Usinage CNC de l'acier : Différentes qualités d'acier pour la fabrication de pièces

Les méthodes conventionnelles de fabrication de pièces en acier prennent généralement beaucoup de temps et nécessitent une main-d'œuvre importante. De nos jours, les fabricants et les concepteurs de produits utilisent le processus d'usinage à commande numérique par ordinateur (CNC) pour créer des pièces en acier différentes, plus rapides et plus précises.

Il est essentiel de comprendre les principes fondamentaux de l'usinage CNC de l'acier pour réussir à usiner des pièces d'acier CNC qui correspondent aux applications et aux spécifications prévues.

Qu'est-ce que l'usinage CNC de l'acier ?

L'usinage CNC de l'acier est une méthode de fabrication qui utilise un programme informatique pour contrôler le mouvement et l'interaction des machines-outils avec la pièce à usiner. Cette technologie d'usinage convient à la fabrication de matériaux en acier pour créer différents modèles.

Bien que l'usinage CNC soit très compatible avec une vaste gamme de matériaux, l'acier est un matériau populaire utilisé pour le prototypage CNC et la fabrication de pièces.

Différentes nuances d'acier utilisées pour l'usinage CNC

Les machinistes utilisent différentes qualités d'acier pour les projets d'usinage dans différentes applications. Par conséquent, le choix de la nuance de matériau appropriée pour vos produits est essentiel à la réussite de votre projet. Chaque nuance d'acier possède des propriétés différentes. Cette section traite des nuances d'acier typiques pour les pièces d'usinage CNC en acier.

Acier 4140

L'acier 4140 est un alliage dont la composition chimique comprend du manganèse, du chrome et du molybdène. Ces éléments d'alliage améliorent la ténacité, la ductilité et la résistance de la nuance d'acier. En outre, la teneur en chrome améliore la résistance à la corrosion de la nuance. Par conséquent, les ingénieurs produits de toutes les industries utilisent cette nuance d'acier en raison de son excellente usinabilité et de sa résistance à l'abrasion.

Cependant, il n'est pas facile de souder l'acier 4140 car il peut nécessiter un traitement particulier avant et après le chauffage. Usinage CNC du magnésium Les pièces telles que les écrous, les accouplements, les boulons, les broches et les pièces automobiles constituent une utilisation typique de cette nuance d'acier.

Propriétés mécaniques de l'acier 4140

• Dureté (Brinell) : 197
• Résistance à la traction au rendement (MPa) : 655
• Densité (g cm-3) : 7.87
• Module de cisaillement (GPa) : 80
• Allongement à la rupture (%) : 19

Acier 4130

L'acier 4130 contient plus d'éléments d'alliage que l'acier 4140. Cette nuance d'acier contient du soufre, du phosphore, du fer, du silicium, du molybdène, du carbone, du manganèse et du chrome. Ces éléments améliorent la compatibilité thermique, l'usinabilité et la ténacité de la nuance d'acier, ce qui permet de l'utiliser dans différents domaines de la construction.

En outre, les ingénieurs du secteur aéronautique utilisent l'acier 4130 dans les supports de moteur d'avion. L'usinage CNC de cet acier étant moins coûteux et plus efficace, les constructeurs aéronautiques le préfèrent souvent à l'acier de qualité aéronautique pour l'usinage des composants d'aéronefs. Néanmoins, cette nuance d'acier peut être difficile à souder, même si elle peut être traitée thermiquement.

Propriétés mécaniques de l'acier 4130

• Dureté (Brinell) : 217
• Résistance à la traction à la limite d'élasticité (MPa) : 460
• Densité (g cm-3) : 7.87
• Module de cisaillement (GPa) : 80
• Allongement à la rupture (%) : 20

Acier 1018

La nuance d'acier 1018 ou acier doux au carbone est composée de fer, de soufre, de phosphore, de carbone et de manganèse. Les fabricants utilisent souvent cette nuance d'acier pour l'usinage de pièces en acier en raison de sa grande soudabilité. C'est donc le choix de métal par défaut pour les pièces d'usinage CNC en acier cémenté. Toutefois, il est préférable de ne souder les pièces en acier CNC qu'après les avoir durcies par le processus de cémentation.

