Choisir le bon matériau pour votre projet d'usinage CNC

L'usinage à commande numérique par ordinateur (CNC) est un processus de fabrication traditionnel polyvalent et de haute précision, idéal pour les séries de production de volumes moyens à élevés de pièces complexes. L'usinage CNC est un processus soustractif, ce qui signifie que la machine réduit un bloc solide de matériau pour créer la pièce finie - plutôt que de déposer progressivement du matériau, comme on le voit dans les méthodes de fabrication additive. Grâce à l'usinage CNC, les fabricants peuvent produire rapidement des prototypes et des pièces durables pour des applications spécifiques.

La sélection des matériaux est une partie extrêmement importante de tout processus de fabrication, mais les ingénieurs et les équipes de produits doivent être particulièrement diligents lorsqu'il s'agit de sélectionner des matériaux pour l'usinage CNC. Étant donné que ce processus est compatible avec une grande variété de matériaux - du métal à la fibre de verre en passant par le bois - il est facile de choisir par erreur un matériau suffisant pour le projet mais pas le mieux adapté. Dans cet article, nous aborderons les considérations clés pour la sélection des matériaux d'usinage CNC et donnerons un aperçu de certaines options courantes.

Considérations clés pour le choix des matériaux d'usinage CNC

Avant d'entrer dans les détails de la sélection des matériaux, les équipes de produits doivent d'abord faire le point sur les exigences de leur projet. Commencez par réfléchir à ces quatre questions :

1. Comment la pièce sera-t-elle utilisée ?

Les ingénieurs doivent tenir compte de l'utilisation finale de leur pièce et de l'endroit où elle sera utilisée, car ces facteurs auront un impact significatif sur la sélection des matériaux. Par exemple, l'acier inoxydable et l'acier au carbone conviennent tous deux à l'usinage CNC, mais seul l'acier inoxydable est naturellement résistant à la corrosion. Choisir le mauvais type d'acier ici compromettrait la longévité d'une pièce. La FDA, la FAA, ainsi que toute réglementation spécifique à l'industrie doivent également être prises en compte.

2. Le poids est-il important ?

Si une pièce doit être légère - une exigence courante lors de la fabrication pour les applications automobiles et aérospatiales - il existe de nombreuses options de métal à faible densité disponibles. Les fabricants peuvent également envisager d'utiliser un plastique comme l'ABS pour réduire le poids s'ils sont prêts à sacrifier la résistance.

3. La pièce nécessite-t-elle une résistance élevée ou une résistance à la chaleur ?

La résistance peut être mesurée de différentes manières (résistance à la traction, résistance à l'usure, etc.), de sorte que les ingénieurs doivent déterminer quel type de résistance - et dans quelle mesure cela compte - est requis pour leur part. Ces paramètres auront un impact sur la taille du pool de matériaux viables. De même, les exigences de température excluront d'emblée certains matériaux. Les ingénieurs doivent également se demander si leur pièce sera exposée à des températures variables, car presque tous les matériaux se dilatent ou se contractent en réponse aux changements de température.

4. Quel est le budget du projet ?

Les coûts des matériaux influencent presque toujours le choix des matériaux. L'objectif de la plupart des équipes de produits est de sélectionner un matériau qui maximise les propriétés et les performances souhaitées du matériau tout en minimisant les dépenses. Les coûts des matériaux sont particulièrement importants lorsqu'il s'agit d'usinage CNC, car ce processus produit une quantité relativement importante de rebuts. Certains matériaux, tels que les métaux spéciaux, sont extrêmement coûteux, ce qui pourrait avoir un impact majeur sur la rentabilité de l'ensemble du projet, compte tenu de la production de déchets. Les ingénieurs doivent évaluer soigneusement leur budget avant de prendre une décision finale.

5 matériaux d'usinage CNC courants

Étant donné que tout matériau - métal ou plastique - suffisamment dur pour l'usinage peut être utilisé pour la fabrication CNC, les équipes de produits n'ont que l'embarras du choix. Cette courte liste fournit un aperçu rapide de certains des matériaux les plus couramment utilisés dans la fabrication CNC aujourd'hui.

