Tout sur l'aluminium

Les machinistes et les outilleurs sont un groupe robuste et craignent peu. Beaucoup ont conquis le monde de la fabrication avec un peu plus qu'un jeu de micromètres et une lime. La plupart ont survécu à des rencontres avec des ingénieurs, des inspecteurs de la qualité et des redoutables professionnels de la sécurité.

La seule chose qui effraie ce groupe de professionnels de la fabrication croustillants, ce sont les matériaux difficiles à usiner. Être affecté à la machine à casser des tarauds, à percer des trous et généralement à aggraver les métaux comme l'acier inoxydable, l'Hastelloy et l'Inconel est la principale inquiétude de ces professionnels. Ils attendent tous avec impatience des emplois dans l'aluminium.

L'aluminium est léger, propre et facile à usiner, c'est pourquoi les machinistes aiment travailler avec lui. Les alliages d'aluminium arrivent sans tartre, sans saleté ni huile car les processus de fabrication de l'aluminium sont plus propres que ceux des autres matériaux. L'aluminium est également l'un des matériaux les moins denses couramment utilisés pour la fabrication, ce qui rend le métal facile à manipuler. Plus important encore, il s'agit d'un matériau ductile, ce qui simplifie les processus de fabrication et d'usinage.

Les gens demandent parfois : « À quelle vitesse pouvez-vous usiner l'aluminium ? La réponse est aussi rapide qu'une machine fonctionnera. Parce que l'aluminium est facile à usiner, il existe une large gamme de vitesses de coupe efficaces. L'aluminium est très tolérant et peut être usiné avec succès en utilisant une large gamme de paramètres de coupe. La nature miséricordieuse de l'aluminium en fait un matériau idéal pour former des étudiants, tester de nouveaux programmes CNC et créer des démonstrations de machines-outils intéressantes lors de salons professionnels.

Défis

Bien que l'usinage de l'aluminium puisse être facile, les caractéristiques qui le rendent simple à usiner peuvent poser des défis, en particulier lorsqu'ils sont présentés avec des quantités de production élevées, des exigences de cycle strictes et des tolérances étroites.

Les alliages laminés et extrudés sont sujets à la déformation pendant le processus d'usinage car les contraintes internes sont perturbées. Il est courant qu'une pièce soit dans les tolérances lorsqu'elle est retenue dans un montage et hors tolérance lorsqu'elle n'est pas retenue. La lutte contre la distorsion peut nécessiter un traitement thermique, des techniques d'usinage modifiées et des opérations de post-usinage. Les grandes pièces à sections minces, telles que les structures aérospatiales, sont les plus problématiques.

En plus d'être ductile, l'aluminium conduit très bien la chaleur et la combinaison réduit la fragilité dans la zone de cisaillement lors de la formation des copeaux. Cela signifie que l'aluminium n'aime pas les processus de meulage traditionnels, par exemple le meulage de surface et le meulage du diamètre extérieur. La création de pièces à tolérances serrées sans meulage peut s'avérer difficile. Lorsque j'étais dans l'industrie aérospatiale, nous appliquions une anodisation dure sur les surfaces en aluminium afin de pouvoir utiliser des meuleuses OD sur des pièces en aluminium.

Le contrôle des copeaux est un autre problème typique des alliages laminés, forgés et extrudés. En bref, former une puce est facile, mais il peut être difficile de casser la puce, ce qui se traduit par de longues puces filandreuses qui s'enroulent autour des outils et des pièces. Les géométries des outils de coupe ont considérablement évolué ces dernières années, mais les faibles profondeurs de coupe et les vitesses de coupe élevées peuvent toujours créer des problèmes de formation continue de copeaux. L'élimination des copeaux filandreux peut nécessiter de modifier les vitesses de coupe, les charges de copeaux et les géométries d'outils. Les copeaux continus sont un obstacle important à l'obtention de temps de cycle optimaux.

