Qu'est-ce que l'usinage de l'aluminium ? - Outils et opérations

Qu'est-ce que l'usinage de l'aluminium ?

L'usinage est un processus de fabrication soustractif, ce qui signifie qu'il enlève de la matière d'une pièce pour créer la pièce ou le produit souhaité. Il est très polyvalent et s'adapte à une large gamme de substrats métalliques et non métalliques. L'aluminium est l'un des matériaux les plus couramment utilisés dans les opérations d'usinage.

En raison de son poids plus léger, de sa dureté inférieure et de sa plus grande formabilité, l'aluminium est idéal pour une utilisation dans l'usinage et d'autres opérations de fabrication. Ci-dessous, nous soulignons certains des autres avantages de l'utilisation de l'aluminium pour les applications d'usinage, expliquons comment l'aluminium est utilisé dans divers processus d'usinage et décrivons certaines des pièces usinées typiques en aluminium.

Un aperçu des processus d'usinage de l'aluminium

« Usinage » est un terme générique qui englobe une gamme de procédés de fabrication soustractifs, par exemple le fraisage, le tournage, le perçage. Il existe également plusieurs types de technologies et de techniques d'usinage, par exemple l'usinage CNC, l'usinage à vis suisse, le fraisage vertical et horizontal et l'usinage par décharge électrique (EDM). Ci-dessous, nous décrivons comment l'aluminium est traité dans chacune de ces méthodes d'usinage.

• Usinage à commande numérique par ordinateur (CNC) : Le processus d'usinage CNC utilise l'utilisation de logiciels informatiques et d'équipements compatibles CNC pour guider le mouvement et le mouvement des machines-outils sur la surface de la pièce. Il permet la production de pièces et de produits CNC en aluminium très précis et précis.
• Vissage suisse  :L'usinage de vis suisse est idéal pour la production de composants cylindriques petits mais très précis en aluminium, tels que des pièces électroniques ou médicales.
• Fraisage vertical/horizontal : Le fraisage est un processus d'usinage qui utilise des outils de coupe rotatifs pour éliminer l'excès de matière de la pièce. L'équipement de fraisage peut présenter une configuration verticale ou horizontale; Les unités verticales sont idéales pour de petites quantités de pièces simples en aluminium, tandis que les unités horizontales sont plus appropriées pour de grandes quantités de pièces complexes en aluminium.
• Usinage par électroérosion (EDM) : L'EDM utilise la décharge électrique générée entre deux électrodes pour enlever le matériau de la pièce. Bien qu'il soit généralement utilisé pour traiter des matériaux plus durs et plus difficiles à usiner, il peut être utilisé sur n'importe quel matériau électriquement conducteur, y compris l'aluminium.

Pourquoi l'aluminium peut-il être difficile ?

Si vous fabriquez un support pour Farmer Joe, peu importe l'efficacité avec laquelle vous enlevez le matériau. Mais si vous faites 10 000 parenthèses par semaine pour Hustler Joe, vous devez faire un bon travail.

Le principal défi de l'usinage efficace de l'aluminium consiste simplement à obtenir les taux d'enlèvement de matière maximaux sans faire exploser quelque chose.

L'aluminium peut fondre et fusionner avec l'outil s'il y a trop de chaleur. Ainsi, même s'il coupe comme du beurre, cela ne durera pas longtemps si l'aluminium colle à l'outil et que vous finissez par faire du soudage par friction-malaxage au lieu de l'usinage.

En plus de réduire au minimum les frottements, les bavardages peuvent être une bête lorsque vous poussez la machine. Ceci est particulièrement problématique lorsque vous essayez d'usiner des poches d'apparence propre. Ok, assez pleurnicher. Voyons comment vous pouvez le tuer sur le sol.

Outils de coupe pour l'aluminium

Vous ne devez en aucun cas utiliser une fraise à usage général pour l'aluminium. Techniquement, cela fonctionnera, mais l'aluminium est totalement différent de l'acier.

Voici quelques aspects de la sélection des outils qui vous aideront à tirer le meilleur parti de votre machine.

Matériel d'outil de coupe

Carbure : J'espère que c'est une évidence pour vous. Même dans les applications non performantes, le carbure dépassera la valeur de l'acier rapide en termes de coûts de l'outil sur la durée de vie et de finition de surface.

Même encore, il y a quelques bonnes choses à savoir sur le carbure qui vous aideront à trouver l'outil parfait pour le travail. Essentiellement, nous avons juste besoin de comprendre ce que nous attendons d'un outil. L'aluminium est une coupe douce, ce qui signifie que l'outil ne subit pas de fortes forces d'impact lors de la coupe.

Ce qui est essentiel, c'est de maintenir un bord tranchant comme un rasoir. Pour cette raison, nous choisirions la dureté plutôt que la ténacité pour les caractéristiques du matériau. Deux éléments principaux affectent cette propriété :la taille des grains de carbure et le rapport de liant.

