Dans les pièces usinées CNC, il existe toujours un choix de matériaux et cela dépend directement des exigences du projet et de la conception. Puisque nous allons discuter de l’usinage du métal par rapport aux plastiques, nous nous concentrerons sur les caractéristiques des deux matériaux et sur les défis liés à l’usinage des plastiques et des métaux.
Lors de la création de pièces, il est nécessaire de sélectionner le matériau approprié. Le remplacement de pièces auparavant fabriquées en métal par du plastique peut conduire à des produits de meilleure qualité et à une productivité accrue. Le métal est-il bon ? Ou vaut-il mieux choisir la résine ? Afin de faire le bon choix, il faut comprendre les caractéristiques de chaque matériau.
En comprenant les propriétés des matériaux, vous pouvez sélectionner des matériaux qui répondent aux exigences de la pièce et qui sont également rentables.
Même si les métaux et les plastiques sont communément appelés, leurs propriétés diffèrent considérablement selon le matériau.
Usinage du métal ou du plastique
Au cours des dernières décennies, la technologie dans l’industrie du plastique a progressé et de nombreux matériaux plastiques présentant une excellente résistance à la chaleur et une excellente durabilité ont été développés. Les plastiques techniques et les superplastiques techniques très résistants à la chaleur peuvent désormais être utilisés comme substituts aux pièces à haute température telles que celles autour des moteurs, ce qui n'était auparavant possible qu'avec du métal.
Bien que le concept de base de l'usinage CNC reste le même, il existe quelques considérations clés lorsque l'on travaille avec différents matériaux :
- Outillage: Différents outils de coupe sont nécessaires pour les métaux et les plastiques en raison de leurs propriétés variables. Les métaux nécessitent des outils plus solides et plus durables pour supporter les forces de coupe plus élevées impliquées.
- Vitesses et avances d'usinage : La vitesse et l'avance auxquelles la machine CNC fonctionne seront également ajustées en fonction de la dureté du matériau. Plus le matériau est dur, plus la vitesse et l’avance seront lentes. Par exemple, l’acier a besoin d’une vitesse et d’une avance plus lentes que l’aluminium lors de l’usinage. De manière générale, les matériaux métalliques nécessitent une vitesse et une avance plus lentes que les plastiques. Sauf que certains super plastiques techniques tels que FR4 ou les plastiques techniques plus fibres sont encore plus durs que le métal normal, ils nécessitent donc une vitesse et une alimentation plus lentes lorsque ce type de matière plastique effectue un processus d'usinage.
- Refroidissement et lubrification : L'usinage peut générer de la chaleur et, selon le matériau, des techniques de refroidissement telles que des fluides ou des brouillards peuvent être utilisées pour empêcher la déformation ou la fusion.
Matériaux : métaux contre plastiques
Les propriétés fondamentales du plastique et du métal sont très différentes. Si vous avez une compréhension approximative des propriétés du plastique et du métal, il sera plus facile de sélectionner le matériau. Nous vous expliquerons les caractéristiques du plastique et des métaux pièce par pièce, ainsi que les différences dans les méthodes de transformation.
Proportion
Si le plastique commun vaut 1, l’aluminium est 2 à 3 fois plus lourd, et le fer et le cuivre sont 8 à 9 fois plus lourds.
Les propriétés des matériaux plastiques, qui sont plus légers que les métaux, sont utiles notamment pour réduire le poids des automobiles et améliorer le rendement énergétique.
Conductivité électrique
L’acier conduit l’électricité, mais pas le plastique, ce qui le rend adapté à la fabrication de pièces isolantes. En revanche, le plastique se charge facilement en électricité et attire donc la poussière.
De plus, certains plastiques sont appelés « plastiques conducteurs » et conduisent l’électricité.
