Option métal pour l'usinage CNC

Lors de la conception de composants pour l'usinage CNC, vous choisirez souvent un matériau métallique. Pour cela, vous devez tenir compte des exigences de résistance, de la résistance chimique, de la stabilité thermique, du coût et d'autres facteurs similaires. Avec autant de matériaux parmi lesquels choisir, cela peut être un peu écrasant. Définissez d'abord les caractéristiques les plus importantes de votre pièce. Comment ça marche? A quel environnement sera-t-il exposé ? Comment interagit-il avec les autres composants ?

Après avoir compris les caractéristiques importantes des pièces ci-dessus, combinez les six facteurs à prendre en compte avant de traiter les métaux durs ou mous présentés dans cet article. Je pense que cela vous aidera à choisir le bon matériau métallique.

Propriétés mécaniques des métaux

Commençons par les propriétés mécaniques, qui sont mesurées par les performances du matériau lorsque différentes forces sont appliquées.

Les principales propriétés mécaniques des métaux à considérer sont :

Dureté :

Les matériaux plus durs sont plus résistants aux rayures et aux plis que les matériaux souples. Les matériaux durs conviennent aux pièces d'usure telles que les bagues. Certains matériaux peuvent également être usinés et durcis ultérieurement. Rappelez-vous que si le matériau durcit, les propriétés du matériau changeront. Par exemple, le durcissement du matériau peut le rendre plus cassant. La surface de la pièce peut également être durcie avec un revêtement.

L'image suivante compare simplement la dureté des matériaux métalliques courants

Source de https://www.metalcraftmachining.com/services/cnc-metal-materials.html

Densité :

La densité de l'aluminium est bien inférieure à celle de l'acier doux, ce qui en fait environ un tiers de son poids. Selon la qualité du matériau, l'aluminium peut en fait être plus résistant que l'acier en termes de poids (rapport résistance/poids).

Résistance à la traction :

Contrainte maximale qu'un matériau peut supporter avant rupture. Si vous concevez un support qui relie deux composants, tenez compte de la manière dont ces composants interagissent. La résistance à la traction représentera la capacité du matériau à résister à la rupture.

Amortissement (les métaux durs ont tendance à avoir moins de capacité d'amortissement)

Fragilité :

Les matériaux très fragiles ne s'étirent pas ou ne se déforment pas avant de casser. Si vos pièces doivent être continuellement pliées, les matériaux fragiles ne seront pas un bon choix.

Si l'une des propriétés ci-dessus est importante pour votre projet, nous vous recommandons de faire des recherches pour obtenir la cote de propriété réelle de chaque matériau.

Caractéristiques d'usure et de fatigue des métaux

Généralement, si vous usinez des pièces pour obtenir l'ajustement et la fonction d'un prototype, vous n'avez pas à vous soucier de l'usure des matériaux. Si vous devez garantir la résistance ou permettre aux pièces de résister à l'épreuve des caractéristiques environnementales telles que les températures extrêmes, votre choix de matériaux sera très important. Décomposons les caractéristiques de fatigue les plus importantes à prendre en compte.

Résistance à la fatigue et ténacité :

C'est la contrainte que le matériau peut supporter en un certain nombre de cycles. Ces modifications ont été étudiées de manière approfondie pour vous aider à sélectionner les matériaux appropriés pour répondre à vos exigences d'utilisation finale. En effet, d'après les recherches sur ce sujet, la fatigue des métaux est l'endommagement local permanent progressif des matériaux et des composants sous l'action de contraintes cycliques ou de déformations cycliques en un ou plusieurs endroits, et de fissures ou d'apparitions soudaines après un certain nombre de cycles. Le processus de fracture complète. Environ 90 % de toutes les défaillances métalliques se produisent rapidement et sans aucun avertissement, nous utilisons donc généralement la moyenne des rapports pour mesurer la résistance à la fatigue. Lors de la sélection des matériaux, si vous savez que vos pièces supporteront plusieurs cycles de contraintes, nous vous recommandons d'évaluer le niveau de résistance à la fatigue.

