Usinage CNC du cuivre : ses procédés et ses alliages

En ce qui concerne la fabrication de haute précision, l'usinage CNC est l'un des processus les plus utilisés, en particulier avec différentes machines. Elles sont très efficaces et polyvalentes pour de nombreux matériaux, y compris le métal, les polymères plastiques et les composites.

L'usinage CNC du cuivre est un processus typique de fabrication de composants à partir de ce métal. Outre les alliages d'acier et d'aluminium, le cuivre est un métal couramment utilisé pour la fabrication de pièces, en particulier dans l'industrie électrique, en raison de sa grande conductivité.

Propriétés du cuivre

Les bonnes propriétés mécaniques et chimiques du cuivre le rendent adapté aux opérations d'usinage CNC du cuivre et à d'autres techniques de fabrication. Cela dit, nous allons nous concentrer sur les caractéristiques de ce métal qui en font un bon choix pour l'usinage.

Conductivité élevée

Le cuivre est largement connu pour son excellente conductivité électrique. Cette caractéristique favorise considérablement l'utilisation du cuivre dans la fabrication de composants électriques tels que les connecteurs. Toutefois, cette caractéristique présente également des inconvénients lors de l'usinage CNC du cuivre. La conductivité élevée peut accroître les tendances à l'usure des outils de coupe. Les machinistes doivent donc tenir compte de la conductivité thermique élevée lors de l'usinage.

Conductivité thermique élevée

Outre sa conductivité électrique, le cuivre présente également une conductivité thermique élevée, ce qui favorise la fabrication de composants complexes. Par conséquent, les matériaux en cuivre conviennent à la fabrication de pièces nécessitant des tolérances serrées. Cette caractéristique peut également profiter à l'usinage, car elle réduit les risques d'accumulation excessive de chaleur, de déformation ou de déformation par la chaleur.

Résistance à la corrosion

Comparé au fer et à d'autres métaux ferreux, le cuivre d'usinage CNC est remarquablement résistant à la rouille et à la corrosion. Cette excellente propriété chimique en fait un matériau idéal pour les applications où l'humidité et les produits chimiques sont facilement accessibles. Toutefois, les fabricants peuvent être amenés à effectuer des opérations de post-traitement après un traitement général du cuivre. Usinage CNC pour garantir l'élimination complète des contaminants susceptibles de réduire la résistance à la corrosion du cuivre.

Ductilité et malléabilité

Les matériaux en cuivre sont ductiles et très malléables, ce qui les rend parfaitement adaptés à l'usinage CNC du cuivre et d'autres fabrications métalliques. Cette caractéristique leur permet de conserver les détails complexes requis, garantissant ainsi un usinage de haute précision. Par ailleurs, leur grande flexibilité peut les rendre sujets à la formation de bavures. C'est pourquoi vous aurez peut-être besoin d'un machiniste expert pour fabriquer des pièces en cuivre.

Grades de cuivre pour l'usinage CNC

Il existe différentes qualités de cuivre pour l'usinage CNC à des fins d'usinage et de fabrication. Chacune d'entre elles, généralement un alliage, présente des caractéristiques distinctes qui les distinguent des autres. Les alliages de cuivre standard utilisés pour l'usinage CNC sont présentés ci-dessous.

Cuivre C101

Le cuivre C101 est également appelé cuivre électronique sans oxygène (OFE). Il s'agit d'un alliage de cuivre à haute conductivité, contenant au moins 99,9 % de cuivre pur, avec d'autres éléments, notamment de l'oxygène, à l'état de traces.

Cette variante du cuivre est relativement tendre, ce qui la rend plus facile à usiner. Il produit des coupes lisses avec moins d'effets d'usure sur les outils de coupe. En raison de sa conductivité élevée, il est très utile pour la fabrication de gadgets électriques et de pièces de haute précision. Toutefois, le cuivre C101 est moins résistant à la corrosion et sensible à la formation de bavures.

C'est néanmoins l'une des qualités de cuivre les plus utilisées. En fait, en raison de sa teneur élevée en cuivre, il constitue souvent le matériau de base pour la fabrication d'autres alliages de cuivre comme le bronze et le laiton. Parmi les applications de ces qualités de cuivre, on peut citer la fabrication de fils électriques, de barres omnibus, de connecteurs, de joints verre-métal, etc.