En outre, l'acier 1018 offre une excellente usinabilité en plus d'être remarquablement soudable. Cette nuance d'acier est bien adaptée pour Montages CNC Les ingénieurs et les fabricants de produits utilisent donc cette nuance d'acier pour les arbres, les broches, les barres d'accouplement et autres pièces de moule. C'est pourquoi les ingénieurs et les fabricants de produits utilisent cette nuance d'acier pour les arbres, les broches, les barres d'accouplement et d'autres pièces de moule. Cependant, la nuance d'acier 1018 est assez chère.

Propriétés mécaniques de l'acier 1018

• Dureté (Brinell) : 131
• Résistance à la traction au rendement (MPa) : 310
• Densité (g cm-3) : 7.87
• Module de cisaillement (GPa) : 78
• Allongement à la rupture (%) : 15

Acier 1045

Cette nuance est un acier à teneur moyenne en carbone contenant du manganèse, du fer, du silicium, du carbone, du phosphore ou du soufre. L'acier 1045 est une autre nuance d'acier polyvalente que les fabricants de pièces d'acier CNC utilisent pour créer différents composants. Cette nuance d'acier est parfaite pour les applications d'usinage CNC de l'acier où la résistance à l'eau est cruciale, car elle est robuste et résistante.

En outre, l'acier 1045 présente des propriétés importantes telles qu'une soudabilité et une usinabilité élevées, ce qui le rend adapté à l'usinage CNC de précision. C'est pourquoi les fabricants préfèrent cette nuance d'acier pour les applications qui requièrent des vitesses plus élevées.

Cette nuance d'acier s'applique à la fabrication de goujons, d'engrenages, de boulons et d'arbres. Cependant, elle n'est pas idéale pour la fabrication de composants très résistants, même si elle est relativement solide en raison de sa résistance moyenne à la traction et de ses propriétés de trempabilité.

Propriétés mécaniques de l'acier 1045

• Dureté (Brinell) : 170
• Résistance à la traction au rendement (MPa) : 450
• Densité (g cm-3) : 7.87
• Module de cisaillement (GPa) : 60
• Allongement à la rupture (%) : 12

1215 acier

La composition chimique de cette nuance d'acier CNC est composée de soufre, de fer, de phosphore, de carbone et de manganèse. Elle est communément appelée acier d'usinage libre en raison de sa teneur relativement élevée en soufre.

L'acier 1215 permet des taux d'usinage plus élevés et évite les enchevêtrements dans l'usinage CNC de l'acier, car il forme de petits copeaux pendant l'usinage. Cependant, le principal problème de cette nuance d'acier est qu'elle n'est pas soudable et que sa teneur en carbone relativement faible limite sa résistance par rapport à d'autres nuances étirées à froid.

Toutefois, cette nuance d'acier convient à la réalisation de projets automatiques nécessitant un usinage lourd. Les applications typiques de l'acier 1215 comprennent les raccords pour tuyaux, les goujons, les accouplements et les vis.

Propriétés mécaniques de l'acier 1215

• Dureté (Brinell) : 167
• Résistance à la traction au rendement (MPa) : 415
• Densité (g cm-3) : 7.87
• Module de cisaillement (GPa) : 80
• Allongement à la rupture (%) : 10

Options de finition de surface pour les pièces d'acier CNC

Les machinistes utilisent souvent divers finition de surface Il existe de nombreuses options pour améliorer l'esthétique et la fonctionnalité de l'usinage CNC de l'acier. Il est donc utile de comprendre que les différents métaux nécessitent des finitions de surface spécifiques. Vous trouverez ci-dessous les finitions de surface standard applicables aux métaux suivants Usinage CNC de l'acier inoxydable pièces.

Revêtement par poudre

Le revêtement par poudre est une option de post-traitement qui consiste à déposer une poudre sèche sur la surface des pièces d'usinage CNC en acier, formant ainsi une couche protectrice. L'épaisseur de cette couche varie de 0,15 (0,006") à 0,3 mm (0,012"). Les fabricants utilisent ce traitement de finition pour empêcher la corrosion des pièces d'acier usinées, car l'acier nu rouille facilement.

Carburation

La cémentation consiste à chauffer l'acier en présence de matières carbonées telles que le charbon de bois et le monoxyde de carbone. Ce processus vise principalement à durcir la surface des pièces en acier. En outre, il améliore considérablement la résistance à l'usure des pièces.

