L'état de surface et la rugosité dans l'usinage - Guide ultime (avec diagramme)

Finitions de surface définit l'aspect final des pièces après l'usinage. Outre l'aspect, il influence également la solidité de la pièce, sa résistance à l'usure et sa fonctionnalité.

Qu'est-ce que l'état de surface et la rugosité en détail ? Quels sont les facteurs qui influencent l'état de surface ? Comment mesurer la rugosité de la surface ? Poursuivez votre lecture, nous vous fournirons des réponses et d'autres informations importantes sur les sujets suivants finitions de surface et la rugosité.

Qu'est-ce que l'état de surface et la rugosité dans l'usinage ?

La finition de surface consiste à modifier la surface d'une pièce afin d'en améliorer l'apparence, l'esthétique et la fonctionnalité. Le processus consiste à enlever ou à ajouter des matériaux à la surface de la pièce usinée. Plusieurs facteurs influencent le type de finition de surface idéal pour une pièce, notamment l'outil utilisé pour l'usinage, les paramètres d'usinage et le matériau usiné.

Un autre facteur déterminant le type d'état de surface et de rugosité utilisé sur une pièce est l'endroit où elle sera utilisée. Par exemple, les pièces qui forment un joint, qui se déplacent l'une contre l'autre ou qui doivent s'ajuster étroitement l'une à l'autre font souvent l'objet de considérations particulières en matière de finition de surface. La machine est également un facteur déterminant, l'usinage CNC à 5 axes produisant de meilleures finitions que ses homologues.

3 éléments composent l'état de surface

Le terme d'état de surface est parfois ambigu, car il englobe différents éléments. Les éléments qui composent l'état de surface sont les suivants

Laïcité

La couche définit le motif dominant et son orientation sur la surface d'une pièce. Il est généralement créé au cours du processus de fabrication. En outre, le motif peut être isotrope (non directionnel), circulaire, hachuré, radial ou parallèle.

Ondulation

L'ondulation définit les variations périodiques de l'état de surface et de la rugosité d'une pièce. Cet élément résulte souvent usinage en contre-dépouille les défauts causés par le broutage ou la déflexion et le gauchissement dû à la chaleur et au froid. Ces défauts de surface périodiques sont suffisamment petits, brefs et réguliers, ce qui les différencie des défauts de surface.

Un profil d'ondulation est créé sur la base des mesures effectuées sur une longueur d'évaluation. Le profil d'ondulation ne comprend aucune irrégularité de surface résultant de variations de forme, de planéité ou de rugosité. L'espacement crête à crête des vagues est appelé espacement d'ondulation (Wsm), tandis que les paramètres d'ondulation moyens ou totaux déterminent la hauteur des vagues.

Rugosité

Également connu sous le nom de rugosité de surface, ce terme fait référence aux imperfections de la géométrie de la surface. Étant donné que l'état de surface et la rugosité sont les caractéristiques de l'état de surface les plus fréquemment décrites, mesurées et calculées, de nombreuses personnes utilisent le terme "état de surface" pour désigner la rugosité.

Types courants de finitions de surface

Finition de la surface est l'un des aspects les plus importants de la Usinage CNC car elle améliore l'apparence et influe sur la fonctionnalité. Il existe plusieurs types de finitions de surface, mais les plus courants sont les suivants :

1. Tel qu'usiné

Les pièces telles qu'elles ont été usinées sortent tout juste de la chaîne de production et présentent de légères marques d'outils, une abrasion de surface moyenne et une texture particulière ou un aspect achevé. Selon le cas d'utilisation, la rugosité de surface moyenne d'un composant (Ra) est la différence entre sa rugosité de surface réelle et sa rugosité de surface d'usinage idéale.

Laisser la surface d'une pièce usinée par CNC "telle qu'elle est usinée" est très avantageux, en particulier lorsqu'il s'agit d'obtenir une tolérance dimensionnelle stricte et une cohérence entre plusieurs unités.

En revanche, les pièces ou les produits présentant cette finition et cette rugosité de surface usinée CNC présentent souvent des marques d'outils visibles sur leur surface. Ils sont souvent exposés aux agressions extérieures en raison de l'absence de revêtement protecteur.

2. Sablage de perles

Le microbillage est une méthode de finition de surface et de rugosité qui utilise un pistolet à air comprimé pour projeter de minuscules billes de verre sur les pièces. Cette procédure améliore principalement l'esthétique en produisant une finition mate, satinée ou légèrement texturée. Il s'agit d'un type de finition primaire qui modifie mécaniquement la surface pour changer ou effacer les marques d'usinage en éliminant la matière supplémentaire, laissant une surface lisse dans son sillage.

