Guide d'expert pour le choix des matériaux en usinage CNC

Ces dernières années, avec le développement de l'usinage CNC, les composants des machines-outils à commande numérique ont également continué d'évoluer. L'usinage CNC est devenu une nécessité dans de nombreux secteurs, qui doivent fabriquer des pièces spéciales pour leurs projets. La gamme de matériaux CNC s'est élargie pour répondre aux besoins des consommateurs, ingénieurs, entrepreneurs et autres domaines afin de créer des solutions pour des applications très spécifiques. La clé pour obtenir le meilleur produit fini est de choisir le bon matériau.

Facteurs à considérer pour la sélection des matériaux

Comment les pièces seront-elles utilisées ?

Puisque l'usinage CNC s'est développé pendant de nombreuses années, les composants des machines-outils CNC ont également évolué. Des types de matériaux similaires peuvent être utilisés dans plusieurs produits et entraîner diverses fonctions. Les pièces sont-elles destinées à des équipements médicaux, automobiles, aérospatiaux, machines ou à la fabrication industrielle ?

Prenons l'exemple de l'isolation : le matériau utilisé pour isoler un éthylotest peut différer de celui utilisé pour l'isolation dans un appareil photo. Ils servent tous le même objectif, mais ne peuvent pas être utilisés de la même manière ni produire le même type de résultat. Si vous utilisez les pièces à l'extérieur ou dans un environnement humide, privilégiez l'acier inoxydable plutôt que l'acier au carbone pour éviter la rouille.

Charge de contrainte

Des charges de contrainte élevées peuvent provoquer la déformation ou la fissuration de certains matériaux. Lors du choix du matériau de la pièce, assurez-vous de prendre en compte la charge de contrainte. Les pièces soumises à de fortes contraintes doivent être usinées avec des composants résistants à la charge et à la déformation. Si votre pièce sera soumise à de fortes contraintes, le matériau devra posséder les éléments nécessaires pour résister à la charge et prévenir la déformation.

Tolérance dimensionnelle

Ne sous-estimez jamais l'importance des tolérances dimensionnelles. Elles jouent non seulement un rôle dans la sélection des matériaux, mais affectent également les pièces et assemblages, les méthodes de coupe, ainsi que l'utilisation des outils et machines. La tolérance dimensionnelle influencera l'ensemble du processus et le coût final.

Vous devez connaître les tolérances requises pour la pièce. Si vous utilisez une ancienne conception ou un croquis et souhaitez suivre les méthodes passées, il est préférable de vérifier à nouveau si les tolérances sont appropriées. Des erreurs de saisie peuvent facilement apparaître dans les documents. Même si les informations sont correctes, si des ajustements peuvent être faits pour assouplir les tolérances tout en permettant à la pièce de fonctionner de manière optimale, vous pouvez économiser de l'argent en réévaluant les tolérances. Les tolérances serrées sont généralement plus coûteuses.

Les tolérances dimensionnelles standard sont utilisées par défaut, mais si vous ne spécifiez pas la tolérance ou découvrez que le chiffre est incorrect, vous commanderez finalement des pièces inappropriées. Le redimensionnement et/ou la nouvelle commande prennent plus de temps, et à long terme, cette étape initiale simple peut vous faire économiser de l'argent.

Si vous n'êtes pas sûr des tolérances exactes des pièces dont vous avez besoin, ne faites pas de suppositions éclairées, mais laissez une entreprise professionnelle d'usinage CNC vous aider à les résoudre.

Température de fonctionnement

Lors de la sélection d'un matériau, le point de fusion du matériau doit être supérieur à la température de fonctionnement du processus. De plus, il faut tenir compte des fluctuations de la température de fonctionnement : le matériau doit résister à la température sans gauchissement, déformation ou rupture au fil du temps.

Bien que certains matériaux plus durables soient conçus pour résister à ces changements, de nombreux matériaux montreront des signes de gauchissement, de gonflement et/ou de fissuration au fil du temps. Les températures extrêmes peuvent également affecter négativement la durabilité de certains matériaux.

Lorsque vous usinez des matériaux CNC, il est également important de comprendre ces informations, afin de vous assurer que la température générée par la coupe et le formage de la pièce ne la déformera pas. Établir un lien entre la température de fonctionnement et les matériaux utilisés est crucial pour une conception et une production réussies.

