Comprendre les processus d'usinage non traditionnels

L'usinage non traditionnel, également appelé "usinage non conventionnel" ou "méthode d'usinage moderne", est une méthode d'usinage qui consiste à utiliser de l'électricité, de la chaleur, de la lumière, de l'énergie électrochimique, de l'énergie chimique, de l'énergie sonore et de l'énergie mécanique spéciale pour éliminer, déformer, modifier les propriétés ou les matériaux de la plaque.

Le perçage, l'alésage, la coupe, le fraisage et d'autres processus d'usinage conventionnels sont effectués avec des outils traditionnels à tranchant. Ces méthodes d'usinage traditionnelles sont devenues obsolètes à mesure que la technologie et le temps ont progressé, même si elles sont à la base du processus d'usinage.

Dans cet article, vous découvrirez la définition, les applications, les schémas, les caractéristiques, les types, le travail, les avantages et les inconvénients du processus d'usinage non traditionnel.

Qu'est-ce que l'usinage non traditionnel ?

La méthode d'usinage non traditionnel est une technique de pointe pour surmonter les inconvénients de l'usinage traditionnel. L'usinage par ultrasons, l'usinage par faisceau laser, l'usinage par jet d'eau, l'usinage par jet d'eau abrasif, l'usinage par faisceau d'électrons et autres sont des exemples de ce processus d'usinage.

Lorsqu'un article est produit à l'aide de la technologie moderne, il s'agit d'un processus d'usinage non conventionnel, non traditionnel ou moderne. Les techniques peuvent être utilisées pour usiner des objets compliqués, à micro-surface et à faible rigidité constitués de matériaux métalliques ou non métalliques de toute dureté, résistance, ténacité ou fragilité. Certaines technologies de superfinition, de finition miroir et d'usinage à l'échelle nanométrique (atomique) peuvent toutes être utilisées en même temps.

Applications

Les applications de l'usinage non traditionnel sont si vastes qu'il existe différents types adaptés à une application spécifique. Voici quelques domaines où ces méthodes d'usinage sont utilisées.

Certains procédés d'usinage sont utilisés pour usiner des moules et des pièces avec des trous et des cavités de forme complexe. Sont utilisés pour usiner des matériaux avec différentes propriétés de matériaux, durs ou cassants, tels que les alliages durs et l'acier trempé. L'usinage non conventionnel est utilisé pour faire des trous fins et profonds, des trous façonnés, des rainures profondes, des fentes étroites et couper des tranches fines.

• De la même manière que les procédures d'usinage non traditionnelles sont utilisées pour fraiser des surfaces dures, des méthodes d'usinage non traditionnelles sont utilisées pour concevoir des matrices. Des méthodes d'usinage non conventionnelles peuvent être utilisées pour traiter plusieurs métaux durs qui ne peuvent pas être usinés à l'aide de procédures typiques.
• Pour percer des trous de très petit diamètre dans une buse d'un système d'injection de carburant, des méthodes non traditionnelles sont également utilisées dans l'industrie automobile. Des méthodes d'usinage non traditionnelles peuvent également être utilisées pour usiner des engrenages.
• Pour l'usinage de conceptions complexes sur des tôles minces, de nombreux processus d'usinage non traditionnels, tels que l'usinage par faisceau laser, sont utilisés.
• Pour couper des matériaux fragiles comme le verre, la céramique et le quartz, des procédures d'usinage non conventionnelles telles que l'usinage par jet abrasif peuvent être utilisées.
• Un processus d'usinage non conventionnel peut être utilisé pour usiner un outil de coupe.
• L'usinage moderne est essentiel dans l'industrie aérospatiale, car il est utilisé pour créer des pièces d'avion complexes.

Caractéristiques

Voici quelques caractéristiques du processus d'usinage non traditionnel :

1. Les matériaux d'outils peuvent avoir une dureté bien inférieure à celle des matériaux de pièces
2. L'énergie telle que l'énergie électrique, l'énergie électrochimique, l'énergie sonore ou l'énergie lumineuse peut être utilisée pour traiter directement le matériau.
3. Pendant l'usinage, les forces mécaniques ne sont pas visibles et la pièce présente rarement des déformations mécaniques et thermiques, qui sont toutes deux bénéfiques pour améliorer la précision d'usinage et la qualité de surface de la pièce.
4. Diverses méthodes peuvent être combinées pour créer de nouvelles méthodes de processus, augmentant considérablement l'efficacité de la production et la précision d'usinage.
5. Presque chaque nouvelle source d'énergie ouvre la possibilité d'une nouvelle méthode d'usinage non traditionnelle.