Cuivre C110

La variante C110 du cuivre est une autre qualité de ce matériau métallique. Elle est également connue sous le nom de Électrolytique Tough Pitch (ETP). Comme la variante C101, il contient également un pourcentage élevé de cuivre pur - au moins 99,90 % -, d'autres éléments, principalement de l'oxygène, formant l'alliage. Cependant, il faut mentionner qu'il contient plus d'impuretés que le C101, ce qui lui confère des propriétés plus distinctes.

Par exemple, le cuivre C110 est légèrement plus dur que d'autres alliages plus rigides comme l'acier et l'acier inoxydable, mais reste un métal généralement mou. Toutefois, cet alliage de cuivre présente également une bonne usinabilité, ce qui le rend largement utilisé à diverses fins de fabrication.

Les deux qualités de cuivre sont les plus courantes pour la fabrication. Cependant, vous trouverez ci-dessous un bref aperçu de deux autres variantes de cuivre.

Cuivre C145

Cet alliage de cuivre pour l'usinage CNC est connu sous le nom de cuivre au tellure, car il contient une substance semi-métallique, le tellure (0,4 à 0,7 %). Toutefois, comme les alliages de cuivre précédents, il contient au moins 99 % de cuivre pur, y compris du phosphore et d'autres éléments à l'état de traces. L'ajout de tellure augmente l'usinabilité du cuivre. Cette qualité de cuivre est utile pour la fabrication de vis et de pièces délicates.

Cuivre C147

Cet alliage de cuivre est également appelé cuivre sulfuré car il peut contenir jusqu'à 0,5 % de soufre. En quantités infimes, cet alliage contient également d'autres éléments tels que le phosphore, le zinc, le manganèse, le fer et le plomb. L'ajout de ces éléments à cet alliage permet d'améliorer ses propriétés générales. Comme les autres qualités de cuivre, il présente de bonnes propriétés d'usinage et une conductivité élevée.

Cet alliage présente également une bonne résistance à la corrosion, ce qui le rend idéal pour le soudage et le brasage. En revanche, il produit des soudures de qualité médiocre, mais convient mieux à des procédés de soudage spécifiques tels que le soudage par points, le soudage à l'arc métallique et le soudage bout à bout.

Par conséquent, lorsque vous choisissez une qualité de cuivre spécifique pour la fabrication, vous devez prendre en compte les propriétés de chaque alliage de cuivre pour l'usinage CNC par rapport à la spécification souhaitée afin de vous assurer que vous choisissez celui qui convient le mieux à votre application.

Avantages de l'usinage CNC du cuivre

Les avantages de l'usinage CNC des pièces de cuivre comprennent les avantages généraux de l'usinage - haute précision, reproductibilité, polyvalence, facilité à réaliser des pièces à géométrie complexe et à tolérances serrées, et bien d'autres encore.

Outre ces avantages, les pièces en cuivre usinées par CNC sont connues pour leur excellente résistance aux chocs et à l'abrasion. Elles conservent également la conductivité électrique et thermique du cuivre, ce qui réduit la résistance à la corrosion, à l'usure et à la déchirure.

En ce qui concerne la finition de la surface, Montages CNC est un processus automatisé et précis qui garantit une déformation ou des défauts minimes. Par conséquent, il est généralement moins nécessaire de procéder à une finition de surface, car la pièce de cuivre présente une finition de surface de qualité.

Limites de l'usinage du cuivre

Si les pièces CNC en cuivre présentent de nombreux avantages, elles n'en présentent pas moins quelques inconvénients. Un exemple typique est l'incapacité de certaines pièces usinées en cuivre à subir des opérations de soudage spécifiques telles que le soudage par points et le soudage à l'arc métallique. Cela accroît leur propension à la corrosion et à la rouille.

Procédés d'usinage CNC pour le métal cuivreux

Il existe différents procédés d'usinage CNC. Vous trouverez ci-dessous les opérations d'usinage qui s'appliquent au cuivre.

Fraisage CNC Cuivre

Les opérations de fraisage CNC consistent à utiliser des fraises rotatives pour enlever des morceaux d'une pièce jusqu'à ce que la forme souhaitée soit obtenue. Comme Usinage CNC du laitonIl est généralement automatisé, ce qui lui confère une grande précision et lui permet de fabriquer des trous, des fentes, des encoches, des rainures, des contours et des surfaces planes.