Poids et capacité de contrainte

Le poids du matériau usiné dépend de l'utilisation de la pièce.
Les matériaux lourds peuvent absorber beaucoup de pression. Pour les projets nécessitant une capacité de charge excessive et des charges de contrainte élevées, les matériaux lourds doivent être envisagés. Mais ils ne conviennent pas aux articles sensibles au poids.

Les matériaux légers sont populaires dans les projets sensibles au poids. Ils sont durables, utilisables et peuvent absorber beaucoup de contraintes, mais ils sont plus chers. Les matériaux légers sont idéaux pour de nombreux produits, mais si le coût est un facteur important, ils ne sont peut-être pas le meilleur choix.

Choisir entre matériaux lourds et légers n'est qu'un exemple des caractéristiques les plus importantes pour les pièces d'usinage CNC. Ainsi, vous pouvez spécifier les éléments critiques pour votre pièce afin qu'elle fonctionne correctement, exclure les matériaux qui ne répondent pas à ces normes, puis comparer les coûts.

Coût global et fabricabilité du matériau

Les matériaux les plus chers sont généralement des matériaux à haute résistance et légers. Lors du choix des matériaux d'usinage, de nombreux facteurs aideront à prendre la décision. Pour trouver le matériau le plus compatible, priorisez les caractéristiques les plus importantes pour la pièce finie. Choisissez des matériaux qui répondent à la courbe de résistance, aux limites de température et aux exigences d'assemblage. Éliminez les matériaux qui ne répondent pas à ces exigences, comparez les coûts des matériaux, puis choisissez.

Généralement, plus la quantité de matériau utilisée dans la pièce est importante, plus le coût est élevé. De même, les matériaux spéciaux et extrêmement résistants (comme le titane) coûteront également plus cher.

Chercher une entreprise qui offre un devis gratuit et aucune quantité minimale de commande aidera à réduire les coûts. Une fois tous les critères définis, des matériaux plus rentables peuvent être utilisés pour répondre à la plupart de vos besoins.

Directives de sélection des matériaux

SANS peut usiner des centaines de métaux, alliages et matériaux plastiques, ainsi que d'autres matériaux personnalisés sur demande. Nous discuterons donc ci-dessous des matériaux les plus populaires et de leurs propriétés.

Métaux

L'un des types de matériaux les plus courants en fraisage CNC est le métal, avec une large gamme d'options. Examinons les options les plus connues et les applications les plus adaptées pour chaque métal. Selon la taille et la géométrie de la pièce, le coût du matériau peut représenter une grande partie du prix total de la pièce.

Aluminium

L'aluminium est probablement le matériau le plus utilisé pour le fraisage CNC et constitue un excellent choix pour les pièces mécaniques et extérieures. Comparé à d'autres métaux, l'aluminium peut généralement être usiné plus rapidement, ce qui en fait la méthode la plus économique. Les pièces en aluminium forment une couche protectrice lorsqu'elles sont exposées à l'environnement, ce qui confère une résistance et une résistance à la corrosion supplémentaires. Compte tenu de ces caractéristiques de haute qualité, l'aluminium fraisé CNC est très adapté aux industries automobile, aérospatiale, santé et électronique grand public. Applications spécifiques : accessoires d'avion, boîtiers électroniques, équipements médicaux, engrenages et arbres.

Aluminium 6061

C'est l'alliage d'aluminium à usage général le plus couramment utilisé, avec un bon rapport résistance/poids et une excellente usinabilité. C'est le grade d'aluminium à usage général le plus courant, généralement utilisé pour les pièces automobiles, cadres de vélos, articles de sport, cadres RC, etc.

Les principaux éléments d'alliage sont le magnésium, le silicium et le fer. Comme les autres alliages d'aluminium, il a un bon rapport résistance/poids et est naturellement résistant à la corrosion atmosphérique. L'un des inconvénients du 6061 est sa faible résistance à la corrosion lorsqu'il est exposé à l'eau de mer ou à d'autres produits chimiques. Dans les applications plus exigeantes, il n'est pas aussi résistant que d'autres alliages d'aluminium.

La composition et les propriétés de l'aluminium 6082 sont similaires au 6061. En Europe, il est plus couramment utilisé car il est conforme aux normes britanniques.

