Pourquoi l'aluminium est usiné différemment de l'acier
L'usinage CNC de l'aluminium est rapide, mais il ne s'agit pas simplement de couper de l'acier avec des vitesses de broche plus élevées. Le métal est mou et hautement conducteur, de sorte que la chaleur quitte la zone de coupe par l'outil et les copeaux plutôt que par la pièce. Cette seule caractéristique explique la plupart des problèmes d'atelier :-arête accumulée sur l'arête de coupe, broutage dans les sections à parois minces-, recoupe de copeaux-dans les poches profondes et dérive dimensionnelle lente pendant de longs cycles sans surveillance. Les machinistes qui planifient d'abord l'évacuation des copeaux, le comportement thermique et la géométrie de l'outil, puis la vitesse de coupe, obtiennent le meilleur état de surface et la meilleure durée de vie de l'outil avec les stocks 6061-T6 et 7075-T6.
Bordure bâtie :la pression des copeaux doux et ductiles-soude au bord de coupe, produisant une surface rugueuse et déchirée et une dégradation rapide du bord.
Bavardage dans des murs minces :des vitesses de broche élevées et un léger engagement radial réduisent la force de coupe mais réduisent l'amortissement, de sorte que les nervures fines et les sections de plancher vibrent.
Évacuation des copeaux :Les copeaux longs et filandreux s'accumulent dans les poches et les fentes, sont recoupés par la dent suivante et détruisent la finition.
Dilatation thermique :L'aluminium se dilate environ deux fois plus que l'acier par degré, de sorte que de longs cycles d'ébauche modifient la taille effective de la pièce à mesure que la pièce chauffe.
Liquide de refroidissement et lubrification :le choix entre un liquide de refroidissement par inondation, une lubrification minimale et un usinage à sec, ainsi qu'entre des produits pétroliers -miscibles à l'eau et purs, contrôle directement la finition et la durée de vie des bords.
Sélection d'outils pour l'aluminium
| Type d'outil | Utilisation typique | Remarques |
|---|---|---|
| Carbure non revêtu, cannelures polies, hélice de 40 à 45 degrés | Fraisage général de 6061, 5052, 3003 | Les surfaces polies non revêtues résistent mieux à l'adhérence que les revêtements épais-à usage général ; la haute hélice soulève les jetons des poches |
| Fraise en bout de carbure à trois-dents | Rainurage, ébauche, profilage | Équilibre l'espace pour les copeaux et la rigidité du noyau, un bon compromis entre la finition à deux-cannelures et la résistance à quatre-cannelures |
| Diamant polycristallin (PCD) | Production en grand volume de-alliages à roulements-en silicium | Résistance à l'usure la plus élevée et meilleure répétabilité dimensionnelle lorsque le temps de cycle domine le coût de l'outil |
| Carbure à revêtement-diamant | Qualités abrasives à haute-silicium telles que 4047 | La phase dure de silicium abrase rapidement le carbure ordinaire ; un revêtement en diamant restaure une durée de vie prévisible des bords |
| Plaquettes de râteau-positives et nettes | Faire face, se retourner, s'ennuyer | Les faibles forces de coupe réduisent la distorsion dans les sections minces et améliorent la finition des états gommeux |
Comment le choix de l'alliage modifie les paramètres de coupe
| Alliage | Comportement d'usinage | Direction des paramètres |
|---|---|---|
| 6061-T6 | Nuance de référence d'usinage-gratuite ; bon contrôle des copeaux | Vitesses de coupe et avances les plus élevées des alliages de construction courants |
| 7075-T6 | Les ajouts de zinc et de cuivre le rendent plus dur et plus abrasif | Courez environ 15 à 20 % plus lentement avec un engagement radial réduit et des bords plus nets |
| 5052, 5083 | Gomme, écrouissage-, sujet à l'accumulation de bords- | Vitesse de surface inférieure, lubrification généreuse, hélice élevée et râteau positif |
| 2024 | Roulement en cuivre-, solide mais moins résistant à la corrosion | Profondeur de coupe réduite, débit de liquide de refroidissement plus important, évacuation rapide |
| 4047 et autres qualités de silicium-élevées | Très abrasif pour l'outillage | Outillage diamant ou PCD, avances modérées, attention à l'usure des bords |
| Alliages coulés | Porosité et coupes interrompues | Avances inférieures, configurations rigides, charges de copeaux réduites pour éviter l'écaillage des bords |
Les qualités corroyées sont généralement plus propres à la machine que les qualités coulées car elles sont entièrement denses et plus homogènes. Au sein de la famille des produits corroyés, la trempe compte autant que la chimie : une bobine de trempe douce O- se déchirera et accumulera des bords là où le même alliage en T6 produira un copeau propre et court.