W Température de fonctionnement des pièces métalliques

La température de fonctionnement de l'environnement dans lequel le composant fonctionnera est un autre facteur important à prendre en compte. En effet, le point de fusion du matériau CNC utilisé doit être supérieur à la température de fonctionnement. Si ce n'est pas le cas, la structure de la pièce peut changer. De plus, vous devez vous assurer que le matériau usiné CNC peut résister à des changements de température extrêmes. Bien que certains matériaux puissent résister à ces changements de température, certains matériaux peuvent subir des changements structurels après une période d'utilisation

Il existe de nombreuses ressources pour les essais de cycle environnemental. Dans la plupart des cas, les matériaux sont placés dans un environnement contrôlé et testés pour les températures élevées et basses, l'humidité élevée et faible, les cycles thermiques et les chocs thermiques.

–Métaux résistants aux hautes températures :titane et acier inoxydable.

–Métaux capables de résister à des températures extrêmement froides et de conserver leur ductilité à basse température :le cuivre et l'aluminium.

La résistance au fluage est définie comme la capacité d'un matériau à résister au «fluage», qui fait référence à la tendance d'un matériau solide à se déformer sur une longue période de temps en raison de l'exposition à des niveaux de contrainte élevés. Il est important de noter que la résistance au fluage peut dépasser la limite de contrainte standard du matériau car elle prend plus de temps à se produire. Le nickel, le titane et l'acier inoxydable ont la plus haute résistance au fluage des métaux.

Résistance à la corrosion (oxydation) des métaux

En raison de la réaction chimique entre le métal et le milieu environnant, la corrosion du métal est une dégradation ou une oxydation. Il existe de nombreuses raisons à la corrosion des métaux, il convient de noter que tous les métaux se corroderont. Le fer pur se corrode généralement très rapidement, mais l'acier inoxydable qui combine du fer et d'autres alliages se corrode très lentement. Si vous êtes préoccupé par la corrosion, l'acier inoxydable est un excellent choix pour le métal.

Une autre alternative à l'acier inoxydable est l'aluminium anodisé. Cette méthode aide à réduire la corrosion et est une finition très durable. L'acier doux nickelé peut être plus rentable que l'acier inoxydable.

Propriétés thermiques des métaux

Les métaux peuvent se dilater, fondre et conduire l'électricité. La propriété thermique la plus courante est la conductivité électrique, qui est la capacité d'un matériau à conduire la chaleur. Les matériaux à haute conductivité thermique sont meilleurs pour transférer la chaleur. Si vos composants sont utilisés pour des applications de refroidissement, il est préférable d'accorder plus d'attention aux matériaux à haute conductivité thermique.

Les propriétés thermiques des métaux courants sont répertoriées dans le tableau ci-dessous à titre de référence.

Source de https://www.protolabs.com/resources/blog/hard-metals-vs-soft-metals-for-cnc-machining/

Performances de fabrication

L'usinabilité fait référence à la facilité avec laquelle un matériau peut être modifié par découpe (usinage). Par exemple, l'aluminium est très facile à usiner et n'use pas les outils aussi rapidement que d'autres matériaux. Par conséquent, le coût de traitement de l'aluminium est "moins cher" par rapport aux matériaux à faible maniabilité.

Les métaux ont des propriétés matérielles différentes, qui déterminent les caractéristiques de performance du produit final. Ces différentes caractéristiques sont intéressantes, mais elles doivent être mises en balance avec les coûts des matières premières et les coûts de transformation. Par exemple, si vos pièces sont désignées comme étant en acier inoxydable, vous constaterez qu'il existe plusieurs qualités différentes d'acier inoxydable qui diffèrent considérablement en termes de coût et de propriétés des matériaux. De plus, certains aciers inoxydables sont plus difficiles à couper que d'autres, ce qui signifie que leur coût sur les machines-outils à commande numérique sera légèrement plus élevé.