Introduction à l'usinage CNC de l'aluminium
Très peu de substances peuvent égaler l’incroyable polyvalence de l’aluminium.L'aluminium est hautement usinable et relativement peu coûteux, ce qui le rend parfait pour l'usinage CNC.Les fabricants peuvent l’usiner trois, voire quatre fois plus rapidement que d’autres matériaux d’usinage courants tels que l’acier et le titane.
C'est la flexibilité et rapport résistance/poids impressionnant le rendent idéal pour une utilisation comme panneaux de revêtement extérieur de toutes les formes de transport, des automobiles et trains aux avions et bateaux.
L'accent mis davantage sur l'efficacité énergétique et la « légèreté » a permis à l'aluminium de remplacer les métaux plus lourds traditionnellement utilisés pour fabriquer des composants et des structures internes.C'est haute résistance à la corrosion évite également le recours à des revêtements anticorrosion lourds et coûteux, souvent requis par d'autres matériaux.
De plus, l'aluminium est non toxique, malléable et 100% recyclable.C’est pourquoi le métal est si largement utilisé pour les récipients pour aliments et boissons, les plateaux, les couvercles, les sachets, les pochettes et les emballages.
Grâce à son finition de surface élégante et argentée, il convient également aux appareils électroniques tels que les smartphones, les ordinateurs portables, les tablettes et les téléviseurs à écran plat.On le retrouve même dans les projets de construction, à la fois comme élément de conception et comme support structurel.
Réunissez toutes ces caractéristiques et vous obtenez un matériau plus léger que l'acier, plus solide et plus fiable que le plastique, peu coûteux, facilement disponible et infiniment adaptable.
Ce guide vous aidera à comprendre :
• D'où vient l'aluminium ?
• Qu'est-ce que l'usinage CNC ?
• Quels types d'aluminium sont utilisés dans l'usinage CNC ?
• Usinage CNC de l'acier ou de l'aluminium ?
• Quels sont les procédés d'usinage CNC de l'aluminium les plus courants ?
D’où vient l’aluminium ?
Aluminium est l'élément métallique le plus abondant dans la croûte terrestre.L’industrie métallurgique en fabrique plus de 40 millions de tonnes chaque année et les industriels l’utilisent dans de nombreuses applications.
Comme la plupart des métaux, l’aluminium est présent dans les roches de la croûte terrestre sous forme de minerai.Les sociétés minières extraient presque tout l’aluminium métallique du minerai de bauxite, qui contient généralement de 30 à 60 % d’oxyde d’aluminium (ou d’alumine).Le reste est un mélange de silice, de divers oxydes de fer et de dioxyde de titane.
Un processus en deux étapes transforme l'alumine en aluminium métal :
1. Extraction de l'alumine de la bauxite
La quasi-totalité de l'approvisionnement mondial en alumine est produit en utilisant le procédé Bayer.Le chimiste autrichien Carl Josef Bayer a développé cette technique à la fin du XIXe siècle.
Il s'agit de broyer la bauxite en une fine poudre, de la mélanger avec de l'eau et de chauffer le mélange avec de la soude caustique.La soude caustique dissout l'alumine, lui permettant de passer à travers les filtres.
Les producteurs ajoutent des cristaux d'hydroxyde d'aluminium à la solution d'alumine, puis chauffent et sèchent le mélange pour produire de l'aluminium.
2. Fusion d'alumine pour produire de l'aluminium métallique
Sentir aluminium, les raffineries dissolvent l'alumine dans un bain fluoré et utilisent un courant électrique pour la décomposer en aluminium métallique et en oxygène grâce à un processus appelé électrolyse.Ils collectent ensuite l'aluminium et l'amènent dans un four, où ils le combinent avec de l'aluminium recyclé et le chauffent jusqu'à ce qu'il soit fondu.
Il est ensuite coulé dans des moules ou extrudé mécaniquement sous diverses formes.Les plus courants sont les tôles, les billettes, les tiges, les tubes, les plaques, les barres et les fils.Ceux-ci sont ensuite découpés en différentes formes et tailles et expédiés à une autre entreprise ou fabricant qui les transformera en d’innombrables produits.
Qu’est-ce que l’usinage CNC ?
A Machine cnc combine des techniques de fabrication traditionnelles avec un système de commande numérique par ordinateur (CNC).Cela lui permet de découper et de façonner des matériaux en stock en objets impossibles ou trop longs et coûteux à réaliser manuellement.
Le contrôle informatique offre un niveau de précision extrêmement élevé.Cela se traduit par une plus grande précision, cohérence, productivité, contrôle et liberté de conception avec moins de déchets.