Aluminium 7075

Le 7075 est le haut de gamme de l'aluminium. Il est principalement allié au zinc. C'est l'un des alliages d'aluminium les plus résistants. C'est un choix idéal pour les équipements de divertissement à haute résistance et les cadres automobiles et aérospatiaux. Car par rapport à l'acier, l'aluminium 7075 a d'excellentes propriétés de fatigue et peut être traité thermiquement pour atteindre une haute résistance et une haute dureté, il est essentiel pour réduire le poids. Cependant, il doit être évité lorsque le soudage est requis.

Aluminium 5083

L'aluminium 5083 a une résistance plus élevée et une excellente résistance à l'eau de mer que la plupart des autres alliages d'aluminium, c'est pourquoi il est couramment utilisé dans les applications de construction et marines. C'est également un excellent choix pour le soudage.

Plus de connaissances sur les pièces en aluminium sur Tout sur l'usinage CNC de l'aluminium

Acier inoxydable

Les alliages d'acier inoxydable ont une haute résistance, une grande ductilité, une excellente résistance à l'usure et à la corrosion, et sont faciles à souder, usiner et polir. Selon leur composition, ils peuvent être (essentiellement) non magnétiques ou magnétiques.

Il existe de nombreux types d'acier inoxydable. On l'appelle acier inoxydable car il contient du chrome qui aide à prévenir l'oxydation (rouille). Comme tous les aciers inoxydables se ressemblent, il est nécessaire d'utiliser des équipements de mesure modernes (comme un détecteur OES) pour tester les matières premières entrantes avec un soin extrême afin de confirmer les caractéristiques de l'acier utilisé.

Acier inoxydable 303

Dans le cas du 303, du soufre est également ajouté. Ce soufre rend le 303 l'acier inoxydable le plus facile à usiner, mais il tend également à réduire sa résistance à la corrosion dans une certaine mesure.

Le 303 n'est pas un bon choix pour le formage à froid (pliage) et ne peut pas être traité thermiquement. La présence de soufre signifie également qu'il n'est pas idéal pour le soudage. Il a d'excellentes performances d'usinage, mais vous devez faire attention à la vitesse/avance et à l'affûtage de l'outil de coupe.

Le 303 est généralement utilisé pour les écrous et boulons en acier inoxydable, raccords, arbres et engrenages. Cependant, il ne doit pas être utilisé pour les accessoires de qualité marine.

Acier inoxydable 304

C'est l'alliage d'acier inoxydable le plus courant avec d'excellentes propriétés mécaniques et une bonne usinabilité. Il résiste à la plupart des conditions environnementales et des milieux corrosifs.

C'est la forme la plus courante d'acier inoxydable trouvée dans divers produits de consommation et industriels. Généralement appelé 18/8, cela fait référence à l'ajout de 18 % de chrome et 8 % de nickel à l'alliage, qui est la forme la plus courante d'acier inoxydable.

Le 304 est très dur, non magnétique, facile à usiner et généralement résistant à la corrosion, ce qui le rend très adapté aux accessoires de cuisine, réservoirs de stockage et tuyaux utilisés dans les industries industrielle, de construction et automobile.

Le 304 est facile à traiter, mais contrairement au 303, il peut être soudé. Il est également plus résistant à la corrosion dans la plupart des environnements normaux (non chimiques). Pour les usineurs, utilisez des outils de coupe très affûtés et évitez la contamination par d'autres métaux.

Acier inoxydable 316

C'est un autre alliage d'acier inoxydable courant avec des propriétés mécaniques similaires au 304. Généralement considéré comme de l'acier inoxydable de qualité marine, résistant et facile à souder. Le matériau est très résistant à la corrosion, et pour les solutions salines (comme l'eau de mer), il est très adapté à la construction, aux raccords de navires, aux tuyauteries industrielles et aux applications automobiles.

Acier inoxydable 2205

L'acier inoxydable 2205 duplex est l'alliage d'acier inoxydable le plus résistant (deux fois plus que les autres alliages d'acier inoxydable courants) et possède une excellente résistance à la corrosion. Il est utilisé dans des environnements difficiles et a de nombreuses applications dans l'industrie pétrolière et gazière.

Acier inoxydable 17-4

Les propriétés mécaniques de l'acier inoxydable 17-4 (grade SAE 630) sont comparables à celles du 304. Il peut être durci par précipitation à un degré élevé (comparé à l'acier à outils) et possède une excellente résistance chimique, le rendant adapté aux applications à très haute performance, comme la fabrication de pales de turbine.