Sablage de perles

La technique de microbillage offre aux pièces d'usinage CNC en acier une texture uniforme et une meilleure finition de surface. Elle consiste à projeter à grande vitesse de minuscules billes sphériques sur la surface de l'acier. Cette procédure élimine efficacement les arêtes vives, les matériaux résiduels ou les bavures sur les pièces en acier, améliorant ainsi la qualité de la surface de vos pièces.

Nickelage

La finition par nickelage électrolyse l'acier CNC en formant une fine couche uniforme de nickel de 0,1 mm exactement sur les pièces usinées. Ce procédé améliore la résistance de la pièce d'acier à l'usure et aux substances corrosives.

Défis et solutions pour l'usinage de l'acier

Bien que l'usinage de l'acier soit une méthode de fabrication courante, ce processus d'usinage des métaux présente quelques difficultés. Cependant, il existe des solutions idéales pour obtenir un processus d'usinage CNC de l'acier rentable et fiable, améliorant la qualité, la sécurité et l'efficacité du processus. Vous trouverez ci-dessous les défis typiques que les machinistes rencontrent lors de l'usinage de l'acier et la manière de les surmonter.

Formation de copeaux

Lors de l'usinage CNC de l'acier, l'acier produit de longs copeaux continus susceptibles de s'enchevêtrer et de bloquer la machine, ce qui entraîne une mauvaise finition de la surface.

Cependant, lors de l'usinage de l'acier, il convient d'utiliser un liquide de refroidissement et des lubrifiants appropriés, tels que des systèmes de refroidissement à haute pression. Ils améliorent la formation et l'enlèvement des copeaux et garantissent un excellent état de surface.

Force d'usinage

L'usinage CNC de l'acier utilise souvent des forces de coupe élevées pour fabriquer des pièces en acier. Par conséquent, cela peut entraîner une défaillance prématurée de l'outil car la machine est mise à rude épreuve. Toutefois, en s'assurant que l'outil est bien en place, il est possible d'obtenir des résultats satisfaisants. Machine CNC : différentes pièces Il est préférable d'utiliser une machine dont l'intégrité structurelle est suffisante pour résister aux forces d'usinage appliquées. En outre, il convient d'utiliser des méthodes d'usinage adaptatives qui régulent les paramètres de coupe en temps réel en fonction des informations fournies par le capteur afin d'améliorer l'engagement de l'outil et les forces appliquées.

Production de chaleur

L'usinage de l'acier produit un excès de chaleur qui peut entraîner des imprécisions dimensionnelles et une dilatation thermique des pièces finies en acier. Toutefois, il est possible de dissiper efficacement la chaleur lors de l'usinage de l'acier en utilisant les liquides de refroidissement et les lubrifiants appropriés.

Usure des outils

Les outils de coupe CNC s'usent plus rapidement et doivent être remplacés en permanence en raison de l'abrasivité de l'acier. En conséquence, les coûts d'outillage augmentent de manière significative. Néanmoins, l'utilisation de revêtements d'outils avancés tels que le nitrure d'aluminium et de titane (TiAlN) ou le carbo-nitrure de titane (TiCN) permet d'améliorer la durée de vie des outils de coupe et leur résistance à l'usure. De même, l'utilisation d'outils de coupe et de paramètres de coupe appropriés permet de réduire l'usure des outils.

Distorsion de la pièce

Les pièces d'usinage CNC en acier (par exemple l'acier 1045) peuvent subir des déformations ou des gauchissements, en particulier lors de l'enlèvement de grandes quantités de matière. Cependant, pour éviter toute forme de déformation lors de l'usinage de l'acier, il est conseillé de recourir à des solutions de bridage fiables. De même, il est préférable de réduire les porte-à-faux. Cela permet de réduire la déviation de la pièce et d'augmenter la précision dimensionnelle.

Avantages et limites de l'usinage CNC de l'acier

L'usinage CNC des pièces d'acier nécessite beaucoup de compétences et d'expérience en matière d'usinage pour obtenir des résultats fiables. Bien que l'usinage CNC de l'acier puisse être exigeant, ses avantages l'emportent sur ses limites.