La finition uniforme et texturée du microbillage est un avantage. Cette finition et cette rugosité de la surface usinée ont peu d'impact sur les tolérances, mais elles peuvent affecter les dimensions critiques de la surface, c'est pourquoi il est préférable de ne pas couvrir les caractéristiques clés de la surface.

3. Revêtement par poudre

Le poudrage est la méthode qui consiste à appliquer de la poudre par électricité statique sur la surface des composants. La principale différence entre le revêtement par poudre et la peinture par pulvérisation est l'utilisation d'une poudre sèche plutôt que d'un liquide. La poudre utilisée est uniformément adsorbée sur la surface des pièces usinées avant d'être cuite dans le four.

On obtient ainsi un revêtement robuste, résistant à l'usure et à la corrosion, qui dure plus longtemps que les techniques conventionnelles de revêtement par pulvérisation. Les revêtements en poudre sont durables et très respectueux de l'environnement. Ils confèrent à la surface une finition et une rugosité uniformes et sans égouttement, améliorant ainsi sa résistance mécanique, sa résistance à la corrosion et sa résistance au vieillissement.

4. Surface d'anodisation

Anodisation est une finition de surface métallique qui consiste à épaissir la couche d'oxyde naturel d'une pièce usinée par CNC. Outre l'épaississement, ce processus rend le matériau plus durable, plus dense et non conducteur d'électricité.

La première étape du processus consiste à immerger le composant qui fait office d'anode dans un bain d'électrolyte acide. L'étape suivante consiste à placer une cathode dans le réservoir qui contient le bain d'électrolyte et à introduire de l'électricité. Avec l'introduction des électrolytes, la combinaison des atomes de l'alliage et des ions d'oxygène de l'électrolyte recouvre l'état de surface et la rugosité des pièces. La résistance à l'usure des pièces s'en trouve améliorée.

5. Surface de polissage

Trois principaux types de polissage sont utilisés pour l'état de surface des pièces usinées : le polissage conventionnel, le polissage au feu et le polissage à la vapeur.

Le polissage conventionnel consiste à lisser une surface à l'aide d'un abrasif. Il améliore grandement la durabilité des pièces, bien qu'il y ait un risque d'écaillage ou de fissuration lors de l'utilisation de cette finition de surface.

Le polissage au feu consiste à faire fondre la couche superficielle d'une pièce à l'aide d'une flamme nue, à une température et sous un angle spécifiques. Le polissage au feu facilite la réduction des crêtes et des bosses formées lors de l'usinage.

Le polissage à la vapeur est idéal pour la finition et la rugosité des surfaces plastiques usinées, car il permet de clarifier les plastiques opaques et ternes. Le résultat final du polissage à la vapeur est souvent une surface brillante et lisse. Il est préférable de poncer les pièces usinées présentant des imperfections extrêmes avant d'appliquer le polissage à la vapeur.

Il est important de noter que le polissage requiert généralement une certaine habileté pour ne pas endommager le produit, il est donc préférable de confier cette tâche à des professionnels qualifiés.

Facteurs affectant l'état de surface

La finition de surface n'est généralement pas simple, car certains facteurs affectent le résultat de la pièce finie. Ces facteurs sont les suivants

Matériau usiné

L'état de surface et la rugosité possibles d'un matériau dépendent principalement du type de matériau usiné. Les matériaux durs, comme les métaux, sont lisses ; en revanche, l'état de surface des matériaux plus tendres, comme les matières plastiques, est plus rugueux.

Avance et outil de coupe

Alors que le dispositif CNC maintient la pièce en place, la vitesse d'avance a un impact sur l'état de surface de l'usinage CNC, car elle augmente le nombre de passages de l'outil sur le matériau. En d'autres termes, lorsque la vitesse d'avance est élevée, l'état de surface est souvent plus rugueux, tandis qu'une vitesse d'avance plus faible permet d'obtenir un état de surface plus lisse.

En outre, l'usinage CNC de pièces avec des arêtes émoussées Découpe CNC produisent souvent un état de surface et une rugosité médiocres par rapport à la coupe avec un outil plus affûté.