Résistance à la chaleur
Les résines à usage général ont une résistance à la chaleur inférieure à celle des métaux. Par conséquent, d’une manière générale, il ne convient pas à une utilisation en tant que pièces utilisées dans des environnements à haute température tels qu’autour des moteurs d’automobile. Cependant, à mesure que les plastiques techniques se développent, de plus en plus de plastiques techniques tels que le PEEK, le PBS et les fibres peuvent être utilisés comme pièces à haute température autour des moteurs pour être remplacés par du métal.
Résistance aux chocs
Généralement, le métal a une résistance aux chocs plus élevée que le plastique. Cependant, il existe également des matériaux plastiques dont la résistance a été augmentée grâce à l'ajout d'éléments tels que la fibre de verre. Des plastiques hautement résistants aux chocs ont également été utilisés comme matériaux pour les pare-chocs d'automobiles.
Résistance chimique
À l’exception de certains types, les métaux sont sensibles à l’oxydation et à la rouille. D’autre part, les plastiques ont la particularité d’être sensibles aux solvants organiques, mais il existe des types qui présentent une résistance chimique élevée. Même si les pièces métalliques nécessitent un traitement antirouille, les plastiques n’ont pas besoin d’un traitement antirouille car ils ne rouillent pas.
Grande liberté de forme
Les résines à usage général ont un point de fusion bas, ce qui les rend plus faciles à mouler que les métaux.
De plus, il présente des caractéristiques adaptées à la production de masse et peut réduire les coûts de production des produits.
Cependant, la forme appropriée et la productivité diffèrent selon la méthode de moulage. Il est donc important de sélectionner une méthode de moulage adaptée à la pièce que vous fabriquez.
Facilité de coloration
La résine et le métal peuvent être plaqués ou peints, mais le plastique peut être moulé dans un état coloré en mélangeant des colorants avec le matériau. Convient à la production en série de pièces de la même couleur.
Stabilité dimensionnelle
Comparés aux métaux, les plastiques sont plus sensibles aux changements de température, donc plus la température est élevée, plus leurs propriétés telles que la rigidité changent.
Prix
Les résines à usage général sont souvent disponibles à des prix inférieurs à ceux des métaux. D’un autre côté, les plastiques hautes performances tels que les plastiques techniques sont souvent plus chers que les métaux.
Processus d'usinage du métal et des plastiques
Le processus d'usinage CNC implique trois techniques principales pour usiner à la fois les métaux et les plastiques :
- Fraisage
- Forage Horizontaux
- Tournant
Fraisage
fraisage CNC est basé sur le mouvement de rotation du couteau, qui se déplace le long de la surface du matériau traité et le coupe. Dans ce processus, la pièce reste immobile. Les fraiseuses, contrairement aux tours, fonctionnent principalement sur des surfaces planes. Le travail est effectué à l'aide d'une fraise multipointe qui, en séparant les couches inutiles de la pièce, lui donne les dimensions, formes ou structure souhaitées.
Forage Horizontaux
Le perçage CNC est possible grâce à l'utilisation de types spéciaux de forets, mais pas seulement. CNC forage utilise parfois des fraiseuses ou des tours à cet effet. Tout dépend du type de matériau de travail et du type de trou que nous voulons, ou plutôt devons obtenir.
Grâce à la possibilité de positionnement extrêmement précis du foret dans n'importe quel plan, il est possible de réaliser pratiquement n'importe quel type de trou avec une profondeur et un diamètre réglés avec précision.
Tournant
Tournage CNC est une méthode d'usinage qui consiste à réduire le diamètre d'un objet et à lui donner une forme cylindrique ou conique. Ce procédé s'effectue en intégrant un outil de coupe. La pièce à usiner est serrée sur le support puis soumise à une rotation constante à grande vitesse. L'outil de coupe est déplacé vers lui pour fournir la force d'avance nécessaire. Il se déplace en ligne droite, coupant les couches suivantes.
La même machine peut-elle être utilisée pour l’usinage du métal et du plastique ?
