Comment choisir le bon matériau d'usinage ?

L'usinage CNC utilise une grande variété de matériaux métalliques et plastiques. Bien qu'il soit agréable de disposer de nombreuses options de matériaux différents, essayer de déterminer lequel est le meilleur pour votre pièce unique ou votre prototype peut être un peu décourageant.

Dans l'article d'aujourd'hui, nous examinons de plus près les matériaux CNC les plus courants, leurs propriétés de base et les utilisations les plus courantes de ces matériaux dans l'usinage CNC.

Première étape

Déterminez vos exigences en matière de matériaux. Parmi les types d'exigences les plus courants, citons la thermique, la finition de surface, la mécanique et le coût. Il est également très important que vous teniez compte de l'environnement dans lequel votre pièce fonctionnera, ainsi que de toutes les autres pièces avec lesquelles elle devra travailler.

Deuxième étape

Dressez une courte liste des matériaux les plus souhaitables pour votre pièce ou votre prototype. Vous pouvez dresser cette liste en identifiant les matériaux qui répondent à la plupart, sinon à la totalité, des exigences de l'étape 1.

Troisième étape

Il est temps de décider quel matériau d'usinage convient le mieux à votre application. Dans certains cas, vous devrez peut-être renoncer à une ou plusieurs de vos préférences afin de choisir le matériau qui convient le mieux d'un point de vue global.

Lorsque l'on aborde le processus de sélection des matériaux d'usinage, il convient de garder à l'esprit certaines directives de base. Les pièces nécessitant plus de dureté, de solidité et de résistance thermique utilisent des métaux. Les plastiques, quant à eux, sont plus légers et présentent de nombreuses variations en termes de propriétés physiques. Le plus souvent, les matériaux plastiques d'usinage sont préférés pour l'isolation électrique et la résistance chimique.

L'aluminium 6061 est de loin le matériau d'usinage d'usinage le plus couramment utilisé, et son coût est abordable par rapport aux autres métaux. Du point de vue des plastiques, le POM (Delrin) est le plus abordable et offre une grande usinabilité. Pour les ingénieurs qui accordent une grande importance à la dureté, à la solidité et à la résistance à la température, les alliages métalliques peuvent être votre meilleure option.

Alliages d'aluminium

Les alliages d'aluminium présentent une grande usinabilité et sont très abordables par rapport aux autres métaux. Pour ces raisons, les alliages d'aluminium sont parfaits pour le prototypage et la production de pièces. Il est également utile de noter que les alliages d'aluminium ont un niveau élevé de conductivité électrique et thermique. Les alliages d'aluminium ont un rapport résistance/poids souhaitable et offrent également une résistance à la corrosion. Bien que les alliages d'aluminium soient plus faibles et pas aussi durs que l'acier, l'anodisation peut être appliquée pour donner à l'aluminium une couche de surface dure.

Voici quelques alliages d'aluminium pour le matériel d'usinage :

• L'aluminium 6061 est un alliage d'aluminium polyvalent qui offre une grande usinabilité et un rapport résistance/poids souhaitable.
• L'aluminium 6082 est assez similaire à l'aluminium 6061. La principale différence est qu'il est davantage utilisé en Europe car il répond aux normes britanniques.
• L'aluminium 7075 est un excellent matériau d'usinage pour les pièces aérospatiales qui doivent être légères. De plus, il peut être traité thermiquement pour augmenter sa dureté et sa résistance.
• L'aluminium 5083 est plus solide que la plupart des autres alliages d'aluminium et offre également une résistance à l'eau salée. Utilisez l'aluminium 5083 pour les pièces destinées à la marine, au soudage et à la construction.

Acier inoxydable

Les alliages d'acier inoxydable - en fonction de leur composition spécifique - peuvent être magnétiques ou non magnétiques. Ces alliages offrent des degrés élevés de ductilité, de solidité et de résistance à la corrosion. En outre, les alliages d'acier inoxydable sont très faciles à usiner. Ils peuvent également être soudés et polis.

Voici quelques alliages d'acier inoxydable pour le matériel d'usinage :

• L'acier inoxydable 304 est l'alliage d'acier inoxydable le plus couramment utilisé dans l'usinage d'usinage. Il offre une bonne usinabilité et est également résistant à la corrosion. De plus, il offre d'excellentes propriétés mécaniques.
• L'acier inoxydable 316 a des propriétés mécaniques similaires à celles de l'acier inoxydable 304. Toutefois, il offre une meilleure résistance à la corrosion que l'acier 304, notamment dans les applications marines en raison de la présence d'eau salée.
• L'acier inoxydable Duplex 2205 offre la plus grande résistance de tous les alliages d'acier inoxydable. En raison de sa résistance élevée, il peut être utilisé dans des applications impliquant des niveaux élevés de tension et de force. En plus de sa résistance supérieure, le Duplex 2205 offre également une forte résistance à la corrosion.
• L'acier inoxydable 303 n'offre pas une aussi grande résistance à la corrosion que le 304, mais il reste très solide. Il offre également une grande usinabilité et est couramment utilisé pour la production en grande série.
• L'acier inoxydable 17-4 (SAE grade 630) présente des propriétés mécaniques similaires à celles de l'acier 304. Un fait intéressant à propos du 17-4 est qu'il peut être durci par précipitation de sorte qu'il est similaire aux aciers à outils. Le 17-4 offre également une grande résistance chimique, ce qui le rend idéal pour les pièces à haute performance.

