Types d'opérations d'usinage
Généralement, il existe deux principaux types d’opérations d’usinage : conventionnelles et non conventionnelles. Chaque catégorie principale comporte d’autres sous-types de processus d’usinage en fonction des spécifications requises du produit final. Vous trouverez ci-dessous ces opérations d'usinage en détail :
Processus d'usinage conventionnels
Ces processus de fabrication traditionnels impliquent un contact direct de l’outil de coupe avec la pièce pour éliminer les matériaux indésirables. Les types de processus d'usinage dans cette catégorie comprennent :
Fraisage
Usinage de fraisage est un processus flexible qui utilise des outils de coupe multipoints rotatifs pour éliminer l'excès de matière d'une pièce à usiner. Vous devez fixer la pièce à une table de travail qui l'ajuste à la direction de la fraise rotative.
Les fraiseuses CNC acheminent généralement la pièce vers la fraise dans le même sens que la rotation des outils de fraisage. Une fraiseuse verticale coupe le matériau plus rapidement et plus efficacement que les fraiseuses horizontales.
De plus, le fraisage est un processus d'usinage complexe nécessitant différentes fraises spéciales pour les pièces à usiner. AT-Machining fournit des services de fraisage CNC à 3 et 5 axes et offre des tolérances d'environ 0.02 mm dans les pièces fraisées.
Tournant
Usinage de tournage coupe l'excédent de matériau du diamètre extérieur d'une pièce en rotation avec un outil de coupe fixe. L'outil de coupe enlève de la matière le long de deux axes de mouvement tandis que le tour fait tourner la pièce.
Vous pouvez positionner l'outil de coupe sous différents angles pour obtenir des coupes cohérentes avec une profondeur et une largeur précises. Le processus de tournage crée des composants à symétrie d'axe avec des surfaces profilées, des trous, des pas de diamètre, des cônes et des rainures.
Un tour traditionnel convient à l'usinage manuel mais nécessite une supervision, tandis qu'un tour CNC fonctionne automatiquement. Plus important encore, le processus de tournage est idéal pour usiner des pièces internes et externes. « Façage » est le terme utilisé pour désigner l'opération de tournage effectuée à l'extérieur d'une pièce, tandis que « alésage » est le terme utilisé pour désigner les opérations effectuées à l'intérieur de la pièce.
Forage Horizontaux
Le perçage est un processus d'usinage qui utilise des outils d'usinage multipoints tels que des forets pour produire des trous cylindriques dans des pièces solides. Les forets utilisés dans ce processus comportent deux canaux ou cannelures en spirale qui extraient les copeaux ou les copeaux du trou rond à mesure que le foret pénètre dans le matériau. Différents outils de forage comprennent des perceuses à colonne, des forets à débourrer, des forets à vis, des forets à repérage et des alésoirs à mandrin.
Le perçage précède des processus tels que l'alésage, le taraudage ou l'alésage pour produire des trous filetés ou ajuster la dimension d'un trou à une tolérance acceptable. De plus, ces trous réalisés par les forets facilitent l’assemblage facile des pièces. Ce processus est donc l’une des opérations d’usinage les plus cruciales dans la production de pièces.
Rabotage
Le rabotage convient à l'usinage de grandes surfaces planes, en particulier celles qui nécessitent des méthodes de finition comme le grattage. De même, vous pouvez disposer de petites pièces dans un montage pour une planification simultanée afin de réduire les coûts d'usinage.
Sciage
Cette opération d'usinage utilise des machines à tronçonner pour produire des longueurs plus courtes à partir de formes extrudées et d'autres types de matériaux. Les ingénieurs produits utilisent diverses machines à tronçonner, notamment des scies à meule abrasive, des scies à métaux électriques et des scies circulaires pour le sciage.
Le type de matériau utilisé influence souvent la vitesse de sciage. Par exemple, une vitesse de coupe de 1000 30 pi/min ou plus est idéale pour usiner des matériaux plus tendres tels que les alliages d’aluminium. Pendant ce temps, une vitesse de coupe plus lente de XNUMX fpm convient à certains alliages à haute température comme le titane ou le tungstène.
brocher
Cette opération consiste à utiliser une broche pour créer des trous carrés, des rainures de clavette, des trous cannelés et d'autres formes dans la pièce. Une broche comporte plusieurs dents bien placées en séquence, chacune légèrement plus grande que la précédente. Cependant, une broche a des dents inégales, ce qui la distingue de la lime à dents de même taille. Les types de brochage comprennent : le brochage par poussée et le brochage par traction.