Les premières machines à commande numérique ont été développées à la fin des années 40 en ajoutant des moteurs aux équipements déjà utilisés.L’avènement des ordinateurs dans les années 1960 a conduit au développement de machines CNC modernes.
Le plus fréquemment utilisé Machines CNC sont des fraiseuses et des perceuses, des tours et des découpeuses au plasma, au laser et à l'eau.
Ces machines exécutent toutes ce que l'on appelle des méthodes de fabrication « soustractives ».Cela signifie que de la matière est retirée (soustraite) d'une pièce à usiner pendant le processus.
Quels types d’aluminium sont utilisés dans l’usinage CNC ?
Dans sa forme pure, l'aluminium est malléable, résistant à la plupart des formes de corrosion, non magnétique et excellent conducteur de chaleur et d'électricité.Cependant, il est trop faible pour la plupart des applications commerciales.
Une plus grande résistance est obtenue en combinant l'aluminium fondu avec d'autres éléments tels que le cuivre, le lithium, le magnésium, le manganèse, le silicium et le zinc pour former un alliage.Ces alliages améliorent également les autres propriétés naturelles de l'aluminium.
Les alliages les plus couramment utilisés dans usinage CNC en aluminium se répartissent en trois groupes :
Alliages d'aluminium moulé— Coulé signifie façonné en fusion ou liquide.Les producteurs forment ce type d'alliage en versant de l'aluminium fondu dans un moule et en le refroidissant.Les alliages d'aluminium moulé sont abordables, polyvalents, légers, durables et fonctionnent bien à des températures élevées.
L’industrie automobile est le plus grand utilisateur d’alliages moulés, représentant environ les deux tiers de l’aluminium utilisé dans les voitures.Les pièces fabriquées à partir d'alliages moulés comprennent des pièces de moteur, des carters, des colonnes de direction et, de plus en plus, des supports structurels.D'autres utilisations courantes incluent les ustensiles de cuisine, les composants de machines et les outils portatifs.
Les alliages moulés sont moins coûteux à produire en raison de leur faible point de fusion et peuvent produire une plus large gamme de formes grâce à la flexibilité des moules.Mais ils ont tendance à avoir une résistance à la traction inférieure à celle des alliages corroyés, ne sont pas aussi faciles à usiner et sont plus résistants aux outils de coupe.
Alliages d'aluminium et de lithium (Al-Li)—Le lithium est le métal élémentaire le moins dense, ce qui rend ce type d'alliage nettement plus léger que l'aluminium pur ou d'autres matériaux.En raison de cette caractéristique, l’industrie aérospatiale utilise principalement des alliages Al-Li pour les revêtements inférieurs des ailes, les structures intérieures des ailes, les fuselages et les pales de soufflante.Vous pouvez également les trouver dans les voitures de course et les fusées spatiales.
Les avantages en termes de poids offerts par les alliages Al-Li sont compensés par leur moindre usinabilité et leur ténacité réduite (la capacité d'un matériau contenant une fissure à résister à d'autres fissures).Ils sont produits en quantités relativement faibles, ce qui signifie également qu’ils sont plus chers.
Alliages d'aluminium corroyés— Forgé signifie façonné à l’état solide.Ce type d'alliage est produit en transformant de l'aluminium fondu en billettes ou en grandes dalles, puis en utilisant des outils pour rouler, forger, estamper ou extruder ces blocs.
Les alliages corroyés sont le matériau le plus utilisé dans usinage CNC en aluminium.Cela est dû à leurs propriétés mécaniques et à leur intégrité structurelle supérieures à celles des alliages coulés.Ils sont plus faciles à usiner, ont de meilleurs états de surface et sont moins résistants sur les bords des outils de coupe.
Usinage CNC en acier et en aluminium
L'aluminium et l'acier sont les métaux les plus utilisés dans l'usinage CNC.Choisir celui qui convient le mieux à une application particulière se résume à cinq facteurs :
1. COÛT — Les aciers doux et les aciers au carbone sont généralement moins chers que leurs équivalents en alliage d'aluminium.Alors que l’acier inoxydable a tendance à être plus cher.Cependant, le prix du métal varie en fonction de la demande mondiale et du coût des matières premières, de l’énergie et du transport.
Lorsque l’on examine le coût, il est également important de prendre en compte la durabilité d’un matériau.Une décision qui permettrait d’économiser de l’argent à court terme pourrait coûter plus cher à long terme.
2. RÉSISTANCE À LA CORROSION — L'aluminium et l'acier inoxydable sont tous deux très résistants à la rouille et à la corrosion.Toutefois, l’acier inoxydable est une option plus coûteuse.Les fabricants ou les utilisateurs finaux devront peindre, traiter ou revêtir tout autre type d’acier pour le protéger, surtout s’ils ont l’intention d’exposer la pièce finie aux éléments.Ces revêtements entraînent un poids et un coût supplémentaires, et ils doivent également être régulièrement réappliqués, ce qui entraîne des frais supplémentaires.
