L'usinage à commande numérique par ordinateur (CNC) est un processus de fabrication traditionnel polyvalent et de haute précision, idéal pour les séries de production de volumes moyens à élevés de pièces complexes. Usinage CNC est une technique de fabrication par enlèvement de matière. Il utilise des outils de coupe tranchants, disponibles dans une variété de formes et de tailles, qui sont contrôlés avec précision par un ordinateur. Avec Prototypage rapide sur machine CNC, les fabricants peuvent produire rapidement des prototypes et des pièces durables pour des applications spécifiques.

La sélection des matériaux est une partie extrêmement importante de tout processus de fabrication, mais les ingénieurs et les équipes de produits doivent être particulièrement diligents lorsqu'il s'agit de sélectionner des matériaux pour l'usinage CNC. Étant donné que ce processus est compatible avec une grande variété de matériaux - du métal à la fibre de verre en passant par le bois - il est facile de choisir par erreur un matériau suffisant pour le projet mais pas le mieux adapté. Dans cet article, nous aborderons les considérations clés pour la sélection des matériaux d'usinage CNC et donnerons un aperçu de certaines options courantes.

Considérations clés pour le choix des matériaux d'usinage CNC

Avant d'entrer dans les détails de la sélection des matériaux, les équipes de produits doivent d'abord faire le point sur les exigences de leur projet. Commencez par considérer ces quatre questions :

1. Comment la pièce sera-t-elle utilisée ?

Les ingénieurs doivent tenir compte de l'utilisation finale de leur pièce et de l'endroit où elle sera utilisée, car ces facteurs auront un impact significatif sur la sélection des matériaux. Par exemple, l'acier inoxydable et l'acier au carbone conviennent tous deux à l'usinage CNC, mais seul l'acier inoxydable est naturellement résistant à la corrosion. Choisir le mauvais type d'acier ici compromettrait la longévité d'une pièce. La FDA, la FAA, ainsi que toute réglementation spécifique à l'industrie doivent également être prises en compte.

2. Le poids est-il important ?

Si une pièce doit être légère - une exigence courante lors de la fabrication pour applications automobiles et aérospatiales - il existe de nombreuses options de métal à faible densité disponibles. Les fabricants peuvent également envisager d'utiliser un plastique comme l'ABS pour réduire le poids s'ils sont prêts à sacrifier la force.

3. La pièce nécessite-t-elle une résistance élevée ou une résistance à la chaleur ?

La résistance peut être mesurée de différentes manières (résistance à la traction, résistance à l'usure, etc.), de sorte que les ingénieurs doivent déterminer quel type de résistance - et dans quelle mesure cela compte - est requis pour leur part. Ces paramètres auront un impact sur la taille du pool de matériaux viables. De même, les exigences de température excluront d'emblée certains matériaux. Les ingénieurs doivent également se demander si leur pièce sera exposée à des températures fluctuantes, car presque tous les matériaux se dilatent ou se contractent en réponse aux changements de température.

4. Quel est le budget du projet ?

Les coûts des matériaux influencent presque toujours le choix des matériaux. L'objectif de la plupart des équipes de produits est de sélectionner un matériau qui maximise les propriétés et les performances souhaitées du matériau tout en minimisant les dépenses. Les coûts des matériaux sont particulièrement importants lorsqu'il s'agit d'usinage CNC, car ce processus produit une quantité relativement importante de rebuts. Certains matériaux, tels que les métaux spéciaux, sont extrêmement coûteux, ce qui pourrait avoir un impact majeur sur la rentabilité de l'ensemble du projet, compte tenu de la production de déchets. Les ingénieurs doivent évaluer soigneusement leur budget avant de prendre une décision finale.

Quels matériaux peuvent être utilisés dans une machine CNC ?

Une meilleure question pourrait en fait être quels matériaux ne peuvent pas être utilisés. Les machines CNC coupent presque tous les matériaux auxquels vous pouvez penser. Bien que vous puissiez utiliser une large gamme de matériaux dans une machine CNC, les matériaux les plus couramment utilisés sont :

Métaux : tels que l'aluminium, le laiton ou l'acier

Plastiques : tels que l'acétal (POM), les acryliques (PMMA), le polycarbonate (PC) et le polypropylène (PP)

Bois : tel que le bois dur, le contreplaqué ou le bois tendre

Mousse : comme la mousse à découper et la mousse rigide, qui ont tendance à être plus légères mais durables.

Étant donné que tout matériau - métal ou plastique - suffisamment dur pour l'usinage peut être utilisé pour la fabrication CNC, les équipes de produits n'ont que l'embarras du choix. Cette courte liste fournit un aperçu rapide de certains des matériaux métalliques les plus couramment utilisés dans la fabrication CNC aujourd'hui.

