Dans la fabrication moderne, la capacité d'un tour CNC à travailler avec une grande variété de matériaux démontre clairement son utilité. Que vous produisiez des pièces automobiles, des moteurs pour véhicules électriques ou des composants complexes dans divers secteurs, connaître les matériaux que peut traiter un tour CNC permet d'optimiser la planification de production et d'éviter des erreurs coûteuses. La gamme de matériaux utilisables est plus étendue qu'on ne le pense généralement, allant des métaux courants et alliages spéciaux aux matériaux non métalliques. Pour mieux comprendre les types de matériaux adaptés aux tours CNC, examinons les matériaux les plus courants et la manière de les travailler pour obtenir des résultats optimaux.
Les métaux sont les matériaux les plus utilisés pour les machines de tour CNC en raison de leur résistance et de leur polyvalence. Les métaux les plus couramment usinés sont l'acier, l'aluminium et le cuivre, chacun étant adapté à des travaux spécifiques en raison des caractéristiques propres à chacun.
L'acier est réputé pour sa durabilité. Parmi les différents types d'acier, tels que l'acier au carbone et l'acier allié, l'acier au carbone est le plus utilisé. Il est robuste et peu coûteux, ce qui en fait un matériau idéal pour des composants courants comme les engrenages, les arbres et même les tambours de frein des véhicules commerciaux. Les machines de tour CNC fonctionnent parfaitement sur l'acier au carbone, permettant d'obtenir des formes creuses dont les dimensions sont très proches de la tolérance de 0,01 mm. D'autres formes d'aciers alliés, contenant des éléments tels que le chrome ou le nickel, sont plus résistants. Ils sont destinés à des composants soumis à des pressions et à des contraintes extrêmes, comme les pièces hydrauliques. Les machines de tour CNC n'usinent pas l'acier allié de manière aléatoire ; elles choisissent le type d'outil approprié en fonction du type d'acier afin de garantir qu'il ne soit pas endommagé.
Les machines de tour CNC fonctionnent également très bien avec l'aluminium, en particulier pour les applications dans le secteur des nouvelles énergies. Les propriétés légères de l'aluminium en font un matériau idéal pour les carter de moteurs et d'autres composants destinés aux véhicules électriques. Cela est essentiel pour l'efficacité énergétique, permettant d'augmenter l'autonomie des véhicules. L'aluminium est également généralement plus doux que la plupart des alliages non ferreux, ce qui autorise des vitesses de broche plus élevées et donc des temps de cycle plus courts. Par exemple, la machine de tour CNC utilisée pour fabriquer les carter de moteurs en aluminium peut former le boîtier extérieur et percer les trous nécessaires en même temps, éliminant ainsi la nécessité d'opérations secondaires. Voilà pourquoi les fabricants conservent des machines de tour CNC pour la production de composants en aluminium.
Tout comme l'usinage CNC, les tours CNC fonctionnent bien avec le cuivre et les alliages de cuivre (laiton et bronze). Cela est particulièrement pratique pour les connecteurs électriques et thermiques, ainsi que pour les échangeurs de chaleur en cuivre. Des pièces décoratives et certains types de vannes peuvent être fabriqués en laiton, un alliage de cuivre et de zinc. Sa bonne finition de surface constitue un avantage supplémentaire. Le fait que ces composants soient malléables est également un atout, car ils peuvent supporter le processus de coupe sans se fissurer. Par ailleurs, la précision du tour CNC revêt une grande importance, car les composants en cuivre doivent respecter des tolérances strictes par rapport aux autres pièces du système électrique.
En plus des métaux, les tours CNC peuvent usiner divers matériaux non métalliques. Ceci est précieux pour les industries qui misent sur des composants non métalliques, plus légers et plus résistants à la corrosion. Les principaux matériaux non métalliques sont les plastiques, le bois et le graphite.
Parmi les nombreux matériaux non métalliques utiles, les plastiques sont largement utilisés car ils sont légers, peu coûteux et disponibles en différents types. Certains des plastiques pouvant être usinés sur des tours CNC sont l'ABS, le PP et le nylon. L'ABS est utilisé pour des composants tels que des engrenages en plastique et des boîtiers de petits appareils en raison de sa résistance et de sa ténacité aux chocs. Le PP est utilisé pour des tuyaux et des récipients flexibles et résistants aux produits chimiques. Les tours CNC doivent faire preuve de plus de prudence quant à la vitesse lorsqu'ils travaillent avec des plastiques. En effet, la chaleur générée par une coupe rapide peut fondre ou déformer le plastique. Toutefois, avec les bons paramètres, les tours CNC peuvent produire des pièces en plastique précises et lisses qui répondent aux spécifications de conception souhaitées. Par exemple, les tours CNC sont utilisés pour fabriquer des raccords en plastique destinés à des équipements d'énergie nouvelle afin d'assurer une étanchéité parfaite.
Vous pourriez penser que le bois est un matériau étrange pour un tour CNC, mais il est idéal pour fabriquer des pièces personnalisées ou ornementales. Le chêne et l'érable comptent parmi les meilleurs types de bois durs car ils sont stables et lisses. Les tours CNC peuvent produire des pièces en bois telles que des poignées d'outils sur mesure, des rampes d'escalier ou même des pieds de table en bois. Les tours CNC sont très précis, ce qui garantit une uniformité des pièces, essentielle pour la production de masse. Contrairement au tournage manuel, un tour CNC peut produire des pièces en bois identiques plus rapidement, car il ne se fatigue pas.