Profondeur de coupe

La profondeur de coupe a une incidence sur l'état de surface de la pièce. Une faible profondeur de coupe permet d'obtenir un état de surface uniforme ou plus lisse, tandis qu'une grande profondeur de coupe peut entraîner un état de surface plus irrégulier.

Tableau des finitions de surface Symboles, unités, symboles et normes

Lorsque vous lisez ou préparez des dessins techniques, vous pouvez rencontrer de nombreux graphiques, symboles et repères d'état de surface. Ils représentent l'aspect d'une surface après son usinage.

Unités de surface

Sans une connaissance approfondie de ces unités, il peut être difficile de mesurer l'état de surface et la rugosité. Ces unités sont les suivantes

Rz

Rz calcule la différence moyenne entre les cinq plus grands pics et vallées. Cinq durées d'échantillonnage différentes sont utilisées pour cette mesure afin d'éliminer toute inexactitude potentielle.

Ra

Ra est un indicateur de l'état de surface et de la rugosité générale. C'est un nombre sans unité qui exprime la hauteur moyenne des pics et des vallées sur une certaine longueur d'imperfections de surface.

RMS

La rugosité moyenne d'une surface est mesurée à l'aide d'une surface appelée surface RMS (roughness average magnitude). L'amplitude de la rugosité RMS de la surface est prise comme un nombre absolu pour construire cette surface.

Rmax

Les anomalies telles que les bavures et les éraflures que Ra seul ne peut pas voir sont plus perceptibles pour Rmax.

Rugosité du profil (PE)

Mesurée en termes de profondeur de la vallée la plus profonde ou de hauteur du sommet le plus élevé, la rugosité du profil mesure la taille et la distribution des imperfections présentes à la surface des pièces.

Tolérances de profil (PT)

Les écarts autorisés par rapport à un profil nominal sont appelés tolérances de profil. Elles sont essentielles pour garantir que les pièces s'assemblent correctement et fonctionnent comme prévu.

Lissage du profil (PS)

La largeur de la zone la plus plate de l'état de surface et de la rugosité ou l'épaisseur de sa zone la plus fine sont les unités de mesure conventionnelles de la douceur du profil.

Symboles d'état de surface

Ces symboles d'état de surface représentent l'aspect d'une surface après son usinage. Chacun de ces symboles a une signification particulière et peut être utilisé pour exprimer diverses caractéristiques d'un état de surface. Il s'agit notamment des symboles suivants

• Symbole graphique de base pour la texture de la surface
• Le symbole graphique élargi indiquant l'enlèvement du matériau requis
• Symbole graphique élargi indiquant l'élimination de matériaux non autorisés
• Symbole graphique de la texture de la surface

Graphique de rugosité de surface

Le tableau d'état de surface de l'usinage fournit des instructions importantes pour mesurer les caractéristiques standard de l'état de surface et de la rugosité. Les fabricants s'y réfèrent systématiquement pour garantir la qualité des produits au cours du processus de fabrication.

Tableau de conversion des états de surface

Le tableau de conversion de l'état de surface et de la rugosité compare les différentes échelles de rugosité utilisées au cours du processus de fabrication.

Symboles d'appel de surface

• a : Exigences relatives à la texture d'une seule surface
• a & b : Deux exigences ou plus en matière de texture de surface
• c : Méthode de fabrication
• d : Disposition et orientation de la surface
• e : Surépaisseur d'usinage

Comment mesurer la rugosité de surface ?

La rugosité de surface (Ra) définit le degré de douceur du profil d'une surface. Il existe plusieurs systèmes de mesure de la rugosité de surface.

Méthodes de mesure directe

Cette méthode utilise un stylet pour mesurer l'état de surface et la rugosité d'une surface. Le processus consiste à faire passer le stylet à un angle perpendiculaire à la surface du matériau, puis à déterminer les paramètres de rugosité à l'aide d'un profil enregistré.

Méthodes sans contact

Pour cette méthode, le machiniste utilise la lumière ou le son pour mesurer la rugosité de la surface. Cette méthode implique souvent l'utilisation d'instruments lumineux ou sonores tels que la lumière confocale et la lumière blanche pour envoyer une impulsion ultrasonique sur la surface de la pièce. L'instrument doté de capteurs capte les réflexions causées par la surface irrégulière pour les mesurer.

Méthodes de comparaison

La méthode de comparaison utilise des échantillons dont les paramètres de rugosité sont connus. Le processus est ici assez simple, bien qu'il nécessite beaucoup de compétences. Le fabricant utilise ses sens visuel et tactile pour comparer la rugosité de la surface d'une pièce nouvellement usinée à celle d'un échantillon dont le paramètre de rugosité est déjà connu.