3. POIDS — L'aluminium est deux à trois fois plus léger que l'acier.Presque toutes les entreprises cherchent à obtenir des performances de produit identiques, voire meilleures, tout en incorporant des matériaux plus légers.Cette tendance « à l'allègement » a vu les fabricants remplacer de nombreuses pièces auparavant usinées en acier par de l'aluminium.
4. FORCE — L'acier est peut-être plus lourd que l'aluminium, mais cela en fait un matériau beaucoup plus durable.L'acier est incroyablement résistant et il est peu probable qu'il se déforme, se plie ou se déforme sous l'effet de la force, de la chaleur ou du poids.De plus, la surface de l’aluminium est plus sujette aux rayures et aux bosses que celle de l’acier.
5. USINABLE — Étant moins dense que l'acier, l'aluminium peut être usiné trois, voire quatre fois plus rapidement.L'aluminium refroidit également plus rapidement que l'acier ;cela réduit le temps nécessaire à l'usinage d'une pièce (temps de cycle) et la quantité de liquide de refroidissement nécessaire.
Comparé à l’acier, l’aluminium nécessite beaucoup moins de force de coupe.Cela réduit l’usure des outils de coupe, contribuant ainsi à les garder affûtés plus longtemps.Il est également possible de usiner de l'aluminium CNC sur des machines plus petites et donc potentiellement moins coûteuses.
Quels sont les procédés d'usinage CNC de l'aluminium les plus courants ?
Fraiseuses CNC sont le moyen le plus courant et le plus polyvalent de usinage de pièces en aluminium.La machine utilise des outils de coupe rotatifs pour sculpter efficacement et précisément le matériau à partir d'un bloc de matériau stationnaire.
Les fraiseuses traditionnelles se sont transformées en « centres d'usinage » dans les années 1960 grâce à l'arrivée des systèmes de commande numérique par ordinateur (CNC), des changeurs d'outils automatiques et des carrousels d'outils.Ces machines sont disponibles dans des configurations de 2 à 12 axes, bien que les configurations de 3 à 5 axes soient les plus largement utilisées.
Tours à métaux CNC, ou Centres de tournage CNC pour métaux, maintenez fermement et faites pivoter une pièce pendant qu'une tête d'outil maintient un outil de coupe ou une perceuse contre elle.Ces machines permettent un enlèvement de matière très précis et les fabricants les utilisent dans un large éventail d'industries.
Les opérations typiques de tour comprennent le perçage, le façonnage, la fabrication de fentes, le taraudage, le filetage et le cône.Les tours à métaux CNC remplacent rapidement les modèles de production plus anciens et plus manuels en raison de leur facilité de configuration, de fonctionnement, de répétabilité et de précision.
Découpeurs plasma CNC chauffer l'air comprimé à une température très élevée pour créer un « arc plasma » capable de faire fondre du métal jusqu'à six pouces d'épaisseur.Le matériau en feuille est maintenu à plat contre une table de découpe et un ordinateur contrôle la trajectoire de la tête de torche.L'air comprimé chasse le métal en fusion chaud, coupant ainsi le matériau.Les découpeurs plasma sont rapides, précis, relativement faciles à utiliser et abordables. les fabricants les utilisentdans de nombreuses industries.
Machines laser CNC soit faire fondre, brûler ou vaporiser le matériau pour créer un bord coupé.Semblable à un découpeur plasma, le matériau en feuille est maintenu à plat contre une table de découpe et un ordinateur contrôle le trajet du faisceau laser haute puissance.
Les découpeuses laser consomment moins d’énergie que les découpeuses plasma et sont plus précises, en particulier lors de la découpe de feuilles minces.Cependant, seules les découpeuses laser les plus puissantes et les plus coûteuses sont capables de découper des matériaux épais ou denses.
Coupeuses d'eau CNC utilisez des jets d’eau à très haute pression forcés à travers une buse étroite pour couper le matériau.L’eau seule suffit à couper les matériaux mous comme le bois ou le caoutchouc.Pour couper des matériaux durs tels que le métal ou la pierre, les opérateurs mélangent généralement une substance abrasive esprith d'eau.
Les découpeuses à eau ne chauffent pas les matériaux comme les découpeuses plasma et laser.Cela signifie que la présence de températures élevées ne brûlera pas, ne se déformera pas et ne modifiera pas son structure.Cela permet également de réduire les déchets et permet de rapprocher (ou d'imbriquer) les formes découpées dans une feuille.