Le graphite est bien travaillé sur les machines de tour CNC, en particulier dans l'industrie photovoltaïque (énergie solaire). Le graphite de qualité photovoltaïque est utilisé pour fabriquer des tubes de guidage dont les parois intérieures doivent être lisses afin de contrôler la fusion du silicium et maintenir le champ thermique. Ces tubes ont un diamètre de 300 à 500 mm et une longueur de 400 à 600 mm — des dimensions que les machines de tour CNC peuvent traiter facilement. Elles sont conçues pour effectuer des coupes lentes et régulières afin d'éviter que le graphite fragile ne se brise, ce qui permet d'obtenir un tube présentant exactement la douceur requise pour les équipements solaires. Par conséquent, la plupart des fabricants du secteur photovoltaïque utilisent des machines de tour CNC pour les composants en graphite.
Pour la fabrication de haut niveau et l'aérospatiale, où la norme industrielle est encore considérée comme conventionnelle, les matériaux requis sont plus spécialisés. Cela s'explique par le fait que ces industries doivent utiliser des matériaux de qualité capables de résister à des conditions extrêmes. Bien qu'une configuration plus soigneuse soit nécessaire, les machines avancées de tour CNC sont tout à fait capables de travailler ces matériaux particulièrement résistants.
Les alliages de titane sont très résistants, légers et résistants à la corrosion. Cela les rend idéaux pour les pièces aérospatiales telles que les fixations d'avion et les composants moteur. Le seul inconvénient du titane est qu'il est très dur et que sa découpe peut s'avérer difficile. Pour les pièces aérospatiales en titane, les tours CNC doivent être équipés d'outils de coupe en carbure spécifiques et fonctionner à des vitesses plus lentes afin d'éviter toute surchauffe de l'outil ou du titane. Même avec ces ajustements, le tour CNC peut produire des pièces précises répondant aux exigences rigoureuses du secteur aérospatial. Un exemple en est la fabrication de boulons en titane pour aéronefs. Le tour CNC atteint une tolérance de 0,005 mm, nécessaire pour ces boulons.
Outre ceux mentionnés, les machines de tour CNC sont également utilisées pour le traitement sur mesure d'alliages réfractaires tels que l'Inconel, le Hastelloy ou d'autres alliages spéciaux possédant tous d'excellentes propriétés de résistance à haute température dépassant 1000 °C. Ces alliages sont utilisés dans la fabrication de composants pour moteurs d'avion ou centrales électriques. La principale difficulté dans le traitement de ces alliages réside dans leur grande dureté, la chaleur excessive générée pendant l'usinage et l'émoussement rapide des outils de coupe. La machine de tour CNC est équipée d'échangeurs thermiques et utilise des outils en matériaux ultra-durs tels que le nitrure de bore cubique (CBN). Certains opérateurs de machines de tour CNC proposent des systèmes de tour CNC conçus sur mesure pour l'usinage de ces alliages. Cette conception personnalisée concerne tous les composants du système afin d'assurer un usinage fluide des alliages. Ce type d'ingénierie sur mesure permet aux fabricants d'usiner les alliages réfractaires sans compromettre la qualité de l'usinage.
Comprendre les matériaux pouvant être usinés sur un tour CNC représente la moitié du travail. Vous devez également régler les bons paramètres et choisir les outils de coupe appropriés en fonction du matériau sélectionné. Certaines mesures concrètes peuvent permettre d'obtenir les résultats souhaités.
L'outil de coupe choisi doit correspondre au matériau à usiner. Pour les outils en carbure (robustes et adaptés à l'usinage de la plupart des métaux, notamment l'acier et l'aluminium, ainsi que d'autres alliages), ils fonctionnent efficacement sur les métaux. Pour l'usinage des non-métaux (comme le plastique et le bois), utilisez des outils en acier rapide (HSS), plus tranchants et moins susceptibles d'endommager le matériau. Pour les alliages difficiles (comme le titane), privilégiez les outils en nitrure de bore cubique (CBN) ou revêtus de diamant, capables de couper tout en résistant à l'abrasion. Le choix d'un mauvais outil peut endommager la pièce et détériorer progressivement le tour CNC.
Enfin, les paramètres de vitesse et d'avance du CNC doivent également être adaptés au matériau usiné. La vitesse d'avance du tour CNC fait référence à la vitesse et à la force avec lesquelles l'outil est appliqué sur le matériau pendant le découpage, tandis que la vitesse indique également la fréquence à laquelle le matériau tourne. Des vitesses de coupe plus faibles conviennent uniquement aux métaux plus doux comme l'aluminium, alors que des vitesses plus élevées sont plus efficaces (finition lisse) et productives (usinage plus rapide). En revanche, des vitesses plus élevées sont nécessaires pour les métaux plus durs comme le titane. Pour l'aluminium, la vitesse du tour CNC est de 2000 tr/min, et pour le titane, elle est de 500 tr/min.
La prochaine étape consiste à préparer les matériaux avant utilisation. Pour les métaux comme l'acier et le cuivre, cela inclut le nettoyage de la saleté, de la rouille et d'autres impuretés. Les impuretés peuvent endommager les outils des machines de tour CNC et provoquer des irrégularités lors du découpage. Pour les matériaux non métalliques comme le graphite, la machine fonctionne mieux lorsque le matériau est déjà découpé à la bonne dimension. Cela minimise le temps de découpe et augmente l'efficacité. Un traitement thermique peut être nécessaire pour certains matériaux, comme l'acier allié, afin de faciliter l'usinage. Ces étapes permettent de garantir que le tour CNC fonctionne efficacement et produit des composants de qualité.
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