Seules les machines de type presse verticale sont adaptées au brochage poussé, tandis que les machines verticales ou horizontales sont parfaites pour le brochage tiré. Notez qu'une broche effectue plusieurs coupes avec des profondeurs croissantes lorsqu'elle est poussée ou tirée sur une surface ou un trou d'amorce préparé.
De plus, la résistance du matériau détermine la vitesse de coupe d’une broche. Par exemple, les métaux à plus haute résistance nécessitent des taux de coupe aussi bas que 5 fpm. En comparaison, les métaux plus tendres nécessitent une vitesse de coupe d’environ 50 pi/min.
Meulage
Meulage est un autre processus d'usinage adapté pour améliorer les propriétés physiques des pièces usinées. Il lisse les surfaces des pièces et resserre leur tolérance. Ce processus crée des pièces avec des finitions, des tailles et des formes similaires. Il s'agit de la première phase des opérations de finition ultérieures, notamment la superfinition, l'affûtage et le rodage.
Cependant, il existe deux broyeurs principaux utilisés par les fabricants. Il s'agit de meuleuses cylindriques et de rectifieuses planes. La meuleuse cylindrique extrait le matériau d'une forme cylindrique, tandis que la meuleuse plane en coupe une petite quantité sur les surfaces planes des pièces usinées.
Processus d'usinage non conventionnels
Le processus d'usinage de précision non conventionnel enlève de la matière des pièces sans nécessairement avoir un contact direct avec les pièces. Voici les différents procédés d’usinage non conventionnels :
Usinage chimique
L'usinage chimique consiste à immerger une pièce dans un réservoir rempli d'agent de gravure (solution chimique). La solution chimique utilisée pour ce processus d'usinage contient des acides chimiques forts qui réagissent avec les métaux. L'immersion du métal dans l'enchantement dissout uniformément le métal de la pièce. Cependant, ce processus nécessite une pièce à usiner, un réservoir, un agitateur et un serpentin chauffant pour mener à bien le processus d'usinage chimique.
De plus, cette technique convient à la fabrication de matériaux durs, cassants et autres matériaux difficiles à usiner. Le processus d'outillage a un taux d'enlèvement de matière élevé qui permet de gagner du temps et de créer des pièces sans bavure. Plus important encore, cela ne coûte pas cher.
Usinage par électroérosion (EDM)
Usinage par décharge électrique ou l'usinage par étincelle consiste à retirer de la matière d'une pièce à l'aide d'une décharge d'arc électrique. C’est le procédé d’usinage parfait pour les matériaux susceptibles de se déformer car il ne nécessite pas de contact direct entre l’outil et la pièce. Cependant, il convient aux matériaux de base électriquement conducteurs, limitant son application aux alliages ferreux.
De plus, l'EDM est idéal pour l'usinage de formes géométriques complexes et de niveaux de tolérance serrés. Les pièces usinées avec le procédé EDM nécessitent peu ou pas de polissage, quel que soit son faible taux d'enlèvement de matière. Le processus d'usinage est rentable et bénéfique pour le prototypage et la fabrication en faible volume.
Usinage électrochimique (ECM)
L'ECM ou galvanoplastie inverse est similaire à l'usinage par électroérosion. Il coupe l'excès de matériau d'une pièce en faisant passer un courant élevé entre un liquide conducteur et des électrodes.
L'ECM diffère de l'EDM car il ne produit pas d'étincelles et ne transfère pas de contrainte thermique. L'ECM a un taux d'enlèvement de matière élevé, créant des trous sans bavures et offrant une finition de surface miroir de haute qualité.
De plus, l'ECM est un processus d'usinage polyvalent adapté à l'usinage de métaux et d'alliages extrêmement durs tels que les alliages de rhénium, les aluminures de titane, le cobalt et le nickel à haute teneur en nickel. Il produit des trous profonds, de petite taille et des angles de forme irrégulière. L'ECM est parfait pour la production à grande échelle en raison de son coût initial élevé d'installation de machines électrochimiques.
Usinage par faisceau laser (LBM)
L'usinage par faisceau laser utilise un faisceau laser et de l'énergie thermique pour éliminer la matière des pièces. Il convient aux processus de découpe et de perçage. En outre, il est idéal pour la gravure ou la découpe partielle, le découpage de résistances, le découpage et le découpage de métal en acier. Il peut découper des géométries complexes et faire de minuscules trous dans des matériaux durs.
