area of the model is scanned and the fully solid part is built this way. Now the final metal 3D printed part is ready to use.

Applications of 3D Printed Metal Parts

Metal 3D printing allows quick and inexpensive manufacturing of the different industrial parts. However, it is famous for the mass production of custom tools and the low volume production of specialized instruments. Thus, the technique is a great way to produce fully functional prototypes, rigid housing, ductwork, spare parts, production tools, surgical and dental implants, jewelry and decorative items, and many other components into different modern industries.

Surface Finish Options for Metal Parts

This is the final process in the manufacturing operation. Surface finishing provides environmental protection and aesthetics to metal fabricated parts. In addition, this process improves the features such as surface roughness and corrosion resistance which is beyond the capacity of machining operations. On top of that, some treatments can also increase the mechanical and electrical properties of the metal parts.

Below mentioned are some of the surface finishing options for metal parts.

• Electroplating
• Electroless Plating
• Anodic Oxidation
• Chemical Treatment
• Vacuum Plating
• Hot Dipping
• Painting
• Thermal Spraying

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C onclusion

It is imperative that metal is an extremely important material for many industries and household items that have given us so impressive equipment that made our life easier and better. In this article, we have discussed metal parts manufacturing and its fabrication options due to their highly detailed and unique characteristics. This guide can help you grasp various metal processing methods.