Pour la granulométrie, un grain plus gros produit un matériau plus dur, tandis qu'un grain plus petit produit un matériau plus résistant aux chocs et plus résistant. Pour l'aluminium, nous voulons conserver cette netteté des bords, nous voulons donc une petite taille de grain pour une rétention maximale des bords.

L'autre facteur est le taux de liant. Pour les outils de coupe en carbure, le liant est le cobalt. Cela pourrait avoir n'importe où entre 2% et 20% de teneur en cobalt. Étant donné que le cobalt est plus tendre que les grains de carbure, plus de cobalt signifie un outil résistant, moins de cobalt signifie un outil plus dur. Donc, nous recherchons simplement une fraise au carbure qui a une grosse granulométrie et une faible teneur en cobalt.

Avances et vitesses

Beaucoup de gars vont simplement avec 1000 SFM pour calculer leur RPM. Si vous faites cela, vous n'allez vraiment pas plus vite que tout le monde.

Pour être honnête, c'est généralement ce qui est recommandé pour la plupart des cutters. 1000-1500 SFM est une vitesse tout à fait normale pour faire fonctionner votre broche. Avec les tests harmoniques, cependant, vous pouvez atteindre 3 fois cette vitesse. Plus d'informations à ce sujet plus tard.

Le taux d'alimentation est l'endroit où beaucoup de gars se dégonflent. Si vous alimentez une fraise en bout de 1/2″ à seulement 0,003″ par dent, vous perdez simplement du temps. Pour la production, vous voulez le pousser au moins à 1% du diamètre de la fraise par dent. Cela signifie que la fraise en bout de 1/2″ doit être alimentée d'au moins 0,005″ par dent. Avec une configuration stable et un outil court, vous pourriez même être en mesure de doubler cela.

La seule exception à cela est lorsque vous travaillez avec de petits outils, comme 1/8″ ou moins. Le dégagement des copeaux peut devenir un problème, ce qui signifie que vous devrez ralentir pour des copeaux plus fins.

Opérations courantes pour l'usinage de l'aluminium

Voici une liste des tâches courantes que vous allez effectuer avec l'aluminium, ainsi que quelques conseils pour vous aider.

1. Face

Si vous allez utiliser une fraise à coquilles, optez pour un angle de coupe super agressif et des inserts polis. Votre finition sera incroyable et vous pourrez vraiment pousser le RPM.

2. Poche

C'est quelque chose que beaucoup de gars ne font pas bien. Si vous dépassez la moitié du diamètre de la fraise et la moitié vers le bas, vous ferez une erreur pour deux raisons :

Le cutter peut gérer plus. Allez presque sur toute la largeur. Mon go-to est 95% du plat de coupe. La raison en est que la fraise sera de toute façon enterrée dans les coins. Cela signifie que vous devrez ralentir l'avance pour que l'outil n'explose pas dans les coins. Si vous allez à 100 %, vous risquez d'obtenir des tranches de papier entre les trajectoires d'outils en raison de la déviation de la fraise et du matériau.

Les sauts de 50 % sont horribles pour les harmoniques lorsque vous travaillez à un rythme respectable. L'impact de l'outil entrant dans la pièce est au pire endroit possible, claquant à chaque dent. Même un dépassement de 65 % de l'outil entraînera une réduction notable du broutage.

Une autre astuce consiste à utiliser un diamètre de fraise légèrement inférieur au rayon intérieur de la poche. Si vous utilisez une fraise en bout de 1/2″ pour couper des poches de rad de 1/4″, vous aurez tendance à creuser les coins avec des bavardages lorsque l'outil change de direction. À grande vitesse, les outils ne changent pas de direction instantanément, ce qui signifie que l'outil décharge la pression de coupe. C'est ce qui fait ces bruits de pépiement.

Je demanderai généralement si je peux redimensionner ces rads à 0,265″ pour des coins propres. Cela réduit le contact de l'outil avec la géométrie de la pièce. La machine est également capable de gérer ce virage arrondi à des vitesses plus élevées. Pensez à une voiture sur une piste de course. Si c'est un virage serré, la voiture ralentit. Si le rayon est plus grand, la machine n'a pas besoin de ralentir.

Cela éliminera à peu près ce gazouillis dans les coins qui rend vos pièces laides.

3. Sloting

Pour les fentes extrêmement profondes, il y a deux options qui fonctionnent bien pour moi :soit utiliser le fraisage trochoïdal pour réduire la déviation et le broutage de la fraise, soit utiliser une fraise en bout à goujure tronquée.

Personnellement, je préfère les cannelures tronquées, car l'outil est beaucoup plus solide et vous n'obtenez aucun mouvement inutile lorsque l'outil se déplace d'avant en arrière. Le rainurage profond fait partie de ces applications où il vaut souvent la peine d'utiliser un outil spécialisé.

Pour les rainures peu profondes (4xD et moins), aucune considération particulière n'est nécessaire. Juste donneur.

4. Perçage

Utilisation. Tranchant. Perceuses. Les forets au carbure ne sont pas toujours la solution; il ne sert à rien d'utiliser un foret au carbure coûteux si vous n'avez pas le régime de broche ou le volume de production pour le justifier.