Types de procédés d'usinage non traditionnels

Vous trouverez ci-dessous les différentes méthodes de processus d'usinage non traditionnels :

Usinage par électroérosion (EDM) :

L'EDM, également connu sous le nom d'usinage par décharge ou usinage par électro-érosion, est une technologie d'usinage non traditionnelle pour graver des matériaux conducteurs par érosion électrique provoquée par une décharge pulsée entre deux pôles immergés dans un liquide de travail. L'équipement de base utilisé pour ce processus est la machine-outil d'électro-érosion. Voici quelques caractéristiques de l'usinage par décharge électrique :

• Usinage sans effort de coupe ;
• Aucun défaut tel que des bavures, des marques d'outils, des rainures, etc.
• Capable de traiter des matériaux difficiles à couper par les méthodes d'usinage conventionnelles et des pièces de forme complexe
• Les matériaux des électrodes d'outil n'ont pas besoin d'être plus durs que le matériau de la pièce ;
• L'automatisation est simple lors de l'utilisation de l'usinage électrique ;
• Dans certaines applications, la couche métamorphique formée à la surface après le traitement doit être éliminée davantage.
• Il est difficile de gérer la pollution par la fumée générée lors de la purification et du traitement du fluide de travail

Candidatures :

Vous trouverez ci-dessous les applications des processus d'usinage non traditionnels :

• Usinage de trous et de cavités de forme complexe dans des moules et des pièces ;
• Divers matériaux durs et cassants, tels que les alliages durs et l'acier trempé, peuvent être usinés.
• Traitement de trous profonds fins, de trous incurvés, de rainures profondes, de fentes étroites et de tranches fines, entre autres
• Les instruments de coupe et de mesure tels que les outils de coupe, les plaques d'échantillons et les jauges de bagues filetées sont tous usinables.

Schéma de l'EDM :

Usinage électrolytique :

La pièce est usinée selon une forme et une taille spécifiques sur la base du principe de dissolution anodique dans le processus électrolytique et à l'aide de la cathode moulée. L'usinage électrolytique offre des avantages substantiels pour les matériaux difficiles à usiner, les formes compliquées et les produits à parois minces. Les rayures du canon du pistolet, la lame, la roue intégrée, le moule, le trou et les pièces profilés, le chanfreinage et l'ébavurage sont tous des exemples d'usinage électrolytique. La technique d'usinage électrolytique a pris une place importante, sinon irremplaçable, dans l'usinage de nombreux produits.

Avantages :

• Une large gamme de services d'usinage. L'usinage électrochimique peut traiter presque tous les matériaux conducteurs sans compromettre les qualités mécaniques ou physiques telles que la résistance, la dureté ou la ténacité, et la structure métallographique des matériaux n'est généralement pas affectée après l'usinage. Il est fréquemment utilisé pour usiner des alliages durs, des alliages à haute température, de l'acier trempé, de l'acier inoxydable et d'autres matériaux difficiles à usiner.
• Une cadence de fabrication élevée
• Excellente qualité d'usinage, notamment en surface.
• Il peut être utilisé pour usiner des pièces déformables et des parois minces.
• Pendant le processus d'usinage électrochimique, il n'y a aucun contact entre l'outil et la pièce, aucune force de coupe mécanique, aucune contrainte et déformation résiduelles, aucune bavure ni bavure.

Inconvénients :

• La précision et la vitesse d'usinage sont faibles.
• Usinage coûteux. Plus le coût supplémentaire par article est élevé, plus le lot est petit.

Schéma d'usinage électrolytique :

Usinage laser

Pour réaliser l'usinage, les lasers utilisent l'énergie lumineuse pour atteindre une haute densité d'énergie au point focal après avoir été focalisé par la lentille, faire fondre ou vaporiser le matériau, et l'enlever en très peu de temps. L'usinage au laser offre les avantages d'une réduction des déchets de matériau, d'un effet de coût visible dans la fabrication à grande échelle et d'une grande flexibilité pour l'objet de coupe. La technologie laser est principalement utilisée en Europe pour souder des matériaux uniques tels que des carrosseries et des bases de véhicules de haute qualité, des ailes d'avions et des fuselages de vaisseaux spatiaux.

