Comprendre l'usinabilité

Comprendre l'usinabilité de divers types de matériaux est essentiel pour produire le meilleur résultat final, car chaque opération d'usinage ne fonctionne pas aussi bien parmi des matériaux variés. Des ajustements aux méthodes et aux paramètres de coupe doivent être effectués en fonction du matériau usiné.

Comprendre l'usinabilité des matériaux aide à déterminer comment effectuer les ajustements nécessaires pour réussir.

L'usinabilité est une mesure de la facilité d'usinage d'un matériau.

Les matériaux d'usinage libres, ou les matériaux qui possèdent une "bonne" usinabilité, sont généralement plus faciles à couper, produisent facilement de bons états de surface et causent moins d'usure sur les outils de coupe. Travailler avec des matériaux qui ont une bonne usinabilité peut être bénéfique à plusieurs égards. Ceux-ci inclus:

Les tendances d'écrouissage, la conductivité thermique et l'élasticité d'un matériau sont toutes des propriétés mécaniques qui sont influencées par trois facteurs :

Les matériaux sont également classés en fonction de leur dureté, les matériaux très durs et très mous présentant chacun des défis.

Les matériaux durs provoquent des forces de coupe élevées et augmentent l'usure des outils de coupe. Les matériaux mous sont souvent "gommeux", ce qui rend difficile la production d'un copeau, et ils s'accumulent également sur le bord d'un outil de coupe.

Le traitement thermique est utilisé pour augmenter ou diminuer l'usinabilité d'un matériau. Le recuit est un processus dans lequel un matériau est chauffé au-dessus de sa température de recristallisation avant d'être refroidi, ce qui réduit les contraintes internes et la dureté. Dans les alliages de nickel, le recuit du matériau permet généralement une meilleure usinabilité. D'autre part, le traitement thermique est également utilisé pour augmenter la résistance et la dureté d'un matériau, ce qui le rend plus difficile à usiner.

L'un des matériaux les plus couramment usinés est, bien sûr, l'acier. Plusieurs facteurs affectent l'usinabilité de l'acier, notamment :

Les métaux non ferreux comme l'aluminium sont très mous et peuvent être coupés avec un MRR élevé. L'usinabilité des métaux non ferreux est généralement très élevée par rapport à leurs homologues ferreux.

Les fontes ont à la fois une teneur élevée en carbone et une teneur élevée en silicium et produisent de minuscules copeaux, ce qui les rend très faciles à usiner. Cependant, les fontes provoquent une forte usure des outils de coupe. La méthode de fabrication de la fonte peut affecter les propriétés physiques et l'usinabilité du matériau.

Les superalliages résistants à la chaleur (HRSA) et les alliages de titane sont tous deux des matériaux à haute résistance connus pour être difficiles à usiner. Parce que les HRSA sont incroyablement résistants à la chaleur, la chaleur reste dans l'outil de coupe plutôt que d'être dissipée par la puce. Cette accumulation excessive de chaleur accélère l'usure.

L'usinabilité peut être quantifiée de plusieurs façons.

La première est la méthode de la durée de vie de l'outil, qui mesure l'usinabilité en fonction de la durée de vie d'un outil. Cependant, l'inconvénient de cette méthode réside dans des variables telles que le matériau et la géométrie de l'outil de coupe, la tenue de l'outil et les paramètres de coupe.

La seconde consiste à mesurer les forces de coupe et la consommation d'énergie. Cette méthode est très utile lorsque vous essayez de maximiser pleinement la productivité et de déterminer le type de MRR dont une machine est capable en fonction du matériau. Les matériaux ont un "facteur K" qui est utilisé pour calculer la puissance dont une machine a besoin pour les usiner.

Le facteur K est une constante de puissance représentant le nombre de pouces cubes de métal par minute qui peut être retiré par un cheval-vapeur.

Une troisième méthode est appelée la méthode de finition de surface. Les matériaux tendres ont tendance à former une arête rapportée (BUE) sur la fraise, ce qui crée un mouvement de cisaillement terne et laisse des finitions médiocres. Les matériaux d'usinage libres ont tendance à se cisailler plus facilement, laissant une finition propre. L'inconvénient de cette méthode, cependant, est que la finition de surface peut être sans importance, car la majorité de l'enlèvement de matière se produit souvent pendant l'ébauche. De plus, les passes de finition sont généralement effectuées pour produire un degré élevé de précision, et les paramètres qui permettent d'obtenir cela permettent naturellement d'obtenir une bonne finition de surface. Cette méthode peut également contredire d'autres méthodes. Un exemple de cela est le titane, qui se classe bien en utilisant la méthode de finition de surface, mais pas en utilisant la méthode de la durée de vie de l'outil.

Le système d'évaluation de l'usinabilité le plus couramment utilisé est basé sur un test de tournage effectué par l'American Iron and Steel Institute (AISI). Ces cotes sont relatives à l'usinabilité de l'acier B1112 à une dureté Brinell de 160, tourné à 180 SFM, qui a reçu la cote de référence de 100 %.

L'usinabilité d'autres matériaux est déterminée en mesurant les moyennes de la vitesse de coupe normale, de l'état de surface et de la durée de vie de l'outil pour chaque matériau. Les métaux plus faciles à usiner que l'acier B1112 ont une cote supérieure à 100 %, tandis que les matériaux plus difficiles à usiner ont une cote inférieure à 100 %.(voir Figure 1).

Il est important de comprendre l'usinabilité lors de la prise de nouveaux travaux avec de nouveaux matériaux, car cela affecte les coûts impliqués lors de la fabrication. Il est également crucial de comprendre comment choisir l'équipement, l'outillage et les opérations nécessaires pour usiner une pièce particulière.

Lorsqu'un processus d'usinage est planifié en fonction de l'usinabilité d'un matériau, la qualité et la productivité sont maximisées.

Adam Dimitroff est représentant régional des ventes pour MC Machinery Systems Canada, 50 Vogell Rd., Unit #1, Richmond Hill, Ont. L4B 3K6, 905-737-1265, www.mcmachinery.com.