Dans la plupart des scénarios, oui, nous pouvons utiliser les mêmes machines, mais il y a certains facteurs importants à prendre en compte, tels que :
Considérations spécifiques au matériau
Outre le fraisage, le perçage et le tournage, il existe d'autres facteurs à prendre en compte pour l'usinage des métaux et des plastiques. Il y a:
- Paramètres de coupe
- Stratégies de refroidissement
- Sélection d'outillage
Paramètres de coupe
Les paramètres de coupe définissent l'avance et la vitesse pour faire fonctionner une machine CNC. En raison de leurs caractéristiques dures, les matériaux métalliques nécessitent généralement une vitesse et une avance plus lentes que les plastiques. Cela aidera à minimiser l’usure des outils et la génération excessive de chaleur pendant le processus d’usinage.
Stratégies de refroidissement
Pour maintenir la durée de vie de l'outil et l'intégrité des pièces, il est crucial de contrôler la température pendant le processus d'usinage. Le choix du liquide de refroidissement joue donc ici un rôle décisif.
Refroidissement par inondation: Il s'agit d'une pratique courante où un volume élevé de liquide de refroidissement est utilisé dans la zone de coupe. Cela aide à dissiper la chaleur de manière significative.
Refroidissement par brume: Pour usiner les plastiques, la technique de refroidissement par brouillard est privilégiée. Dans cette méthode, nous utilisons une plus petite quantité de liquide de refroidissement pour contrôler la température.
Sélection d'outillage
Quel type de outil de coupe est-il préférable de couper les métaux et les plastiques ? C’est un autre point essentiel à considérer. Étant donné que les métaux sont solides, ils ont besoin d’outils plus résistants à l’usure comme le carbure. En revanche pour usiner les matières plastiques, on peut utiliser des outils en acier ou diamantés.
Niveaux de difficulté : métaux contre plastiques
Il existe une perception générale selon laquelle l'usinage des métaux est plus difficile que celui des plastiques, mais le plastique est plus difficile à usiner. Cela est dû aux tolérances de précision assez difficiles à contrôler. La raison en est qu'il y a une contrainte interne due au plastique lui-même ; en conséquence, des déformations et des fissures sont susceptibles de se produire, ce qui conduit finalement à un produit hors tolérance ou à un produit mis au rebut.
Pour résoudre ce problème, les ingénieurs ont besoin de plus d’expérience dans le traitement du plastique afin de pouvoir gérer chaque détail opérationnel. Les ingénieurs de Boyi Technology ont plus de 10 ans d'expérience professionnelle dans le traitement des plastiques. Ils savent parfaitement comment bien contrôler le processus et fabriquer des pièces en plastique uniques et de haute qualité pour nos clients.
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Plus grande difficulté :
Bien que les métaux soient généralement plus durs, l’usinage des plastiques peut s’avérer très difficile en raison de leurs propriétés. Voici pourquoi:
- Sensibilité à la chaleur : Les plastiques ont des points de fusion plus bas que les métaux. Une légère augmentation de la température peut déformer les pièces.
- Propriétés matérielles variées : Pour obtenir les meilleurs résultats, il est primordial de choisir la meilleure matière plastique. Cela vous aidera à réaliser une pièce parfaite sans laisser de problème.
Défis de précision dans les métaux et les plastiques :
Il est très difficile de maintenir des tolérances strictes pour les plastiques par rapport aux métaux dans le processus d'usinage CNC. Cela est dû à deux raisons principales :
- Déformation du matériau
- Effets d'usinage
Disponibilité limitée:
Toutes les entreprises d'usinage CNC ne proposent pas d'usinage plastique CNC en raison du manque d'expertise technique.
Besoins de post-traitement :
Les pièces en plastique nécessitent une finition manuelle, ce qui nécessite des compétences et une technologie pour fournir des résultats optimaux. D’un autre côté, les métaux sont des matériaux faciles à réaliser pour la finition des surfaces. Lors du processus de coupe, il existe des risques de petites bavures sur les pièces. Ces bavures sont éliminées à l'aide d'une technique de finition manuelle.