Méthodes d'inductance (technique en cours de fabrication)

Cette méthode nécessite une inductance, car elle utilise des matériaux magnétiques pour mesurer l'état de surface et la rugosité d'un matériau. Le capteur d'inductance utilise l'énergie électromagnétique pour déterminer la distance par rapport à la surface. Ensuite, en utilisant la valeur paramétrique calculée, il est possible de calculer des paramètres de rugosité comparatifs.

Choisissez la rugosité de surface adaptée à votre projet

Voici quelques facteurs à prendre en compte pour choisir la rugosité de surface adaptée à votre projet.

Budget du projet

Le budget de votre projet est l'un des principaux facteurs déterminants dans le choix de l'état de surface et de la rugosité. Pour les projets à faible budget exposés au polissage, à la peinture ou à d'autres finitions de surface, un état de surface Ra de 3,2 μm pourrait être votre meilleur pari, même si 1,6 μm présenterait moins de coupures. Lorsque le budget est important, il est préférable d'opter pour une finition Ra de 3,2 μm. Usinage de prototypes CNC et des finitions de surface plus lisses comme 0,4 et 0,8 μm sont parfaites.

Application du produit

L'application du produit est un autre facteur à prendre en compte pour choisir le bon état de surface d'usinage. Pour les produits de haute précision et à tolérance dimensionnelle élevée, il est préférable d'opter pour des finitions de surface de haute qualité et plus lisses. Par exemple, les pièces qui servent de surfaces mobiles nécessitent une finition de surface telle que le revêtement par poudre, qui contribue à réduire les frottements. L'anodisation convient mieux aux produits exposés à des forces corrosives pendant de longues périodes.

Finition de surface supplémentaire

Le type de rugosité approprié dépend également du fait que le produit subisse ou non une finition et une rugosité de surface supplémentaires. Lorsqu'il n'est pas possible d'obtenir une finition de surface supplémentaire, il est souvent préférable de veiller à ce que la surface soit aussi lisse que possible, car cela améliore l'esthétique et la fonctionnalité du produit.

Xcmachining répond à vos exigences en matière d'état de surface des pièces usinées

Connaître la vitesse de durcissement de la surface d'un matériau spécifique permet de mieux connaître l'état de surface. Chez XinCheng, nous avons une grande connaissance et une grande expertise de l'usinage, y compris de l'usinage CNC, du moulage sous pression et du moulage sous vide, moulage par injectionla fabrication de tôles, etc.

En outre, vous pouvez être sûr d'obtenir la finition de surface et la rugosité souhaitées chez XinCheng, car nous fournissons des rapports d'inspection dimensionnelle complets. En outre, nous appliquons diverses procédures de finition, notamment le microbillage, la galvanisation, l'anodisation, le polissage, le revêtement par poudre, le brossage et bien d'autres encore. Nous garantissons des finitions de surface qui répondent à vos besoins spécifiques.

Conclusion

Obtenir le bon état de surface et la bonne rugosité dans le processus d'usinage est presque aussi important que l'usinage précis de la pièce. En effet, le bon état de surface n'influence pas seulement l'esthétique et la durabilité de la pièce, il détermine également sa résistance à la corrosion.

FAQ

Quelle est la différence entre l'état de surface et la finition de surface ?

L'état de surface décrit les attributs, la texture générale de la surface et la qualité d'une surface. La finition de surface, en revanche, décrit le processus de modification de la surface pour produire une finition souhaitée.

Que signifie une finition à 32 surfaces ?

La rugosité de surface typique est de 32 micro-pouces ou une finition de surface de 32. Une rugosité de 32 microns équivaut à 1/32 de pouce. L'état de surface le plus lisse et le plus proche de l'état de surface 32 est l'état de surface 6.

Qu'est-ce qui différencie Ra et Rz dans le diagramme de rugosité de surface ?

Ra représente la distance moyenne entre les pics et les vallées. Il quantifie également l'écart de la surface par rapport à la ligne moyenne à l'intérieur d'une longueur d'échantillonnage. D'autre part, Rz aide à déterminer la séparation verticale entre le pic le plus élevé et la vallée la plus profonde. Cette opération est réalisée à l'intérieur de cinq intervalles d'échantillonnage, après quoi les distances observées sont moyennées.