1. Aluminium

Les alliages d'aluminium sont faciles à usiner en grands volumes, ont un bon rapport résistance/poids et une conductivité thermique et électrique élevée. Ils sont également naturellement résistants à la corrosion. L'aluminium 6061 est un alliage d'aluminium polyvalent souvent utilisé pour l'usinage CNC. On le trouve généralement dans les pièces automobiles, les pièces de vélo, les articles de sport et d'autres articles de loisirs. Ce matériau est hautement usinable; cependant, il peut être plus cher que d'autres métaux et ne résiste pas bien en présence d'eau salée ou de certains produits chimiques. L'aluminium 7075 est une avancée par rapport au 6061. Idéal pour les cadres aérospatiaux et les équipements de loisirs haute performance, c'est l'alliage d'aluminium le plus solide disponible dans le commerce.

2. Acier inoxydable

Les alliages d'acier inoxydable sont solides et résistants à la déformation, à l'usure et à la corrosion. L'acier inoxydable 303 contient du soufre pour une meilleure usinabilité, mais ce matériau présente un certain nombre de limites que les ingénieurs doivent garder à l'esprit.

303 ne peut pas être formé à froid, traité thermiquement ou soudé, et une attention particulière doit être portée à la vitesse/aux avances et à la netteté des outils de coupe lors de la fabrication CNC. Cela dit, 303 fabrique d'excellents écrous, boulons, raccords, arbres et engrenages de qualité non marine.

L'acier inoxydable 304 est un acier non magnétique et polyvalent pour l'usinage CNC connu pour sa ténacité. Il est facilement usinable et résistant à la corrosion comme le 303, mais il peut être soudé. Le 304 est bien adapté à une large gamme d'applications grand public et industrielles, d'accessoires de cuisine, de réservoirs et de tuyaux, d'architecture, etc. L'inox 316 est encore plus résistant à la corrosion que le 304 ou le 303 grâce à l'ajout de molybdène. Il est solide, soudable et l'un des rares aciers inoxydables de qualité marine.

Puisqu'il est impossible de distinguer les aciers inoxydables à la seule vue, les ingénieurs doivent s'assurer de tester la matière première pour confirmer les caractéristiques de l'acier qu'ils utilisent.

3. Acier au carbone

L'acier au carbone 1045 est une nuance douce d'acier au carbone. Les fabricants usinent souvent avec ce matériau car il est moins cher que la plupart des aciers inoxydables mais plus solide et plus résistant. Le 1045 est facile à usiner, soudable et peut être durci ou traité thermiquement pour obtenir différentes duretés.

Ce matériau est idéal pour les écrous, les boulons, les engrenages, les arbres, les bielles et autres petites pièces mécaniques solides. 1045 peut également être utilisé pour des applications architecturales, mais il doit être traité en surface pour éviter la rouille et la corrosion.

4. Titane

Connu pour sa haute résistance, sa ténacité et sa résistance à la corrosion, le titane est souvent utilisé pour fabriquer des pièces pour les applications aérospatiales, militaires et industrielles les plus exigeantes. Ce matériau est également biocompatible et adapté à une utilisation dans la fabrication de dispositifs médicaux.

Cependant, le titane est plus cher que tout autre métal sous sa forme commerciale, ne se polit pas bien et est un mauvais conducteur d'électricité. Les ingénieurs doivent également être conscients que le titane est difficile à usiner et nécessite des fraises spéciales.

5. Nylon

Le nylon est un thermoplastique polyvalent à faible frottement qui est souvent utilisé comme alternative au métal dans les pièces fabriquées par CNC. Ce matériau est rigide, solide, résistant aux chocs, aux produits chimiques, mais étonnamment élastique. Le nylon réagit bien aux additifs et aux charges, de sorte que les ingénieurs peuvent se sentir libres de manipuler ce matériau pour obtenir les propriétés souhaitées.

Les applications populaires du nylon incluent le moulage électrique, les composants du système de carburant, les engrenages, les emballages alimentaires, le tissu, etc. Cependant, le nylon absorbe facilement l'humidité, ce qui peut avoir un impact négatif sur la stabilité dimensionnelle d'une pièce.

Tirez parti des conseils d'experts sur la sélection des matériaux

Cette liste n'est pas exhaustive, mais il est clair que l'usinage CNC est un processus de fabrication extrêmement polyvalent qui nécessite une évaluation approfondie des exigences du projet afin de sélectionner le matériau le mieux adapté à la pièce en question. Néanmoins, il peut être difficile d'atteindre l'équilibre idéal entre coût, qualité et temps.

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