Tolérances et état de surface réalisable
Le fraisage et le tournage tiennent environ plus ou moins 0,025 mm sur des éléments bien supportés, soit environ un ordre de grandeur plus serré que le plus ou moins 0,3 mm habituel pour le moulage sous pression, c'est pourquoi les composants usinés sont préférés pour les surfaces de contact, les alésages et les faces d'étanchéité. L'usinage standard laisse une rugosité de surface de Ra 3,2-6,3 micromètres. Les passes de meulage de précision, d'alésage fin ou de finition à grande vitesse-atteignent Ra 0,4 micromètres ou mieux sur les surfaces miroir. Les stratégies de finition assistées par vibration-et à grande vitesse-réduisent les marques de broutage, l'avivage chimique augmente la réflectivité et l'anodisation après l'usinage convertit la surface finie en une couche d'oxyde dure et résistante à la corrosion sans modifier la géométrie établie par les outils de coupe.
Usinage CNC de l'aluminium comparé au moulage, à l'extrusion et aux additifs
Contre le moulage sous pression :La CNC maintient des tolérances beaucoup plus strictes et supprime les délais d'outillage et le coût d'une matrice, mais le temps de cycle et le coût des matériaux par pièce sont plus élevés pour les très gros volumes.
Contre l’impression 3D :une billette forgée est entièrement dense, de sorte que les pièces usinées sont plus solides et plus résistantes à la fatigue que l'aluminium construit de manière additive de forme comparable.
Contre l'EDM :pour les prototypes et les petits lots, le fraisage et le tournage sont bien plus économiques et beaucoup plus rapides que l'électroérosion à fil ou à enfonçage.
Contre l'extrusion :L'usinage à cinq-axes crée des poches, des cônes et des contre-dépouilles qu'une extrusion à section constante-ne peut pas produire.
Itinéraires hybrides :La combinaison de formes additives proches du résultat final avec l'usinage de finition réduit les délais de livraison sur des pièces complexes à faible volume tout en conservant la résistance des caractéristiques critiques.
Foire aux questions
Q : Quelle vitesse de broche doit être utilisée pour l’aluminium ?
La vitesse de surface est la variable de contrôle plutôt que le régime. L'aluminium tolère des vitesses de surface élevées, de sorte que les petites fraises fonctionnent à des régimes élevés tandis que les grandes fraises à surfacer fonctionnent beaucoup plus lentement pour conserver la même vitesse de surface et la même charge de copeaux.
Q : Pourquoi le 6061 s’usine-t-il plus facilement que le 7075 ?
Le 6061-T6 est la référence en usinage libre parmi les alliages structurels, tandis que le 7075-T6 est plus dur et plus abrasif en raison de sa teneur en zinc et en cuivre, de sorte que les avances et l'engagement radial sont réduits d'environ 15 à 20 % pour protéger le bord.
Q : Les outils revêtus ou non sont-ils meilleurs pour l'aluminium pur ?
Pour l'aluminium pur et faiblement allié-, les revêtements polis fins et le carbure poli non revêtu fonctionnent généralement mieux que les revêtements épais-à usage général, car ils résistent à l'adhérence du matériau et maintiennent la face de coupe affûtée.
Q : Comment les-bords accumulés sont-ils évités ?
Évitez-le grâce à une géométrie de râteau-positive, une vitesse de surface plus élevée, une lubrification adéquate et une charge de copeaux suffisamment importante pour couper sous la couche écrouie-au lieu de frotter dessus.
Q : Quelle tolérance peut-on raisonnablement citer ?
Plus ou moins 0,025 mm est une tolérance usinée normale sur des éléments stables, bien que les parois minces et les pièces longues exigent des limites plus larges car la dilatation thermique et les forces de coupe déplacent le matériau pendant le cycle.
Q : Combien de temps les pièces en aluminium peuvent-elles fonctionner sans surveillance ?
Seulement tant que les jetons continuent de s'effacer. Les poches profondes et les petits outils nécessitent des stratégies de refroidissement à travers-l'outil, de soufflage d'air ou de débourrage, et les pièces doivent pouvoir refroidir avant la passe de finition afin que la croissance thermique ne modifie pas la dimension finale.