Le soudage au laser, la découpe au laser, la modification de surface, le marquage au laser, le perçage au laser, le micro-usinage et le dépôt photochimique, la stéréolithographie, la gravure au laser et d'autres méthodes d'usinage au laser sont les applications les plus souvent utilisées.

Schéma d'usinage laser :

Usinage par faisceau d'électrons

L'usinage de matériaux utilisant les effets thermiques ou d'ionisation d'un faisceau d'électrons convergent à haute énergie est connu sous le nom d'usinage par faisceau d'électrons (EBM). Une densité d'énergie élevée, une forte pénétration, une large gamme de profondeurs de fusion uniques, un grand rapport de largeur de soudure, une vitesse de soudage rapide, une petite zone d'impact thermique et une faible déformation de fonctionnement sont tous des avantages.

Les matériaux d'usinage pour l'usinage par faisceau d'électrons sont divers et la zone de coupe peut être assez petite. La précision d'usinage peut être mesurée en nanomètres, ce qui permet un usinage moléculaire ou atomique. Productivité importante; l'usinage est peu polluant, mais le coût des équipements d'usinage est élevé. Il peut être utilisé pour faire des micro-trous, de petites fentes et d'autres formes complexes. Il peut également être utilisé pour la lithographie fine et le soudage. La principale utilisation de l'usinage par faisceau d'électrons dans le secteur de la construction automobile est la technologie de coque de pont de soudage par faisceau d'électrons sous vide.

Usinage par faisceau d'ions

Dans des conditions de vide, l'usinage par faisceau d'ions est réalisé en accélérant et en concentrant le flux d'ions généré par la source d'ions sur la surface de la pièce. L'effet d'usinage peut être parfaitement régulé grâce à la régulation précise de la densité de flux ionique et de l'énergie ionique, permettant un usinage ultra-précis aux niveaux nanométrique, moléculaire et atomique. L'usinage par faisceau d'ions crée moins de pollution, peu de contraintes et de distorsions, et s'adapte aux matériaux traités, mais il a un coût important.

L'usinage par faisceau d'ions peut être utilisé en deux phases; gravure et revêtement.

• Usinage par gravure :la gravure ionique est utilisée pour usiner le palier à air du gyroscope et les rainures du moteur à pression dynamique avec une résolution, une précision et une répétabilité élevées. La gravure de graphiques de haute précision, tels que des circuits intégrés, des dispositifs optoélectroniques et des dispositifs intégrés optiques, est une autre application de la gravure par faisceau ionique. La gravure par faisceau ionique est également utilisée pour amincir les matériaux afin de créer des échantillons pour la microscopie électronique pénétrante.
• Usinage de revêtement par faisceau ionique :il existe deux types d'usinage de revêtement par faisceau ionique :le dépôt par pulvérisation cathodique et le placage ionique. Des films métalliques ou non métalliques peuvent être plaqués sur des surfaces métalliques ou non métalliques, et divers alliages, composés ou certains matériaux synthétiques, matériaux semi-conducteurs et matériaux à point de fusion élevé peuvent également être plaqués avec le revêtement ionique. Le revêtement d'un film lubrifiant, d'un film résistant à la chaleur, d'un film résistant à l'usure, d'un film décoratif et d'un film électrique avec la technique de revêtement par faisceau d'ions est possible.

Usinage à l'arc plasma

L'usinage à l'arc plasma est une technologie d'usinage non traditionnelle qui utilise l'énergie thermique d'un arc plasma pour couper, souder et pulvériser du métal ou du non-métal. Il peut souder des feuilles et des tôles minces et a un effet de trou de serrure, permettant le soudage d'un seul côté et le formage libre des deux côtés. L'arc plasma a une densité d'énergie élevée, une température de colonne d'arc élevée et une capacité de pénétration élevée. Pour l'acier de 10 à 12 mm d'épaisseur, aucun chanfreinage n'est requis, et la pénétration complète de la soudure et la mise en forme double face peuvent être réalisées en une seule étape, avec une vitesse de soudage rapide, une productivité élevée et une déformation sous contrainte minimale. Parce que l'équipement est compliqué et utilise beaucoup de gaz, il n'est bon que pour le soudage en intérieur.

