Le processus de sélection des matériaux d'usinage CNC
Pour réussir à choisir le matériau parfait pour votre usinage CNC, vous devez respecter ces étapes de base :
Étape 1 : Déterminez et hiérarchisez les exigences de vos produits
Les exigences du produit sont les principaux aspects de l’usinage CNC, servant de modèle générique pour le matériau parfait pour vos produits. Ces exigences incluent les applications industrielles et les environnements d’exploitation de la pièce. Par exemple, vous devez tenir compte de l'endroit où les pièces seront utilisées et des caractéristiques présumées du produit telles que la résistance à l'usure, la résistance à la traction, le budget du projet, etc.
Étape 2 : Identifier les matériaux potentiels
Une fois que vous avez déterminé les exigences idéales pour vos produits, vous pouvez facilement rationaliser les matériaux appropriés. Vous remarquerez que de nombreux matériaux CNC peuvent répondre à certaines exigences en matière de pièces, mais très peu satisferont toutes. Vous pouvez lister ces matériaux en fonction de leurs caractéristiques et les comparer avec votre conception.
Étape 3 : Choisissez le matériau le plus approprié
Choisissez le bon matériau pour vos pièces après avoir vérifié leur état de compatibilité. Votre choix dépendra de divers facteurs, dont nous discuterons dans les sections suivantes. Cependant, il existe des situations dans lesquelles vous devrez parfois faire des compromis. Par exemple, vous pouvez placer votre budget au-dessus des performances mécaniques si celles-ci ne sont pas cruciales.
Matériaux métalliques courants pour l'usinage CNC
Voici les matériaux métalliques courants que vous pouvez envisager pour votre usinage sur mesure projets.
Alliages d'aluminium
Les alliages d'aluminium sont le matériau métallique le plus régulièrement utilisé dans l'usinage CNC. En effet, ils possèdent une usinabilité élevée, un bon rapport résistance/poids et une excellente maniabilité. Certaines des options disponibles incluent :
- Al6061
L'aluminium 6061 est le matériau le plus utilisé pour l'usinage CNC. Il est plus économique et offre une meilleure maniabilité et résistance à la corrosion. De plus, l'Al6061 présente une grande limite d'élasticité lorsqu'il est traité thermiquement selon une désignation de trempe T6.
L'Al6061 est un alliage d'aluminium polyvalent principalement adapté à la production de pièces automobiles, de cadres de vélo, de composants sportifs, de biens de consommation, etc. Il est également compatible avec divers traitements de surface comme l'anodisation pour améliorer sa qualité.
- Al7075
L'aluminium 7075 est un métal de haute qualité doté d'excellentes propriétés telles que la ténacité, la flexibilité, la haute résistance et la résistance à la fatigue. Il convient parfaitement à toutes vos pièces usinées CNC qui nécessitent une durabilité soutenue, comme les cadres aérospatiaux. Vous pouvez utiliser l'Al7075 T6 pour produire des outils de moulage par injection. De plus, c’est le meilleur matériau pour les équipements de loisirs à haute résistance et autres pièces sollicitées.
Néanmoins, il n’est pas adapté au soudage. Sa résistance supérieure rend également difficile la fabrication de pièces de conception très complexe. Il reprend sa forme originale lors du formage à froid en raison de sa résistance.
Acier
Les aciers inoxydables sont des alliages métalliques dotés d’une excellente résistance, d’une grande flexibilité et de propriétés exceptionnelles de résistance à l’usure et à la corrosion. Vous pouvez facilement les souder, les polir et les usiner.
Voici quelques-uns des matériaux en acier inoxydable utilisés dans l'usinage CNC :
- SS304
L'acier inoxydable 304 a de nombreuses applications en raison de ses excellentes propriétés mécaniques et de sa superbe usinabilité. De plus, il présente une résistance appropriée aux conditions environnementales et aux milieux corrosifs. De ce fait, vous retrouverez le SS304 dans plusieurs produits de consommation et industriels.