Le développement de machines-outils, d'outils de coupe et de techniques d'usinage spécifiques à l'aluminium a progressé rapidement depuis les années 1990, et plusieurs constructeurs de machines-outils ont mis sur le marché des machines expressément conçues pour l'usinage de l'aluminium. Lorsqu'elle est associée à des outils de coupe avancés, la combinaison peut créer d'énormes volumes de copeaux d'aluminium. S'ils ne sont pas retirés d'une zone de travail, de mauvaises choses peuvent se produire. Communément appelée recoupe, les copeaux peuvent être aspirés par un outil de coupe et se retrouver piégés entre l'outil et la pièce, provoquant un mauvais état de surface, la rupture de l'outil et une usure accrue de l'outil. Les fabricants ont utilisé un liquide de refroidissement à haute pression pour projeter les copeaux hors de la zone de coupe et ont appliqué des systèmes d'inondation à grand volume pour évacuer les copeaux de la machine. Le volume de copeaux de ces machines est si important que la conception des machines-outils a dû changer afin que la gravité puisse être utilisée pour aider à évacuer les copeaux. Certains tours verticaux ont été inversés afin que leurs mandrins soient au-dessus des outils de coupe, forçant les copeaux à tomber des pièces.

L'aluminium a également une propension au soudage par copeaux ou à adhérer au bord d'un outil de coupe. Le soudage par copeaux modifie la géométrie de l'outil, ce qui aggrave le problème de soudage et crée une réaction en chaîne qui entraîne généralement une défaillance de l'outil. Une finition de surface floue ou d'apparence fondue est le principal indicateur de soudage par copeaux. Les copeaux d'aluminium bien formés doivent être très brillants et lisses d'un côté et avoir un aspect givré de l'autre. Cela indique que les copeaux glissent librement sur la face de l'outil. Si une puce est floue et blanche des deux côtés, une soudure par copeaux s'est probablement produite. Des vitesses de coupe correctes, un liquide de refroidissement approprié, des outils de coupe correctement préparés et un bon développement de processus sont nécessaires pour lutter contre le soudage par copeaux.

Les pièces automobiles en aluminium sont souvent fabriquées par moulage sous pression et les constructeurs automobiles utilisent d'énormes quantités d'aluminium moulé sous pression. Bien qu'il soit rapide et précis et crée des pièces de forme presque nette, l'usinage est souvent nécessaire pour assurer un montage mécanique correct. Les produits chimiques d'alliage utilisés pour créer des alliages de moulage sous pression rendent les matériaux extrêmement abrasifs et peuvent causer des ravages sur les outils de coupe. L'utilisation d'acier rapide n'est même pas une considération lors de l'usinage de pièces moulées sous pression, et les outils en carbure ne sont généralement utilisés que lorsque cela est nécessaire. L'usinage des alliages moulés sous pression nécessite des outils en diamant polycristallin.

Les outils PCD sont fabriqués en brasant des diamants de qualité industrielle sur des corps en carbure ou en HSS. Ces outils sont ensuite rodés pour créer la géométrie souhaitée. Deux caractéristiques importantes rendent le PCD idéal pour l'usinage de l'aluminium. Le PCD est la substance la plus résistante à l'usure utilisée pour la fabrication d'outils de coupe et est très résistante au soudage par copeaux. L'usinage de pièces automobiles à grand volume dans des cellules autonomes nécessite l'utilisation d'outils PCD.

Comme vous pouvez le deviner, les outils PCD sont très coûteux et presque toujours conçus sur mesure pour une application spécifique. PCD est capable de travailler à des vitesses extrêmement élevées. C'est également le premier choix lors de la finition de pièces à tolérance étroite car l'aluminium ne se soude pas au bord de coupe. Le soudage par copeaux est la principale cause d'un mauvais état de surface et de l'incapacité à respecter des tolérances strictes.

L'aluminium peut présenter des défis, mais les fabricants de machines-outils et d'outils de coupe ont fait des progrès significatifs au cours des deux dernières décennies. Devenir efficace nécessite de comprendre les technologies disponibles et d'équilibrer les coûts avec les quantités de production.

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Pour plus d'informations sur l'usinage de l'aluminium, visionnez une vidéo de présentation surcteplus.delivr.com/27bpa

Substance utilisée pour le meulage, le rodage, le rodage, la superfinition et le polissage. Les exemples incluent le grenat, l'émeri, le corindon, le carbure de silicium, le nitrure de bore cubique et le diamant dans différentes tailles de grain.

Substances ayant des propriétés métalliques et composées de deux ou plusieurs éléments chimiques dont au moins un est un métal.

