Si vous appartenez à l'industrie manufacturière, vous devez connaître les technologies modernes utilisées dans les processus de fabrication et l'usinage des métaux. Il est effectué pour développer différentes pièces industrielles dans une large gamme avec une précision et une exactitude extrêmes.
Avec le développement de la technologie moderne, le dernier micro-usinage avec technologie laser a remplacé la découpe manuelle traditionnelle du métal. Le mot « Usinage » est un procédé de fabrication qui recouvre un large éventail de techniques et de technologies.
Le processus d'usinage appartient à la catégorie de la fabrication soustractive, dans laquelle le matériau est retiré de la pièce pour produire le produit souhaité. Le métal peut être façonné dans n'importe quelle conception souhaitée à l'aide de plusieurs machines-outils électriques. Le forgeage et le moulage font également partie du processus d'usinage.
Dans cet article, nous discuterons principalement de l'usinage des métaux et de ses différentes techniques pour choisir le processus d'usinage approprié en fonction des exigences pour répondre aux besoins des clients. Alors, commençons.
Qu'est-ce que l'usinage des métaux ?
L'usinage des métaux est un processus de fabrication soustractif utilisé pour développer des pièces métalliques, des composants de machines et différents outils industriels. Diverses méthodes sont impliquées dans l'usinage des métaux pour atteindre la conception de produit souhaitée en termes de forme, de diamètre, de taille, de finition et de qualité de surface.
Différents types de processus d'usinage
Les processus d'usinage sont classés en deux grands types : les méthodes non conventionnelles et les méthodes conventionnelles. Le matériau est éliminé à l'aide d'énergie thermique ou chimique dans le processus d'usinage non conventionnel. D'autre part, le processus conventionnel d'usinage consiste principalement en une coupe en un seul point, une coupe en plusieurs points et une coupe abrasive, et il est largement utilisé pour l'usinage des métaux.
Certains des différents processus d'élimination des matériaux métalliques sont décrits ci-dessous :
1. Processus d'usinage mécanique
Coupe en un seul point
Dans ce processus, un seul outil de coupe tranchant est utilisé pour enlever le matériau de la pièce. Le procédé de coupe en un seul point est principalement utilisé lors des opérations de tournage. La broche fait tourner la pièce et l'outil de coupe se déplace le long de l'axe de la pièce pour enlever la matière.
Les opérations de tournage comprennent l'alésage, le rainurage, le tronçonnage, le surfaçage et le filetage. En outre, il comprend des contours complexes, des cônes, des fentes et des filetages.
Les processus de planification et de mise en forme sont également inclus dans les processus de coupe en un seul point.
Coupe multipoint
Dans ce processus, plusieurs outils de coupe à arêtes vives sont alimentés contre la pièce pour l'enlèvement de matière. Les fonctions les plus critiques de la coupe multipoint sont le fraisage et le perçage. Dans un outil de coupe cylindrique, la dent pointue tourne à grande vitesse pour enlever le matériau de la pièce. Lors de l'exécution de l'opération de fraisage, l'outil rotatif est utilisé pour développer diverses caractéristiques sur la pièce.
Certaines des opérations de fraisage d'assemblage effectuées sur des fraiseuses sont le chanfreinage et le surfaçage et le fraisage en bout. Les processus de fraisage peuvent créer différents types de poches, de fentes et de contours complexes. Une fraiseuse est également utilisée à des fins de perçage et d'alésage. Deux autres types de fraisage sont le brochage et le sciage, qui seront abordés plus loin dans cet article.
2. Usinage abrasif
L'usinage abrasif est un processus dans lequel un outil abrasif est utilisé pour enlever le matériau de la pièce. Ce processus est également utilisé pour façonner et former diverses caractéristiques sur la pièce. La finition de surface peut également être réalisée par usinage abrasif.
Les grains abrasifs de l'outil de coupe sont liés dans la meule rotative utilisée pour le processus de meulage. Le meulage peut également être effectué par la rectifieuse plane ou sur la rectifieuse cylindrique. Le matériau abrasif est utilisé pour l'usinage par jet abrasif, et il est également utilisé avec de l'eau pour l'usinage par jet d'eau abrasif. Le cornage, l'usinage par ultrasons et le rodage sont également des types d'usinage abrasif.
3. Usinage chimique
Le type d'usinage chimique le plus couramment utilisé est l'usinage électrochimique, dans lequel le produit chimique est utilisé pour retirer le matériau de la pièce. Il est utilisé pour la production de masse. Cela n'est possible que pour les matériaux conducteurs difficiles à usiner avec les méthodes conventionnelles. Ce processus est également effectué pour la finition de surface et l'ébavurage.