Il est largement utilisé dans la production industrielle, en particulier pour le soudage du cuivre et des alliages de cuivre, du titane et des alliages de titane, de l'acier allié, de l'acier inoxydable et du molybdène dans les applications militaires et les technologies industrielles de pointe telles que l'aérospatiale, où les obus de missiles en alliage de titane et certains avions des récipients à parois minces sont utilisés.

Usinage par ultrasons

En utilisant la fréquence ultrasonique comme outil pour les vibrations de faible amplitude et le poinçonnage sur la surface traitée par un abrasif libre dans le liquide entre celle-ci et la pièce, l'usinage par ultrasons provoque la fissuration progressive de la surface de la pièce. Le perçage, le découpage, le soudage, l'imbrication et le polissage sont toutes des applications courantes de l'usinage par ultrasons. Peut usiner n'importe quel matériau, mais est particulièrement bien adapté pour couper une variété de matériaux non conducteurs durs et cassants avec une grande précision et une qualité de surface exceptionnelle, mais à une faible cadence.
Perforation (y compris les trous ronds, les trous façonnés et trous incurvés, entre autres), découpe, rainurage, emboîtement, sculpture de divers matériaux durs et cassants, tels que le verre, le quartz, la céramique, le silicium, le germanium, la ferrite, les pierres précieuses et le jade, ébavurage de petites pièces par lots, polissage de moules la surface et le dressage de la meule sont tous des exemples d'usinage par ultrasons.

Usinage chimique

Pour obtenir la forme, la taille ou la surface souhaitée de la pièce, l'usinage chimique utilise une solution acide, alcaline ou saline pour corroder ou dissoudre le matériau des pièces. La méthode d'usinage est idéale pour éclaircir de vastes zones et percer des trous compliqués dans des objets à parois minces. Il convient à l'usinage de grande surface et peut traiter de nombreuses pièces à la fois; il peut traiter tous les matériaux métalliques qui peuvent être coupés, sans dureté ni résistance. Sans aucune tension, fissure ou bavure, la rugosité de surface atteint Ra1.252.5m, il est simple à utiliser, ne peut pas être utilisé pour usiner des fentes ou des trous étroits, et il ne convient pas pour éliminer les défauts tels que la rugosité de surface et les rayures.

Prototypage rapide

La technologie CAD/CAM moderne, la technologie laser, la technologie de commande numérique par ordinateur, la technologie de servocommande de précision et la nouvelle technologie des matériaux sont toutes utilisées pour développer et combiner la technologie RP. En raison des différents matériaux de formage, plusieurs types de systèmes de prototypage rapide ont des principes de formage et des caractéristiques système variés. La technique sous-jacente reste cependant la même :« fabrication par couches, superposition couche par couche ». C'est similaire à la procédure d'intégration en mathématiques. En termes d'apparence, la technologie de prototypage rapide ressemble à une "imprimante 3D".

Il peut recevoir directement des données de conception de produits (CAO) et produire rapidement de nouveaux échantillons de produits, moules ou modèles sans avoir besoin d'un moule, d'une fraise ou d'un accessoire. Par conséquent, l'adoption et le déploiement généralisés de la technologie RP peuvent réduire considérablement le temps nécessaire au développement de nouveaux produits, réduire les dépenses de développement et améliorer la qualité du développement. C'est l'importance révolutionnaire de la technologie RP pour l'industrie manufacturière, de la «technique d'élimination» traditionnelle à la «méthode de croissance» d'aujourd'hui, de la production de moules à la fabrication sans moisissure. La technologie de prototypage rapide peut être utilisée dans une variété d'industries, y compris l'aviation, l'aérospatiale, l'automobile, les communications, le traitement médical, l'électronique, les appareils électroménagers, les jouets, l'équipement militaire, la modélisation industrielle (sculpture), les modèles de construction et la fabrication de machines.

Regardez la vidéo ci-dessous pour en savoir plus sur les processus d'usinage non traditionnels :

Avantages et inconvénients des méthodes d'usinage non traditionnelles

Avantages :

Vous trouverez ci-dessous les avantages des méthodes d'usinage non traditionnelles dans leurs diverses applications.