L'alliage SS304 est composé de 18 % de chrome et de 8 % de nickel, ce qui le rend non magnétique. Contrairement à la variante 303, il est soudable et présente une bonne résistance à la corrosion. C’est donc un excellent matériau pour les couverts et accessoires de cuisine, les tuyaux, les composants automobiles, etc.
- SS303
L'acier inoxydable 303 possède une bonne ténacité, bien que sa résistance à la corrosion soit inférieure à celle du 304. Il convient aux applications à grand volume, comme les écrous et boulons dans les industries aéronautique et aérospatiale, en raison de son excellente usinabilité.
Le SS303 n'est pas idéal pour le formage à froid ou le traitement thermique. De même, la présence de soufre le rend impropre au soudage. Néanmoins, ce matériau convient aux boulons, écrous, arbres, engrenages et raccords.
- SS316
Il s'agit d'un alliage d'acier inoxydable standard qui partage des propriétés mécaniques identiques avec le SS304. Ce métal est le matériau idéal pour les environnements difficiles en raison de sa haute résistance à la corrosion et aux composés chimiques.
Vous pouvez améliorer la résistance à la corrosion du SS316 en ajoutant du molybdène. Il s’agit d’un acier inoxydable typique de qualité marine, très résistant et facile à souder.
Laiton
Le laiton est un matériau polyvalent et dominant utilisé dans les systèmes de plomberie. Il est parfait pour la décoration intérieure, les applications cosmétiques et les instruments de musique. Son excellente maniabilité et sa finition de surface le rendent adapté aux composants qui doivent être esthétiquement attrayants. De plus, il résiste naturellement à la corrosion par l’eau salée et n’a aucune propriété inflammable.
Le laiton est un excellent matériau pour produire votre matériel électronique, vos pièces aérospatiales et vos raccords de tuyauterie. Étant un alliage cuivre-zinc, il possède une excellente conductivité thermique et ne devient pas rigide à basse température.
Acier au carbone 1045
L'acier au carbone (EN 1045) est un matériau usinable le plus adapté au soudage. C’est un choix plus économique que l’acier inoxydable et il offre une plus grande résistance. En conséquence, il est parfait pour produire des écrous, des engrenages et d’autres pièces mécaniquement solides. C'est un excellent matériau en acier pour les applications nécessitant une plus grande dureté comme les goujons, les axes, les arbres et les boulons.
Matériaux plastiques courants pour l'usinage CNC
Bien que les métaux soient d'excellents matériaux d'usinage CNC pour diverses applications, de nombreuses industries nécessitent usinage CNC plastique pour leurs pièces. Voici les plastiques les plus courants à considérer pour vos projets :
ABS
L'ABS est l'un des matériaux thermoplastiques traditionnels doté de propriétés mécaniques remarquables, d'une résistance élevée à la chaleur, d'une excellente résistance aux chocs et d'une bonne usinabilité. Il convient aux applications légères en raison de sa faible densité. Vous pouvez réaliser des prototypes CNC avec ABS avant de vous lancer dans une production en grande série. Il est résistant aux chocs, aux produits chimiques et au courant électrique.
L’ABS est facile à peindre et produit d’excellents résultats de finition de surface. De plus, l'ABS coûte moins cher que d'autres plastiques d'usinage comme l'Ultem ou le PEEK. Cependant, il ne peut pas résister à des températures élevées pendant une période plus longue.
POM (Acétal/Delrin)
Le POM (Polyoxyméthylène) est un matériau thermoplastique parfaitement adapté à la fabrication de pièces de précision présentant des exigences de dureté élevées. Ce matériau est idéal pour fabriquer vos engrenages mécaniques, bobines, téléphones, vis et bien d'autres encore.
Le POM a une résistance chimique élevée, une faible sensibilité à l’humidité, une résistivité électrique et une dureté élevée. Cependant, ce n’est pas le meilleur matériau pour les produits qui seront exposés à des produits chimiques.