4. Usinage thermique
La méthode d'usinage thermique est utilisée pour enlever la matière du matériau très rigide - difficile à usiner. La découpe au chalumeau, l'EDM et l'usinage par faisceau d'électrons sont quelques-uns des principaux types d'usinage thermique. L'usinage par décharge électrique (EDM) est utilisé pour produire des géométries complexes avec une extrême précision. Cependant, ce processus prend du temps et n'est pas réalisable pour une production de masse.
Usinage des métaux à travers une machine CNC
La machine CNC est la machine la plus critique et la plus fondamentale de chaque atelier d'usinage. Les machines à commande numérique par ordinateur (CNC) sont utilisées pour fabriquer la pièce dans laquelle la conception du produit est convertie en forme physique. La CNC est livrée avec un logiciel préprogrammé, qui lit les paramètres de conception et exécute les opérations spécifiques telles que le meulage, le fraisage, le tournage, le surfaçage et l'alésage.
Tout d'abord, la conception est développée sur le logiciel de CAO, puis transférée sur la machine CNC pour exécution. L'utilisation de l'usinage CNC pour la fabrication de produits élimine la possibilité d'erreur humaine et produit des produits de haute qualité.
Principe de fonctionnement de la machine CNC
Les machines CNC sont équipées d'un contrôle direct en boucle ouverte et fermée pour réguler la vitesse et la position de la machine. Dans un système en boucle ouverte, les signaux sont transmis dans une seule direction entre le variateur de vitesse et le moteur, et une commande en boucle ouverte exécute les opérations qui nécessitent moins de force et de vitesse. Dans un système en boucle fermée, le contrôleur prend les informations de la machine pour diagnostiquer les erreurs et les défauts des machines, et le contrôle en boucle fermée est utilisé là où les produits sont nécessaires pour être usinés à grande vitesse et avec précision.
La plupart des ateliers d'usinage sont équipés de machines CNC à 2 axes, et certains d'entre eux possèdent également des machines CNC à 3 axes (ou plus). Un moteur pas à pas ou un servomoteur est utilisé pour positionner les outils selon le code spécifiquement programmé.
Types de machines CNC et applications
Dans le monde moderne d'aujourd'hui, presque toutes les pièces de la machine sont produites sur des machines CNC. Certaines des opérations les plus couramment effectuées sur CNC sont le pliage, le perçage, l'alésage, le meulage, la découpe laser, la découpe plasma, le routage et le soudage par ultrasons. De nombreuses machines, y compris les tours, les moulins, les machines à jet d'eau et l'EDM, sont actionnées par CNC.
Certaines des machines CNC couramment utilisées sont :
Tours CNC: Dans le tour CNC, le matériau est serré dans le mandrin de la machine et les machines retirent le matériau en faisant tourner la pièce à grande vitesse dans une direction circulaire. Il est possible de développer des géométries complexes sur des tours CNC. Ces machines ne peuvent fonctionner que sur deux axes (X et Z).
Fraiseuses CNC : Les fraiseuses CNC sont généralement capables de fonctionner sur 3 axes (X, Y et Z), alors que certaines d'entre elles sont également équipées d'un axe supplémentaire. Le concepteur développe un programme, qui est ensuite installé dans la machine qui exécute les fonctions spécifiques au programme pour créer le produit requis. Ses opérations sont presque similaires à celles des tours CNC.
Coupeurs à l'arc plasma : Les coupeurs à l'arc plasma sont utilisés pour couper le métal ou tout autre matériau à très haute température. Ce processus doit être effectué à des températures et à une vitesse élevées. Le plasma est produit à l'aide d'un arc électrique et d'air comprimé pour couper le matériau.
Découpeurs à jet d'eau : Les découpeurs à jet d'eau à commande numérique sont utilisés pour couper des matériaux durs en utilisant une pression d'eau élevée. Certains matériaux abrasifs sont également utilisés en conjonction avec l'eau pour l'ébavurage et la finition de surface. Il peut fabriquer des pièces mécaniques de géométrie complexe. Les applications du jet d'eau comprennent l'industrie minière, l'industrie aérospatiale et l'industrie automobile.
Processus impliqués dans l'usinage CNC des métaux
La fabrication doit passer par de nombreux processus d'usinage pour développer un produit fini. Certains de ces processus sont discutés ci-dessous :
1. Fraisage
Fraisage est l'un des processus essentiels dans la fabrication d'une pièce. Il est également utilisé pour fabriquer des outils métalliques. Le fraisage est effectué pour produire des pièces métalliques symétriques, des fentes, des trous, des poches et des contours complexes. Les supports et les fixations conçus sur mesure sont l'exemple le plus courant du processus de fraisage.
Les outils de coupe utilisés pour le processus de fraisage sont constitués de carbure, d'acier rapide (HSS), d'acier au cobalt rapide et d'acier au carbone. Le choix de l'outil dépend de la nature du matériau de la pièce. Parfois, du liquide de refroidissement est également fourni lors du fraisage du matériau rigide ou dur.