Le fraisage CNC du cuivre est une opération standard en raison de l'usinabilité relative du cuivre. Les fraises utilisées pour cette opération sont généralement des fraises en carbure à deux tranchants.

Tournage CNC du cuivre

Le tournage est une autre opération typique de la CNC. La pièce à usiner est généralement immobile, puis les fraises rotatives tournent autour de la pièce, en enlevant les excédents jusqu'à ce que la conception voulue soit atteinte.

Le tournage est l'un des procédés d'usinage CNC au cuivre les plus rentables et permet de fabriquer des pièces métalliques. Cette opération CNC convient parfaitement à la fabrication de composants à symétrie axiale, tels que des cônes, des cylindres, des disques ou une combinaison de ces formes. Les applications typiques du tournage CNC du cuivre comprennent la fabrication de connecteurs de fils, de vannes, de radiateurs et de barres omnibus.

Mill-Turn Cuivre

Comme son nom l'indique, une fraiseuse-tourneuse est un dispositif hybride d'usinage CNC du cuivre qui peut effectuer des opérations de fraisage et de tournage. Cette machine est précieuse, en particulier lorsqu'il s'agit de pièces en cuivre à géométrie complexe. Un exemple est l'usinage d'une structure composée d'une combinaison de surfaces cylindriques et plates et de trous, entre autres détails délicats.

Essentiellement, les fraiseuses-tourneuses offrent un double réglage, ce qui réduit le réglage excessif de la machine et permet d'économiser du temps et de l'espace. En outre, comme il s'agit d'une seule machine, l'exactitude et la précision sont améliorées.

Options de post-traitement pour l'usinage CNC du cuivre

Après l'usinage, les fabricants et les machinistes peuvent être amenés à effectuer des opérations de post-traitement et de finition de surface afin d'améliorer les propriétés de la pièce usinée. Cela permet généralement d'améliorer l'apparence et les caractéristiques générales du produit.

Vous trouverez ci-dessous des techniques efficaces de post-traitement et de finition de surface pour l'usinage de pièces en cuivre.

Placage électrolytique

La galvanoplastie est un procédé électrochimique qui consiste à recouvrir la surface d'un matériau métallique. Cette finition a pour effet d'améliorer l'apparence et la résistance mécanique et chimique, y compris la résistance à la corrosion. Les pièces en cuivre qui en résultent sont généralement plus durables, avec peu ou pas d'effet sur leur conductivité électrique et thermique.

Sablage de perles

Cette finition de surface est souvent utilisée pour masquer les défauts et usiner les déformations des pièces de cuivre usinées par CNC. Il s'agit de propulser (sablage) de minuscules morceaux d'un matériau abrasif contre un matériau. En plus de masquer les défauts de fabrication, il améliore l'aspect et la longévité du produit.

Brossage

Le brossage est une opération mécanique qui utilise une brosse abrasive pour améliorer les propriétés de surface d'un matériau. Qu'elle soit manuelle ou automatisée, la finition permet d'ébavurer et de lisser le composant en cuivre usiné.

Polissage

Le polissage est une finition de surface essentielle qui permet d'améliorer l'esthétique de la pièce fabriquée. Bien que le polissage dur soit laborieux, il est efficace ; cependant, l'électropolissage est meilleur. Ce dernier peut débarrasser la surface du matériau d'impuretés microscopiques, même si elles ne dépassent pas 2,5 mm. La pièce de cuivre usinée est donc lisse, brillante et étincelante.

Facteurs à prendre en compte pour l'usinage du cuivre

Lors de la fabrication, y compris avec un processus automatisé comme l'usinage CNC du cuivre, les machinistes doivent respecter strictement certains critères.

Choisir la bonne qualité de cuivre

Avant de procéder à l'usinage, vous devez sélectionner la qualité de cuivre la mieux adaptée à votre fabrication. Le processus de sélection est souvent basé sur l'application prévue de la fabrication ; il peut également inclure le processus d'usinage choisi.

Par exemple, le cuivre C101, même s'il s'agit d'une qualité de cuivre plus pure, est moins facile à usiner que le C110. Cependant, il est plus adapté à la fabrication de composants minuscules et complexes. Mais dans l'ensemble, le C110 est meilleur pour l'usinage, en particulier pour les opérations de tournage, en raison de sa ductilité accrue.