Aciers à outils

Les aciers à outils sont des alliages métalliques avec une dureté, une rigidité, une résistance à l'abrasion et à la chaleur exceptionnellement élevées. Ils sont utilisés pour créer des outils de fabrication (d'où leur nombre), tels que des matrices, desestampes et des moules. Pour atteindre leurs bonnes propriétés mécaniques, ils doivent subir un traitement thermique.

Acier à outils D2 est un alliage résistant à l'usure qui conserve sa dureté jusqu'à une température de 425 °C. L'acier D2 est un acier à outils à haute teneur en carbone et en chrome, trempé à l'air, avec une haute résistance à l'usure. Il peut être traité thermiquement et a une plage de dureté forte. L'acier D2 est un choix idéal pour fabriquer des pièces et produits qui doivent être pliés facilement mais doivent l'être.

Acier à outils A2 est un acier à outils polyvalent trempé à l'air avec une bonne ténacité et une excellente stabilité dimensionnelle à des températures élevées. Il est couramment utilisé pour fabriquer des moules d'injection.

Acier à outils O1 est un allié trempé à l'huile avec une dureté élevée de 65 HRC. Couramment utilisé pour les couteaux et outils de coupe.

Aciers doux

Également connus sous le nom d'aciers à faible teneur en carbone, ils ont de bonnes propriétés mécaniques, une excellente usinabilité et une bonne soudabilité. En raison de leur faible coût, ils trouvent des applications générales, y compris la fabrication de pièces de machines, de gabarits et de fixations. Les aciers doux sont sensibles à la corrosion et aux attaques chimiques. Couramment utilisés :

Acier doux 1018

L'acier doux 1018 est un alliage polyvalent avec une bonne usinabilité et soudabilité, ainsi qu'une excellente ténacité, résistance et dureté. C'est l'alliage d'acier à faible teneur en carbone le plus couramment utilisé.

Acier au carbone 1045

Ce matériau résistant est un acier à faible teneur en carbone, non inoxydable, généralement moins cher que l'acier inoxydable, mais avec une résistance plus élevée. Le matériau peut être durci et traité thermiquement pour le rendre facile à usiner et à souder. Il est le plus couramment utilisé dans les applications industrielles et les pièces mécaniques nécessitant une ténacité et une résistance élevées, telles que les écrous et boulons, engrenages, arbres et bielles. Il est également utilisé dans la construction, mais s'il est exposé à l'environnement, il subit généralement un traitement de surface pour prévenir la rouille.

Acier doux A36

L'acier à faible teneur en carbone A36 est un acier structural courant avec une bonne soudabilité. Il convient à diverses applications industrielles et de construction.

Magnésium AZ31

Un alliage d'aluminium et de zinc, le magnésium AZ31 a une réduction de poids de 35 % par rapport à l'aluminium, mais sa résistance est plus élevée. Cependant, ce matériau est généralement plus cher et est souvent utilisé pour les composants d'avion. Le matériau est facile à usiner, mais a des caractéristiques inflammables.

Le magnésium est facile à usiner, mais très facile à enflammer, surtout sous forme de poudre, il doit donc être usiné avec des lubrifiants liquides. Le magnésium peut être anodisé pour améliorer sa résistance à la corrosion. C'est également un matériau structural très stable et un excellent choix pour les pièces moulées sous pression.

En raison de son poids léger et de sa haute résistance, il est également souvent utilisé pour les boîtiers d'ordinateurs portables, outils électriques, corps de caméra et autres usages domestiques.
Titane

Le titane est connu pour sa haute résistance, son poids léger, sa ténacité et sa résistance à la corrosion. Il peut être soudé, passivé et anodisé pour améliorer la protection et l'apparence. Le titane a un mauvais effet de polissage et est un mauvais conducteur électrique, mais un bon conducteur thermique. C'est un matériau difficile à usiner, et seuls des outils professionnels peuvent être utilisés.

Ce matériau est généralement plus cher que les autres métaux. Il est abondant dans la croûte terrestre, mais difficile à raffiner. Il est le plus couramment utilisé dans les applications militaires, aérospatiales, industrielles et biomédicales.