Aluminium contenant des quantités spécifiées d'éléments d'alliage ajoutés pour obtenir les propriétés mécaniques et physiques nécessaires. Les alliages d'aluminium sont divisés en deux catégories : les compositions corroyées et les compositions coulées. Certaines compositions peuvent contenir jusqu'à 10 éléments d'alliage, mais seulement un ou deux sont les principaux éléments d'alliage, comme le cuivre, le manganèse, le silicium, le magnésium, le zinc ou l'étain.

Contrôleur à microprocesseur dédié à une machine-outil permettant la création ou la modification de pièces. La commande numérique programmée active les servos et les entraînements de broche de la machine et contrôle les différentes opérations d'usinage. Voir DNC, commande numérique directe ; CN, commande numérique.

Fluide qui réduit l'accumulation de température à l'interface outil/pièce pendant l'usinage. Prend normalement la forme d'un liquide tel que des mélanges solubles ou chimiques (semi-synthétiques, synthétiques) mais peut être de l'air sous pression ou un autre gaz. En raison de la capacité de l'eau à absorber de grandes quantités de chaleur, elle est largement utilisée comme liquide de refroidissement et véhicule pour divers composés de coupe, le rapport eau-composé variant selon la tâche d'usinage. Voir liquide de coupe ; fluide de coupe semi-synthétique; fluide de coupe à base d'huile soluble; liquide de coupe synthétique.

Processus de coulée dans lequel le métal fondu est forcé sous haute pression dans la cavité d'un moule métallique.

Dispositif, souvent fabriqué en interne, qui maintient une pièce spécifique. Voir gabarit; montage modulaire.

Opération d'usinage dans laquelle la matière est enlevée de la pièce par une meule abrasive motorisée, une pierre, une bande, une pâte, une feuille, un composé, une boue, etc. Prend diverses formes : meulage de surface (crée des surfaces planes et/ou carrées) ; meulage cylindrique (pour les formes cylindriques et coniques externes, les filets, les contre-dépouilles, etc.); meulage sans centre; chanfreinage; meulage de filets et de formes; meulage d'outils et de fraises; broyage désinvolte; rodage et polissage (meulage avec des grains extrêmement fins pour créer des surfaces ultra lisses); honing; et meulage de disque.

Disponibles en deux grands types : les aciers rapides au tungstène (désignés par la lettre T ayant le tungstène comme élément d'alliage principal) et les aciers rapides au molybdène (désignés par la lettre M ayant le molybdène comme élément d'alliage principal). Les aciers rapides de type T contenant du cobalt ont une résistance à l'usure plus élevée et une plus grande dureté rouge (à chaud), résistant à des températures de coupe allant jusqu'à 1 100 º F (590 º C). Les aciers de type T sont utilisés pour fabriquer des outils de coupe des métaux (fraises, forets, alésoirs et tarauds), des outils pour le travail du bois, divers types de poinçons et matrices, des roulements à billes et à rouleaux. Les aciers de type M sont utilisés pour les outils de coupe et divers types de matrices.

Dimension qui définit le diamètre extérieur d'une pièce cylindrique ou ronde. Voir ID, diamètre intérieur.

Dimension qui définit le diamètre extérieur d'une pièce cylindrique ou ronde. Voir ID, diamètre intérieur.

Matériau d'outil de coupe constitué de cristaux de diamant naturel ou synthétique liés ensemble sous haute pression à des températures élevées. Le PCD est disponible sous forme de pointe brasée sur un support d'insert en carbure. Utilisé pour l'usinage d'alliages non ferreux et de matériaux non métalliques à des vitesses de coupe élevées.

Matériau d'outil de coupe constitué de cristaux de diamant naturel ou synthétique liés ensemble sous haute pression à des températures élevées. Le PCD est disponible sous forme de pointe brasée sur un support d'insert en carbure. Utilisé pour l'usinage d'alliages non ferreux et de matériaux non métalliques à des vitesses de coupe élevées.

Usinage d'une surface plane, inclinée ou profilée en faisant passer une pièce sous une meule dans un plan parallèle à l'axe de la meule. Voir meulage.

Montant minimum et maximum qu'une dimension de la pièce est autorisée à varier par rapport à une norme établie tout en restant acceptable.

Christopher Tate est responsable de l'ingénierie de fabrication chez Unified Brands Inc. à Vicksburg, Mississippi.