• Acier inoxydable 303 - Peut-être que la chose la plus importante à savoir sur l'acier inoxydable 303 est qu'il ressemble beaucoup aux autres aciers inoxydables, il est donc essentiel de tester le matériau pour s'assurer qu'il s'agit bien d'acier inoxydable 303. D'autres matériaux en acier inoxydable peuvent reposer très facilement, ce qui n'est pas idéal pour les produits. En raison du soufre utilisé pour fabriquer le matériau, l'acier inoxydable 303 n'est pas idéal pour le formage à froid ou le traitement thermique. Ce matériau est le plus souvent utilisé pour les écrous, les boulons, les arbres et les engrenages.
• Acier inoxydable 304 – L'acier inoxydable 304, parfois appelé 18/8, est la forme la plus courante d'acier inoxydable. Le 304 est très résistant, non magnétique, facilement usinable et généralement résistant à la corrosion, ce qui le rend idéal pour les accessoires de cuisine, les réservoirs et les tuyaux utilisés dans l'industrie, l'architecture et l'automobile. On le trouve dans une grande variété de pièces de consommation et industrielles etdes produits. Les aciers inoxydables 303 et 304 ont une métallurgie presque identique, le 303 a généralement une faible teneur en soufre pour faciliter l'usinage et n'est généralement destiné qu'aux barres rondes ; alors que 304 est principalement pour les feuilles, les plaques et les plats. Ces deux matériaux sont effectivement interchangeables.
• Acier inoxydable 316 – Souvent considéré comme un acier inoxydable de qualité marine, le 316 est résistant et facile à souder. Le matériau est très résistant à la corrosion, ce qui le rend idéal pour l'architecture, l'aménagement marin, les tuyaux industriels et l'automobile.
• Aluminium 6061 - Il s'agit de la qualité d'aluminium à usage général la plus courante et elle est généralement utilisée pour les pièces automobiles, les cadres de vélo, les articles de sport, les cadres de véhicules RC et plus encore. Semblable à d'autres alliages d'aluminium, il a un bon rapport résistance/poids et est naturellement résistant à la corrosion atmosphérique. Bien que ce matériau ait une grande maniabilité et usinabilité, il peut être plus coûteux que d'autres métaux. Il ne fonctionne pas non plus aussi bien lorsqu'il est exposé à de l'eau salée ou à d'autres produits chimiques, ce qu'il faut garder à l'esprit en fonction de l'utilisation du produit.
• Aluminium 7075 - Sur le haut de gamme des nuances d'aluminium, le 7075 est l'un des alliages d'aluminium les plus résistants. Contrairement au 6061, l'aluminium 7075 a une maniabilité moyenne en raison de sa résistance, ce qui le rend difficile à plier dans des formes difficiles et complexes. Le matériau est idéal pour les équipements de loisirs à haute résistance et les cadres automobiles et aérospatiaux - des applications qui nécessitent un métal qui subira des contraintes régulières. Cependant, il doit être évité dans les cas où le soudage est nécessaire.
• Magnésium AZ31 – Alliage d'aluminium et de zinc, le magnésium AZ31 est jusqu'à 35 % plus léger que l'aluminium à résistance équivalente. Cependant, ce matériau est généralement plus cher et est souvent utilisé pour les composants d'avions. Bien que le matériau soit facile à usiner, il possède des propriétés inflammables. En raison de sa légèreté et de sa grande résistance, il est également souvent utilisé pour les étuis pour ordinateurs portables, les outils électriques, les boîtiers d'appareils photo et d'autres utilisations dans la maison.
• Acier au carbone 1045 – Ce matériau solide et résistant est une nuance d'acier doux, souvent moins chère que les aciers inoxydables. Le matériau peut être durci et traité thermiquement, ce qui le rend facile à usiner et à souder. Il est le plus souvent utilisé dans les applications industrielles et les pièces mécaniques qui nécessitent un degré élevé de ténacité et de résistance, comme les écrous et boulons, les engrenages, les arbres et les bielles.
• Titane – Peut-être le plus connu pour sa haute résistance, sa légèreté et sa ténacité, le titane peut être facilement soudé et anodisé pour la protection et l'apparence. Cependant, il ne se polit pas bien et est un mauvais conducteur d'électricité, bien qu'il soit un bon conducteur de chaleur. 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 pour les applications militaires, aérospatiales, industrielles et biomédicales.
• Laiton - Le laiton se trouve couramment dans les raccords de plomberie, la décoration intérieure et les instruments de musique, en grande partie en raison de son matériau souple et de sa facilité de mise en œuvre. En raison de la haute brillance du laiton, on le trouve souvent dans les applications cosmétiques et en fait un matériau agréable à utiliser pour la décoration intérieure. Il ne produit pas non plus d'étincelles lorsqu'il est frappé avec un autre métal, ce qui le rend idéal pour une utilisation dans des environnements potentiellement explosifs. Le laiton de décolletage avait historiquement ajouté du plomb pour aider à l'usinage, mais peut maintenant être trouvé sans plomb. Le laiton naval est généralement beaucoup plus difficile à usiner que le laiton «à coupe libre», mais il peut être très poli. Il est également naturellement résistant à la corrosion en mer.

Bénéficiez de conseils d'experts sur le choix des matériaux

Cette liste n'est pas exhaustive, mais il est clair que l'usinage CNC est un processus de fabrication extrêmement polyvalent qui nécessite une évaluation approfondie des exigences du projet afin de sélectionner le matériau le mieux adapté à la pièce en question. Pourtant, atteindre l'équilibre idéal entre coût, qualité et temps peut être difficile.

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