2. Tourner
Lors d'une opération de tournage, la pièce est montée dans le mandrin de la machine et tourne rapidement. Ensuite, l'outil se déplace le long de l'axe de la pièce pour enlever la matière. Ce processus est effectué pour réduire le diamètre ou la longueur de la pièce. La sélection des outils en opération de tournage dépend des exigences du produit.
Tournant est également effectuée pour ajouter certaines fonctionnalités aux produits, et elle peut utiliser un outil de coupe monopoint ou multipoint. Les arbres et les fixations sont également fabriqués selon cette procédure.
Les fabricants utilisent différentes matières premières telles que le nickel, le laiton, le zinc, l'acier, le titane et le magnésium pour les opérations de tournage. Le choix du matériau dépend de certaines de ses propriétés mécaniques, notamment le coût, la résistance, l'usinabilité et la résistance à l'usure. Tourner les pistes vers une durée de vie plus longue et une excellente finition de surface.
Certaines des caractéristiques que vous pouvez créer par le processus de tournage sont : les trous, les cônes, les surfaces profilées, la variation de diamètre et les fentes
3. Alésage
Lors de l'alésage, un outil à plusieurs fraises est utilisé pour augmenter la taille d'un trou pré-percé. Il peut être réalisé sur les fraiseuses en alternant l'outil avec l'alésoir, généralement constitué de HSS ou de carbure, et il existe en différentes tailles.
4. Ennuyeux
L'alésage est le processus dans lequel nous augmentons la profondeur ou agrandissons les trous forés ou coulés existants. Il existe trois types différents d'ennuyeux;
Line boring (barre d'alésage supportant une des deux extrémités)
Contre-alésage (usinage d'un trou à l'arrière de la pièce)
Alésage au tour (Utilisation d'un outil de coupe à un seul point pour effiler les trous)
5. Broyage
Le meulage peut être effectué à l'aide d'une meule, d'une meule ou d'une meuleuse. Il est effectué pour le processus d'usinage abrasif, qui est effectué pour la finition de surface et pour améliorer la qualité de surface du produit. Ce processus peut également être réalisé à l'aide d'un usinage CNC.
6. Honage
C'est une technique largement utilisée par les fabricants pour obtenir une surface métallique spécifique. Ce processus est également connu sous le nom d'ébavurage, dans lequel le matériau inutile est retiré de la pièce. Il est également effectué pour graver une texture spécifique sur la pièce, obtenir la qualité de surface souhaitée ou atteindre le diamètre requis de la pièce métallique.
7. Brochage
Le processus de brochage peut produire diverses formes étranges. Il aide également à éliminer les matériaux indésirables de la pièce. Elle est réalisée à l'aide d'un outil denté, également appelé broche. La broche peut être utilisée linéairement pour le brochage linéaire, et elle peut être utilisée avec le tour pour le brochage rotatif.
8. Mise en forme
La mise en forme du métal est effectuée pour obtenir la forme spécifique d'un produit afin de répondre aux exigences des clients. Ce processus comprend le forgeage dans lequel le métal chaud est martelé ou pressé pour obtenir le profil requis. Pour le façonnage, le composant métallique est chauffé jusqu'à 75 % au-delà de sa température de fusion.
9. Gravure laser
Vous avez peut-être remarqué que de nombreux produits de l'entreprise sont gravés par le nom d'une entreprise, et cela se fait à l'aide de la gravure au laser. Il est largement utilisé au niveau industriel pour l'étiquetage et le marquage de haute précision. La gravure au laser est utilisée pour le marquage permanent, et ce processus est flexible, nécessite moins de temps et est rentable.
L'estampage ou le marquage de votre produit par gravure au laser laisse un impact impressionnant sur votre client. Dans le monde d'aujourd'hui, presque toutes les industries sont équipées de la technologie de gravure au laser.
Conclusion
Enfin, nous concluons qu'il existe différents types de machines pour l'usinage des métaux et que de nombreux processus y sont impliqués. Après avoir lu cet article complet, vous avez maintenant une compréhension approfondie de plusieurs processus d'usinage et des processus impliqués dans l'usinage des métaux.
Divers types d'outils et de techniques d'outillage ont également été abordés dans cet article. Pendant ce temps, les méthodes d'usinage mécaniques, abrasives, thermiques et chimiques peuvent aider à obtenir la conception de produit souhaitée.
Si vous êtes débutant dans ce domaine, l'article vous aidera dans la sélection des matériaux et des procédés d'usinage des métaux. Il y a encore tellement de choses que vous devez comprendre, et consulter un expert en usinage des métaux vous aidera beaucoup dans la conception du produit souhaité.
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