Contraintes de conception et spécifications

Les contraintes et les spécifications de la conception sont également essentielles à prendre en compte avant d'usiner le cuivre. Cela vous permet de fabriquer les pièces qui permettront d'atteindre la fonctionnalité souhaitée.

Par exemple, une ligne directrice générale pour l'usinage CNC de pièces en cuivre est de maintenir une épaisseur de paroi d'au moins 0,5 mm. En outre, les machinistes peuvent avoir besoin de revérifier les dimensions de l'outillage, entre autres détails complexes, avant de procéder à l'usinage. Il est souvent préférable de réduire le nombre de pièces préparées et d'utiliser un petit rayon pour éviter que la fabrication ne développe des poches profondes.

Sélection des outils d'usinage

Le cuivre est relativement rigide, avec une usinabilité variable selon les nuances utilisées. C'est pourquoi les fabricants doivent sélectionner les outils de coupe appropriés à des fins d'usinage pratique. L'outil de coupe idéal pour l'usinage CNC général du cuivre est l'acier rapide (HSS). La vitesse élevée de ces outils de coupe leur confère une plus grande résistance à l'usure et réduit les complications liées à l'usinage, telles que la formation de copeaux.

Un autre excellent outil de coupe pour différentes nuances de cuivre est le carbure cémenté, qui présente des similitudes avec l'acier rapide en ce qui concerne la vitesse de coupe. Par conséquent, ils évitent également les défauts d'usinage et garantissent des services d'usinage en douceur.

Vitesse d'avance des outils de coupe

La vitesse d'avance correspond à la vitesse à laquelle les fraises interagissent avec le matériau cuivreux. Une vitesse d'avance élevée peut entraîner une augmentation de la température, ce qui accroît le risque de déformations thermiques sur la pièce et augmente éventuellement la tendance à l'usure de l'outil. Il ne faut pas non plus augmenter la vitesse de rotation de la broche. Lors de l'usinage CNC du cuivre, maintenez une vitesse de traitement constante pour un usinage optimal.

Une autre mesure à laquelle vous devez vous conformer lors de l'utilisation du cuivre Usinage CNC de l'aluminium est d'utiliser un lubrifiant idéal comme liquide de refroidissement. Cela permettra de limiter l'accumulation de chaleur et d'éviter les déformations de l'usinage. Il faut également éviter que les copeaux n'obstruent l'embouchure des fraises - les rainures en spirale, pour que la coupe soit efficace.

Applications des pièces en cuivre usinées par CNC

Nous avons brièvement évoqué quelques-unes des applications de l'usinage CNC des pièces en cuivre. Vous trouverez ci-dessous des exemples concrets d'industries qui bénéficient de ces composants.

• Électronique: Connecteurs, cartes de circuits imprimés, terminaux, etc ;
• Automobile: Échangeurs de chaleur, joints, roulements et engrenages, noyaux de radiateurs ;
• Télécommunications: Câblages et connecteurs ;
• Plomberie: Raccords et vannes.

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Conclusion

Le cuivre est un matériau (métal) précieux pour les différentes industries manufacturières. Il possède des propriétés mécaniques et chimiques de premier ordre, ce qui en fait un matériau idéal pour les opérations d'usinage CNC du cuivre. Outre l'amélioration de la fabrication en général, la méthode a permis d'améliorer spécifiquement l'utilisation du cuivre par les fabricants.

FAQ

Quels sont les avantages de l'usinage CNC du cuivre par rapport aux autres méthodes de fabrication ?

L'usinage CNC du cuivre est très précis et réduit la nécessité d'effectuer des opérations de finition de surface et de post-traitement. Il est également très polyvalent et efficace, ce qui en fait un processus de fabrication précieux pour le cuivre.

Quel élément d'alliage augmente l'usinabilité du cuivre ?

Les alliages de cuivre sont formés par l'ajout d'éléments, principalement des métaux et des semi-métaux, comme le zinc, l'étain, le tellure, le nickel, l'aluminium, le silicium, le phosphore, etc. Tous ces éléments d'alliage améliorent à des degrés divers les propriétés d'usinage du cuivre.

Le cuivre est-il facile à usiner ?

Le cuivre pur est difficile à usiner. D'où la nécessité d'allier le cuivre pour en augmenter l'usinabilité.