Avantages

• Les pièces en acier CNC présentent une résistance remarquable à l'usure et à la corrosion.
• Les nuances d'acier possèdent une bonne usinabilité.
• Les matériaux en acier sont compatibles avec une large gamme d'options de finition de surface.

Limites

• Bien que les différentes qualités d'acier aient des propriétés variées, toutes ne sont pas usinables. C'est pourquoi certaines nuances d'acier sont incompatibles avec les applications qui incluent la fabrication de pièces en acier à géométrie complexe.
• Certaines nuances d'acier ne sont pas idéales pour la fabrication de pièces en acier CNC soumises à une chaleur extrême, car les nuances d'acier ont des sensibilités différentes.

Applications des pièces en acier usinées par CNC

L'acier est l'un des métaux les plus utilisés dans la fabrication. Il existe plusieurs applications de l'usinage CNC de l'acier dans tous les secteurs d'activité.

• Aérospatiale: Il s'agit d'aubes de turbine, de supports, de pièces de moteur et de pièces structurelles.
• Dispositifs médicaux: Les composants d'équipements médicaux, les instruments chirurgicaux et les implants orthopédiques en sont des exemples.
• Automobile: Les exemples typiques de pièces en acier dans le secteur automobile comprennent les pièces du système de freinage, les pièces du moteur, les pièces de la suspension, les pièces de la transmission et d'autres pièces critiques.
• Électronique: Les composants tels que les châssis, les dissipateurs, les connecteurs et autres composants utilisés dans les assemblages électroniques sont des exemples typiques de pièces en acier usinées par CNC.
• Biens de consommation: Il s'agit d'ordinateurs portables, de smartphones, de tablettes et d'autres appareils. gadgets électroniques.

Usinage de l'acier ou de l'aluminium : Lequel convient à votre projet ?

L'acier et l'aluminium sont deux matériaux couramment utilisés pour l'usinage CNC. En général, les fabricants choisissent l'un ou l'autre dans la plupart des projets d'usinage. Cependant, voici une comparaison qui peut vous aider à choisir le matériau idéal pour votre projet :

Vitesse d'usinage

Les machinistes peuvent couper et former l'aluminium plus rapidement car il est plus léger que l'acier. De même, l'aluminium chauffé se refroidit plus rapidement que l'acier chauffé. Par conséquent, les cycles de fabrication de l'usinage CNC de l'acier sont plus longs.

Usinabilité

Différents facteurs, tels que la résistance et la dureté d'un métal, déterminent son usinabilité. En règle générale, un métal est moins facile à usiner lorsqu'il est extrêmement dur. Ce principe s'applique donc aux matériaux en aluminium.

La dureté Brinell de l'aluminium est plus faible (environ 15), alors que celle de l'acier est plus élevée (80 - 600). En outre, la limite d'élasticité et la résistance à la traction de l'aluminium sont inférieures à celles de l'acier. Par conséquent, l'acier est moins facile à usiner, mais plus résistant que l'aluminium.

Coût

Le coût de l'acier par rapport à celui de l'aluminium joue un rôle important dans le choix de celui qui convient à un projet d'usinage. C'est généralement le cas lorsque les deux métaux sont idéaux pour un projet donné. L'usinage CNC de l'acier est généralement plus coûteux que celui de l'aluminium, même s'il existe différents types et qualités de ces deux métaux.

Services d'usinage CNC de l'acier chez Xc Machining

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Conclusion

L'acier est un matériau polyvalent qui trouve de nombreuses applications dans différents secteurs. Le processus d'usinage CNC de l'acier permet de fabriquer les meilleures pièces d'acier CNC adaptées à différents usages, malgré les propriétés variables des différentes qualités d'acier.

FAQ

Puis-je couper de l'acier avec une machine CNC ?

Les machines CNC sont parfaites pour couper des métaux tels que l'acier. Ces machines offrent un haut degré d'exactitude et de précision requis pour l'usinage de l'acier.

Comment améliorer l'usinabilité des matériaux en acier ?

Il est possible d'ajouter des éléments d'alliage tels que le soufre et le phosphore pour rendre les matériaux en acier plus faciles à usiner.

Que fait le cuivre lorsqu'il est ajouté à l'acier ?

Les fabricants associent souvent le cuivre à l'acier car il s'agit d'un élément de renforcement. Il améliore la résistance au fluage et à la corrosion des pièces en acier CNC.