Nylon
Le nylon offre les mêmes attributs que l'ABS. Il présente une résistance élevée à la traction, ce qui en fait le matériau le plus approprié pour plusieurs composants. Vous pouvez utiliser des résines nylon et ABS avec certaines fibres de verre pour améliorer leurs qualités.
Le nylon constitue un meilleur remplacement pour de nombreuses pièces mécaniques en raison de son impressionnante lubrification de surface. Il est idéal pour produire des composants coulissants et des engrenages mobiles. Le principal inconvénient du nylon est son incapacité à absorber l’humidité sur une longue période. Il ne convient donc pas aux applications marines.
PTFE
Le PTFE (polytétrafluoroéthylène) est un polymère thermoplastique technique doté d'une résistance thermique et chimique exceptionnelle. C'est un plastique spécial qui résiste à des températures très élevées. De plus, c’est un excellent isolant électrique avec le coefficient de frottement le plus faible de tous les matériaux solides.
PEEK
Il s'agit d'un plastique technique authentique, à haute résistance et stable pour l'usinage CNC. Vous pouvez l’utiliser comme alternative aux métaux dans plusieurs applications. La capacité du PEEK à résister à des températures prolongées le rend adapté à la fabrication de composants électroniques, de composants aéronautiques et de dispositifs médicaux.
Usinage PEEK est idéale pour les luminaires légers car elle ne se déforme pas avec le temps comme les autres résines. Cependant, le PEEK coûte plus cher que les autres plastiques, vous pouvez donc envisager de l'utiliser uniquement lorsque les autres plastiques ne conviennent pas. Dans la plupart des cas, vous devez le recuire pendant l'usinage pour éviter les fractures de contrainte.
Considérations clés pour le choix des matériaux d'usinage CNC
L'usinage de composants optimaux pour vos produits commence par le choix des matériaux. Réduire les différents matériaux CNC est la première étape pour choisir le bon matériau pour votre projet. Cependant, de nombreux facteurs doivent être pris en compte avant de faire un choix. Ils comprennent les éléments suivants :
Demande de pièce
Un facteur fondamental à considérer lors du choix d’un matériau est l’application du produit final. Par exemple, l’acier inoxydable est meilleur que l’acier au carbone pour fabriquer des pièces structurelles pour les marines. Bien que les deux matériaux possèdent d’excellentes propriétés d’usinabilité, l’acier inoxydable offre de meilleures propriétés de résistance à la corrosion. D’un autre côté, l’acier au carbone conviendra mieux à un environnement sec car il est beaucoup plus solide et durable.
Environnement d'exploitation
Les environnements de fonctionnement typiques peuvent inclure des produits chimiques agressifs, la température, un contact constant avec l'eau, l'exposition à une flamme ou une exposition aux rayons ultraviolets. Tout matériau que vous utilisez doit avoir une température de fusion supérieure à celle de l’environnement d’exploitation. Dans le cas contraire, la pièce subira probablement des variations structurelles si elle n'est pas correctement protégée.
En outre, un emballage structurel peut se produire dans certains matériaux en raison de variations extrêmes des conditions météorologiques extérieures. Par conséquent, soyez plus attentif au matériau que vous choisissez après avoir pris en compte tous les facteurs de l’environnement d’exploitation.
Stabilité dimensionnelle et tolérance
Ces propriétés sont d’une importance primordiale pour des industries comme l’aérospatiale et l’aéronautique. Ils exigent souvent des pièces aux dimensions très précises et à une excellente stabilité. De telles applications nécessitent des matériaux présentant une excellente stabilité dimensionnelle pour répondre à des exigences de tolérance strictes.
Par exemple, l’aluminium peut atteindre des tolérances plus strictes grâce à sa grande usinabilité. Cependant, vous devez comprendre que des tolérances plus strictes coûtent plus cher à produire. Par conséquent, vous devriez opter pour des tolérances moins strictes dans les situations où la tolérance n’est pas obligatoire. Cela contribuera à optimiser le temps et le coût de production.