Acier doux

Les aciers à faible teneur en carbone - communément appelés "aciers doux" - offrent une excellente usinabilité, ainsi que de bonnes propriétés mécaniques et de soudabilité. Les aciers doux sont également très abordables. Toutefois, il est important de comprendre que les aciers doux sont vulnérables aux dommages causés par les produits chimiques et la corrosion.

Voici quelques aciers doux pour le matériel d'usinage :

• L'acier doux 1018 est un alliage qui offre des quantités élevées de dureté, de durabilité et de résistance. Le 1018 est également très facile à usiner et à souder. Pour ces raisons, l'acier 1018 est l'alliage d'acier doux le plus fréquemment utilisé dans l'usinage CNC.
• L'acier doux 1045 est considéré comme un acier à teneur moyenne en carbone. Le 1045 est solide et résistant aux chocs. Il offre également une bonne usinabilité et soudabilité.
• L'acier doux A36 est utilisé pour les applications de construction en raison de ses propriétés structurelles et de sa soudabilité.

Acier allié

Les aciers alliés se distinguent par le fait qu'ils contiennent plus d'éléments d'alliage que le carbone. Ces éléments supplémentaires augmentent la durabilité et la dureté de l'alliage. Il est également important de savoir que les aciers alliés ne sont pas résistants aux produits chimiques ou à la corrosion.

Voici quelques aciers alliés qui sont utilisés comme matériau d'usinage :

• L'acier allié 4140 offre de solides propriétés mécaniques, comme en témoignent sa durabilité et sa résistance. Le 4140 est utile pour une grande variété d'applications, à l'exception de celles qui nécessitent un soudage.
• L'acier allié 4340, quant à lui, peut être soudé. En outre, il peut être traité thermiquement, ce qui le rend encore plus dur et plus résistant, tout en restant durable. Cet alliage est soudable.

Acier à outils

Les aciers à outils font partie des alliages métalliques les plus résistants disponibles pour l'usinage CNC. Ces aciers offrent une dureté supérieure, ainsi qu'une résistance thermique et à l'abrasion. Plus précisément, comme leur nom l'indique, les aciers à outils sont utilisés pour l'usinage CNC d'outils de fabrication tels que les moules, les matrices et les étampes. Pour devenir durs et durables, les aciers à outils doivent être traités thermiquement.

Voici quelques aciers à outils pour l'usinage CNC :

• L'acier à outils D2 peut maintenir sa dureté jusqu'à 425°C. D2 est souvent utilisé pour les matrices d'usinage CNC et les outils de coupe.
• L'acier à outils A2 est souvent utilisé pour l'usinage CNC des matrices de moulage par injection. A2 offre une ténacité et une stabilité dimensionnelle à haute température grâce à la trempe à l'air.
• L'acier à outils O1 est fréquemment utilisé pour l'usinage CNC des couteaux et des outils de coupe en raison de sa dureté (65 HRC), obtenue par trempe à l'huile.

Laiton

Le laiton est un alliage qui offre une grande conductivité électrique. Le laiton est une option potentielle de matériau d'usinage pour les applications qui doivent être lisses et présenter un faible niveau de friction. Le laiton C36000 est un alliage spécifique offrant une grande résistance à la traction et il est également très facile à usiner, ce qui en fait un candidat pour la production en grande série.

ABS

L'ABS est un matériau thermoplastique fréquemment usiné par CNC, car il présente une grande solidité, une résistance élevée à la chaleur et une bonne usinabilité. L'ABS est également léger, ce qui peut être utile pour les applications sensibles au poids. Une autre utilisation courante du matériau ABS est l'usinage CNC de prototypes avant la production par moulage par injection.

Nylon

Le polyamide - communément appelé nylon - est un thermoplastique doté d'une bonne résistance, d'excellentes propriétés mécaniques et d'une grande résistance à l'abrasion et aux produits chimiques. Un aspect notable du nylon est qu'il peut absorber l'eau. Le nylon fréquemment utilisé dans l'usinage CNC est le nylon 6 et le nylon 66.

Polycarbonate

Le polycarbonate est un thermoplastique très durable qui offre une bonne usinabilité. Il se distingue par une résistance aux chocs supérieure à celle de l'ABS.

POM (Delrin)

Le POM - également appelé par son nom commercial Delrin - offre la meilleure usinabilité de tous les thermoplastiques. Pour cette raison, le POM est une excellente option pour les pièces d'usinage CNC de précision. Le POM est très rigide et offre une grande stabilité dimensionnelle à des températures élevées. Le POM présente également une faible friction et une faible absorption d'eau.

PTFE (Téflon)

Le PTFE - communément appelé Téflon - possède le plus faible coefficient de friction de tous les solides connus. Il peut également fonctionner à des températures supérieures à 200°C et est un excellent isolant électrique.

HDPE

HDPE signifie polyéthylène haute densité. Le PEHD offre une bonne résistance à l'eau et un rapport résistance/poids élevé. En tant que thermoplastique léger, le PEHD est idéal pour la tuyauterie. En outre, comme l'ABS, le PEHD est fréquemment utilisé pour créer des prototypes avant la production par moulage par injection.

PEEK

Le PEEK est un thermoplastique qui offre une stabilité thermique étonnante à différentes températures. Il est également résistant à la plupart des produits chimiques. Doté d'excellentes propriétés mécaniques, le matériau PEEK peut remplacer le métal dans certaines applications de pièces en raison de son rapport résistance/poids élevé.