Pour plus d'informations sur ce qu'est l'ébavurage, veuillez vous référer à cette ressource.
Applications Usinage CNC avec du métal et du plastique
| Fonctionnalité | Usinage des métaux | Usinage plastique |
| Applications typiques | Composants du moteur (pistons, soupapes) Pièces aérospatiales (composants d'ailes, trains d'atterrissage) Implants médicaux | Prototypes et pièces en faible volume Consommateur (téléphones, ordinateurs portables) Dispositifs médicaux |
| Propriétés des matériaux mises en valeur | Solide et résistant à la chaleur | Légèreté |
| Techniques d'usinage de base | Fraisage, perçage, tournage | Fraisage, perçage |
| Paramètres de coupe | Des vitesses plus lentes, des avances plus faibles | Des vitesses plus élevées, des avances plus élevées |
| Stratégies de refroidissement | Refroidissement par inondation (débit de liquide de refroidissement élevé) commun Pour l'acier à haute dureté, utilisez le refroidissement par air en raison de l'effet et du coût. | Refroidissement par brumisation Refroidissement par inondation (débit de liquide de refroidissement élevé) |
| Sélection d'outillage | Carbure, acier rapide | Acier de haute qualité, revêtement diamant |
| Difficulté | Plus difficile | Difficile en raison de la sensibilité à la chaleur |
| Tolérances de précision | Plus facile d’obtenir des tolérances serrées | Difficulté dans des tolérances serrées |
| Post-traitement | Moins de finition manuelle | Ébavurage et nettoyage souvent nécessaires |
Conclusion
Cependant, récemment, des matériaux en résine tels que les plastiques techniques et les superplastiques techniques, qui présentent une excellente résistance à la chaleur et une excellente durabilité, sont apparus. La résine est également utilisée pour les pièces soumises à des températures élevées, et la substitution du métal progresse.
Il est désormais possible d'utiliser des substituts métalliques pour les pièces des systèmes moteurs, telles que les groupes motopropulseurs, les transmissions et les systèmes de gestion thermique des voitures, que l'on pensait auparavant impossibles à remplacer.
Usinage de précision de technologie Boyi
Technologie Boyi est une entreprise leader fournissant des solutions complètes pour les métaux et les plastiques Services d'usinage CNC. Nous disposons de machines CNC de pointe pour les opérations de fraisage et de tournage. De plus, en intégrant des machines à 5 axes, nous pouvons produire efficacement des pièces complexes avec une plus grande précision.
Simultanément, nous disposons d'un personnel chevronné possédant des décennies d'expérience dans moulage par injection. Il n’est pas nécessaire d’externaliser quoi que ce soit ; de la conception à finition de surface nous vous fournissons tout dans un délai d'exécution rapide.
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FAQ
L'usinage CNC du plastique est moins cher que le métal. En effet, le plastique est moins dur et nécessite moins de puissance et d'outillage. Le gaspillage de matériaux est également faible par rapport à l’usinage des métaux.
Le choix du matériau dépend directement des exigences du projet et de l'application. L'aluminium est l'un des matériaux d'usinage les plus populaires car il est facile à couper et à façonner. Toutefois, pour les applications à haute résistance telles que l’aérospatiale, l’acier et le titane sont considérés comme une meilleure option.
Choisir le plastique plutôt que l’usinage du métal présente plusieurs avantages. Par exemple, les plastiques sont plus légers que le métal. Cette fonctionnalité les rend idéales pour les applications sensibles au poids. Parallèlement, certains plastiques présentent une excellente résistance chimique et isolante.
Tagged: Guide d'usinage CNC
Cet article a été rédigé par les ingénieurs de BOYI TECHNOLOGY. Fuquan Chen est un ingénieur et expert technique fort de 20 ans d'expérience en prototypage rapide et en fabrication de pièces métalliques et plastiques.