Conductivité électrique
La durabilité des composants électriques dépendra des matériaux utilisés pour leur fabrication. Par conséquent, vous devez soigneusement considérer la conductivité électrique de tout matériau que vous choisissez. En général, les métaux sont d’excellents conducteurs d’électricité, tandis que les plastiques sont d’excellents isolants. Les matériaux CNC tels que le cuivre ont une excellente conductivité, tandis que le PTFE est un excellent isolant.
Usinabilité
L’usinabilité d’un matériau montre sa compatibilité avec les processus d’usinage CNC. Les matériaux appropriés sont souvent très usinables, ce qui entraîne une efficacité de production accrue et une réduction des temps d'arrêt. Si vous avez besoin de pièces en grande quantité, il est préférable de choisir des matériaux hautement usinables.
En règle générale, les matériaux comme l'aluminium et le laiton sont plus usinables que l'acier. Vous ne devez choisir des matériaux peu usinables que lorsque vous avez besoin de petites quantités ou lorsque les délais de livraison sont flexibles. De tels documents peuvent nécessiter plus de temps, d'efforts et de ressources.
Finition de surface
L’apparence physique des matériaux n’est pas le facteur primordial dans le choix du bon matériau. Il s’agit néanmoins d’un facteur essentiel à considérer. L'état de surface d'un composant crée une couche protectrice sur celui-ci et détermine son acceptabilité générale.
Vos clients peuvent exiger des propriétés physiques comme une finition de surface ou une couleur lisse. Bien que les métaux aient généralement une surface lisse après usinage, ils peuvent nécessiter une finition supplémentaire pour améliorer leur apparence.
Coût des matériaux
Il s’agit d’une considération cruciale en matière de matériaux CNC en raison de la nature soustractive de l’usinage CNC. Le coût du matériel affectera le total Coût d'usinage CNC. Par conséquent, vous devez considérer le coût de votre matériel avant de procéder à la production. Assurez-vous de choisir un matériau présentant les propriétés parfaites pour vos pièces et dans la fourchette budgétaire.
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AT Machining propose une longue liste de matériaux pour tous vos besoins d’usinage CNC. Nous travaillons avec vous pour analyser votre conception et trouver le matériau le plus adapté à vos projets. Nos techniciens experts possèdent une connaissance approfondie des propriétés et des applications des matériaux. Soyez assuré que vos pièces usinées auront les meilleures qualités.
Contactez-nous chez AT Machining pour discuter des exigences matérielles de votre projet. Demandez un devis dès aujourd’hui et commercialisons vos produits plus rapidement et à moindre coût.
FAQs
Quel est le matériau le plus rentable pour l’usinage CNC ?
Le matériau d'usinage CNC le plus courant et le plus rentable est l'aluminium 6061. Malgré son faible coût, il offre plusieurs avantages pour un large éventail d'applications. Sa haute résistance, sa résistance à la corrosion et à l’usure, ainsi que d’autres propriétés en font un choix idéal.
Quel est le meilleur plastique pour l’usinage CNC ?
Le POM (Delrin) est considéré comme le meilleur plastique pour la plupart des projets CNC. Il est très économique et possède une excellente usinabilité par rapport aux autres.
Quels sont les avantages de l'usinage CNC avec des métaux ?
Les alliages métalliques conviennent particulièrement aux applications d'usinage nécessitant une dureté, une résistance élevée et/ou une résistance à des températures plus élevées. La plupart des métaux sont faciles à usiner et offrent de meilleures propriétés physiques et mécaniques pour les applications industrielles. Ce sont également des matériaux durables, garantissant que vos pièces durent plus longtemps.
Quels sont les avantages de l'usinage CNC avec des plastiques ?
Les plastiques sont les matériaux courants pour fabriquer des pièces légères usinées CNC. De même, les plastiques constituent des options rentables pour produire des prototypes avant des productions à grande échelle. La plupart des métaux sont compatibles avec les traitements de surface, améliorant ainsi leurs propriétés esthétiques.