De manière générale, utilisez simplement une perceuse à pointe fendue à 135 degrés et tout ira bien. S'il y a une toile sur la pointe du foret, vous mettez beaucoup de chaleur inutile dans la coupe.

5. Appuyer

Les tarauds à usage général fonctionnent techniquement, mais les tarauds spécifiquement pour l'aluminium sont nettement plus fiables. Ils ont un angle de coupe beaucoup plus agressif, ce qui signifie des coupes plus nettes et moins de chaleur.

Aussi, ne soyez pas une mauviette avec RPM. Si vous ne dépassez jamais 200 tr/min sur vos machines, vous perdez simplement du temps. Bien sûr, certaines machines sont juste vieilles et fatiguées, et il y a trop de contrecoups pour couper plus vite. Vraiment, cependant, vous n'allez pas être compétitif sur ces machines de toute façon. Le fait est que tarauder l'aluminium est facile, ne perdez pas de temps dessus.

Comment obtenir des finitions de surface impressionnantes sur l'aluminium

RPM élevé. Ce n'est pas vraiment un secret. Lancez-le.

L'utilisation d'un outil de finition tranchant comme un rasoir, à haute hélice et avec des angles de coupe très agressifs vous aidera également à obtenir une finition de surface super brillante.

Une chose à mentionner cependant est que vous ne voulez pas perdre votre temps à rendre la pièce plus jolie qu'elle ne devrait l'être. Parfois, vous voudrez simplement rendre le client heureux et l'impressionner, mais n'oubliez pas qu'il y a une différence entre un Ra brillant et un Ra élevé.

Cela vaut vraiment la peine de faire vos calculs de finition de surface afin de pouvoir déterminer la vitesse d'avance maximale pour vos coupes de finition. Je vais généralement faire le calcul, puis reculer d'environ 10% de cela pour être sûr. Si vous chevauchez ce bord, vous vous tromperez la moitié du temps.

Avantages de l'utilisation de l'aluminium dans les opérations d'usinage

En plus de son excellente usinabilité, l'aluminium présente de nombreuses caractéristiques qui le rendent apte à être utilisé dans les opérations d'usinage, telles que :

• Rapport résistance/poids élevé : L'aluminium est à la fois solide et léger, des qualités essentielles pour les pièces usinées utilisées dans des applications hautes performances, telles que celles que l'on trouve dans l'industrie aérospatiale et automobile.
• Résistance à la corrosion : L'aluminium est disponible en plusieurs qualités, qui varient selon le degré de résistance à la corrosion démontré. Dans les opérations d'usinage, l'une des nuances les plus couramment utilisées, la 6061, offre une excellente résistance à la corrosion.
• Conduction électrique : L'aluminium présente une conductivité électrique plus élevée (environ 37,7 millions de siemens/mètre à température ambiante) que d'autres métaux couramment usinés, tels que l'acier au carbone (7 millions de siemens/mètre) et l'acier inoxydable (1,5 million de siemens/mètre). Cette qualité rend les pièces en aluminium usinées adaptées à une utilisation en tant que composants électriques et électroniques.
• Potentiel de finition de surface et d'anodisation : L'aluminium s'adapte facilement à divers procédés de traitement de surface et de finition, tels que la peinture, la teinture et l'anodisation. Cette qualité permet aux fabricants d'améliorer les propriétés fonctionnelles et esthétiques de la pièce ou du produit en aluminium usiné.
• Recyclabilité : L'aluminium est hautement recyclable, ce qui permet aux fabricants de réutiliser les déchets produits lors des opérations d'usinage et les matériaux de construction des produits finis mis au rebut à la fin de leur durée de vie.
• Abordabilité : Comparé à d'autres matériaux d'usinage (par exemple, le laiton, le titane et le PEEK), l'aluminium est moins cher sans sacrifier considérablement les performances. De plus, son usinabilité se traduit par des coûts de production inférieurs, tandis que son poids plus léger entraîne des coûts de transport inférieurs.

Comme indiqué ci-dessus, le processus d'usinage s'adapte à une variété de matériaux, allant du métal et du plastique au papier et au bois. En plus de l'aluminium, certains des matériaux régulièrement utilisés dans les opérations d'usinage comprennent d'autres métaux (par exemple, l'acier et l'acier inoxydable) et les thermoplastiques. Par rapport à ces matériaux, l'aluminium offre de nombreux avantages :

Comparé à l'acier et à l'acier inoxydable, l'aluminium présente un poids beaucoup plus léger et une meilleure usinabilité.

Pièces en aluminium usinées typiques

Les professionnels de l'industrie utilisent l'aluminium dans les opérations d'usinage pour produire une variété de pièces et de produits. Ces composants trouvent une application dans un large éventail d'industries, notamment :

• Automobile
• Aéronautique
• Communication
• Produits électriques et électroniques
• Éclairage
• Médical

Les exemples de produits typiques incluent les goupilles cylindriques, les boîtiers EMI, les panneaux avant, les luminaires, les dispositifs médicaux et les arbres cannelés.