Laiton

Reconnu comme l'un des matériaux les plus simples et les plus rentables en fraisage CNC, le laiton est un alliage de cuivre et de zinc, stable mais pas assez résistant. Utilisations courantes : équipements médicaux, produits de consommation, quincaillerie et contacts électriques. Comme le laiton a également un faible coefficient de frottement et une haute résistance à la corrosion, il est également utilisé dans l'ingénierie, la plomberie, l'ingénierie vapeur et même les instruments de musique. En raison de son matériau souple et de ses caractéristiques d'usinage facile, il est utilisé dans les accessoires de plomberie, la décoration intérieure et les instruments de musique.

Avec une bonne usinabilité et une excellente conductivité, il est très adapté aux applications nécessitant un faible frottement. Il est également couramment utilisé dans la construction pour produire une apparence dorée avec un aspect esthétique.
Le laiton C36000 est un matériau avec une haute résistance à la traction et une résistance naturelle à la corrosion. C'est l'un des matériaux les plus faciles à usiner, il est donc généralement utilisé pour les applications à volume élevé.

Cuivre

En ce qui concerne les matériaux de fraisage CNC, peu de métaux offrent la conductivité électrique du cuivre. Une haute résistance à la corrosion aide ce matériau à lutter contre la rouille, tandis que les propriétés de conductivité thermique rendent le processus de formage plus facile lors de l'usinage CNC. Souvent utilisé dans l'industrie automobile, les applications incluent les systèmes de refroidissement et les échangeurs de chaleur, ainsi que diverses applications d'ingénierie comme les vannes et les radiateurs. Cependant, il est important de savoir que le cuivre est faible contre certains produits chimiques, tels que les acides, halogènes, sulfures et solutions d'ammoniaque.

Plastiques

En plus des matériaux métalliques, les services d'usinage CNC de haute précision de SANS sont également compatibles avec plusieurs plastiques. Voici certains des plastiques les plus largement utilisés pour la technologie de fraisage CNC.

ABS

L'ABS est l'un des matériaux thermoplastiques les plus courants, avec de bonnes propriétés mécaniques, une excellente résistance aux chocs, une haute résistance à la chaleur et une bonne usinabilité.

L'ABS a une faible densité, ce qui le rend très adapté aux applications légères. Les pièces ABS usinées CNC sont généralement utilisées comme prototypes avant la production de masse par moulage par injection.

Nylon

Le Nylon, également connu sous le nom de polyamide (PA), est un type de thermoplastique. En raison de ses excellentes propriétés mécaniques, bonne résistance aux chocs, haute résistance chimique et à l'abrasion, et résistance modérée à la flamme, il est couramment utilisé pour les isolants, roulements et produits à court terme qui seront utilisés pour le moulage par injection. L'inconvénient est qu'il absorbe facilement l'eau et l'humidité.

POM

Le POM est également appelé Delrin. C'est un thermoplastique d'ingénierie et possède la plus grande usinabilité parmi les plastiques.

Le POM (Delrin) est généralement le meilleur choix pour l'usinage CNC de pièces en plastique nécessitant une haute précision, une grande rigidité, un faible frottement, une excellente stabilité dimensionnelle à haute température et une absorption d'eau extrêmement faible.

PTFE

Le PTFE, communément appelé polytétrafluoroéthylène (Téflon), est un thermoplastique d'ingénierie avec une excellente résistance chimique et thermique et le coefficient de frottement le plus bas de tout solide connu. C'est un excellent isolant électrique. Cependant, il a de pures propriétés mécaniques et est souvent utilisé comme revêtement ou insert dans les composants.

HDPE

Le polyéthylène haute densité (HDPE) est un thermoplastique avec un rapport résistance/poids élevé, une haute résistance aux chocs et une bonne résistance aux intempéries.

L'HDPE est un thermoplastique léger, adapté à l'utilisation en extérieur et au transport par pipeline. Comme l'ABS, il est souvent utilisé pour créer des prototypes avant le moulage par injection.

PEEK

Le PEEK est un thermoplastique d'ingénierie haute performance avec d'excellentes propriétés mécaniques, une stabilité thermique sur une large plage de température et une excellente résistance à la plupart des produits chimiques.

Le PEEK est souvent utilisé pour remplacer des pièces métalliques en raison de son rapport poids/poids élevé. Des grades médicaux sont également disponibles, ce qui rend le PEEK également adapté aux applications biomédicales.