LBM permet une automatisation facile de modèles de coupe complexes grâce à sa vitesse de coupe rapide et sa capacité à usiner des angles peu profonds. Puisqu’il s’agit d’un processus sans contact, il n’y a pas de cas de casse et d’usure des outils.
Usinage électronique par faisceau (EBM)
Ce processus d'usinage concentre les électrons sur un petit point d'un métal. Il convient à l’usinage de matériaux très durs incompatibles avec les procédés d’usinage conventionnels. De plus, il nécessite de faibles coûts de mise en place en raison de son faible outillage. Il est parfait pour la micro-finition et peut usiner de petits trous avec une grande précision car il n'a aucune restriction géométrique.
Usinage par jet abrasif
L'usinage par jet abrasif consiste à utiliser un flux à grande vitesse de particules abrasives pour frapper à plusieurs reprises une pièce afin d'éliminer de minuscules morceaux de matériau de la surface. Au fur et à mesure que l’abrasif enlève le matériau, le jet extrait les résidus détachés, exposant une nouvelle surface à l’impact des particules abrasives.
Cette opération d’usinage offre une grande flexibilité, ce qui lui confère un avantage sur les autres procédés. Le tuyau utilisé dans l'usinage par jet abrasif permet le déplacement du matériau abrasif vers les parties préférées de la pièce. Il permet l'usinage de pièces habituellement inaccessibles aux autres méthodes d'usinage.
L'usinage par jet abrasif provoque une chaleur minimale, ce qui entraîne peu ou pas de distorsion des pièces usinées à l'aide de cette technique. De plus, il convient à la gravure de marques permanentes sur les matériaux et à l'élimination des lignes de joint des pièces moulées par injection. Il est parfait pour ébavurer les plastiques, couper des feuilles métalliques et fabriquer des alliages solides.
Usinage par ultrasons
L'usinage par ultrasons consiste à utiliser des vibrations de faible amplitude et à haute fréquence pour couper du matériau à la surface des pièces. Il se présente dans une solution contenant de l'eau et de fines particules abrasives formant un mélange semi-liquide. La granulométrie des particules varie souvent de 100 à 1000 XNUMX.
En outre, le processus d'usinage par ultrasons utilise des grains plus petits, en grande quantité et à faible température, pour créer une finition de surface lisse. L’opération d’usinage par ultrasons est parfaite pour couper des matériaux fragiles. De plus, son mouvement vibratoire d’usinage par ultrasons permet la création facile de formes découpées.
Comparaison entre l'usinage conventionnel et non conventionnel
Cette section traite des différences entre les types d'opérations d'usinage. Voici quelques-unes de ces différences :
Matériau compatible
Les matériaux utilisés dans l'usinage conventionnel ne doivent pas être plus durs que l'outil de coupe. Il convient à l'usinage de matériaux plus tendres tels que l'aluminium 6061, le plomb, l'acier doux, l'étain et le laiton. En revanche, le processus d’usinage non conventionnel coupe n’importe quel matériau, quel que soit son niveau de dureté. Il est parfait pour usiner des matériaux très durs et cassants.
Outil physique requis
Un outil de coupe physique entre directement en contact avec la pièce à usiner pour réaliser des coupes en usinage conventionnel. Cependant, le contact constant de l’outil avec la pièce réduit la durée de vie de l’outil. En revanche, un outil de coupe n’est pas une exigence cruciale dans l’usinage non conventionnel.
Finition de surface préférée
Le processus d'usinage conventionnel crée des produits usinés moins précis que ceux usinés à l'aide de méthodes non conventionnelles. Parallèlement, l'usinage non conventionnel offre une précision élevée qui permet la création de produits avec une finition de surface supérieure.
Précision
Le processus d’usinage conventionnel produit des copeaux qui pourraient provoquer une déviation de la trajectoire de l’outil de coupe lorsqu’ils s’accumulent. Par conséquent, cela réduit la précision du processus d’usinage. En revanche, les fabricants utilisent souvent des processus d’usinage non conventionnels pour réaliser des produits présentant des caractéristiques plus précises.
Vitesse d'usinage
Les méthodes d'usinage conventionnelles sont plus lentes que les méthodes non conventionnelles. Le premier implique des processus tels que le tournage et le fraisage, qui prennent plus de temps, tandis que le second se déroule en quelques secondes. De plus, le contact entre la pièce et l'outil provoque une friction qui est responsable de la vitesse d'usinage lente rencontrée dans les processus d'usinage conventionnels.
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