Haute précision :La précision est une préoccupation majeure pour les entreprises d'aujourd'hui, qu'elles soient petites ou grandes. Par rapport aux articles fabriqués avec des méthodes d'usinage non traditionnelles, les méthodes d'usinage conventionnelles produisent des résultats moins précis. En raison de la grande précision, l'usinage non conventionnel est adapté aux temps modernes et peut être utilisé pour remplacer les techniques d'usinage traditionnelles.

Moins de bruit :Parce que les procédés d'usinage non traditionnels remplacent mieux les méthodes d'usinage traditionnelles, ils contribuent à réduire les nuisances sonores dans le milieu environnant. Parce que le processus est silencieux, certaines usines d'usinage non traditionnelles peuvent être situées dans des zones résidentielles.

Haute production :Par rapport aux procédures d'usinage traditionnelles, les méthodes d'usinage modernes ou non conventionnelles favorisent un taux de rendement élevé. En effet, les approches non traditionnelles fonctionnent plus rapidement et plus précisément que les méthodes traditionnelles.

Moins de déchets :Le travail sur des équipements plus anciens rend le contrôle des déchets extrêmement difficile. Les copeaux doivent être éliminés à temps, ce qui nécessite plus d'efforts. Les technologies d'usinage non traditionnelles, en revanche, ne produisent aucun déchet ou produisent des micro-déchets faciles à manipuler et à éliminer.

Aucune usure de l'outil :Dans les procédures d'usinage non traditionnelles, il n'y a pas de contact entre l'outil et la pièce, ce qui n'entraîne aucune usure de l'outil. Cela élimine la possibilité de défaillance de l'outil et prévient l'usure de l'outil.

Inconvénients :

Malgré les bons avantages des méthodes d'usinage non conventionnelles, certaines limitations subsistent. Vous trouverez ci-dessous les inconvénients de ce procédé d'usinage dans leurs diverses applications.

Coût initial élevé :Parce qu'il comprend de nombreuses pièces électriques fonctionnant aux côtés de pièces mécaniques, le coût initial de mise en place d'une usine d'usinage non traditionnelle est plus élevé que celui d'une usine d'usinage typique. Les petites entreprises et les entreprises artisanales ne peuvent pas l'utiliser à cause de cela.

Exigence de puissance élevée :Une usine d'usinage non traditionnelle nécessite beaucoup plus de puissance qu'une usine d'usinage standard. Cela est dû au manque de contact entre l'outil et la pièce, ce qui nécessite l'utilisation de plus d'énergie pour traiter la surface de l'outil.

Mécanisme complexe :Les processus d'usinage non traditionnels, contrairement aux procédures d'usinage typiques, ont un mécanisme plus sophistiqué. Les méthodes d'usinage non traditionnelles exigent que l'opérateur soit suffisamment qualifié pour gérer les procédures impliquées. Si l'usine tombe en panne pour une raison quelconque, un professionnel hautement qualifié sera nécessaire pour la réparer.

Taux d'enlèvement de métal plus faible :Par rapport aux procédures d'usinage standard, les méthodes d'usinage non traditionnelles ont un taux d'enlèvement de métal inférieur. Les procédés non traditionnels sont donc inadaptés aux produits à grande échelle.

Ne convient pas aux matériaux souples :L'action de coupe d'une méthode d'usinage non traditionnelle est généralement causée par une augmentation localisée de la température de la pièce. Par conséquent, la méthode est inappropriée pour couper des matériaux souples comme le caoutchouc ou le plastique, car la pièce serait brûlée.

Conclusion

L'usinage non traditionnel, également appelé "usinage non conventionnel" ou "méthode d'usinage moderne", est une méthode d'usinage qui consiste à utiliser de l'électricité, de la chaleur, de la lumière, de l'énergie électrochimique, de l'énergie chimique, de l'énergie sonore et de l'énergie mécanique spéciale pour éliminer, déformer, modifier les propriétés ou les matériaux de la plaque. La méthode d'usinage comprend l'EDM, l'électrolytique, le laser, l'EBM, l'usinage par faisceau d'ions, etc. C'est tout pour cet article, où la définition, les applications, les caractéristiques, les types, le travail, les avantages et les inconvénients des méthodes d'usinage non traditionnelles.

J'espère que vous tirerez beaucoup de la lecture, si c'est le cas, merci de partager avec d'autres étudiants. Merci d'avoir lu, à bientôt !