L'aluminium est le métal non ferreux le plus utilisé, et ses applications ne cessent de s'étendre. On compte plus de 700 000 types de produits en aluminium, destinés à divers secteurs industriels, tels que la construction, la décoration, les transports et l'aérospatiale. Cet article présente les techniques de transformation des produits en aluminium et les méthodes permettant d'éviter les déformations lors de leur élaboration.
Les avantages et les caractéristiques de l'aluminium comprennent :
- Faible densitéL'aluminium a une densité d'environ 2,7 g/cm³, soit environ un tiers de celle du fer ou du cuivre.
- Grande plasticité :L'aluminium possède une excellente ductilité, ce qui lui permet d'être transformé en divers produits grâce à des méthodes de traitement sous pression, telles que l'extrusion et l'étirage.
- Résistance à la corrosion :L'aluminium développe naturellement un film d'oxyde protecteur à sa surface, soit dans des conditions naturelles, soit par anodisation, offrant une résistance à la corrosion supérieure à celle de l'acier.
- Facile à renforcer :Bien que l'aluminium pur ait un faible niveau de résistance, celle-ci peut être considérablement augmentée par anodisation.
- Facilite le traitement de surface :Les traitements de surface permettent d'améliorer ou de modifier les propriétés de l'aluminium. L'anodisation est un procédé bien établi et largement utilisé dans la transformation des produits en aluminium.
- Bonne conductivité et recyclabilité :L'aluminium est un excellent conducteur d'électricité et se recycle facilement.
technologie de traitement des produits en aluminium
estampage de produits en aluminium
1. Estampage à froid
Le matériau utilisé est constitué de granulés d'aluminium. Ces granulés sont mis en forme en une seule étape grâce à une extrudeuse et un moule. Ce procédé est idéal pour la fabrication de produits cylindriques ou de formes difficiles à obtenir par étirage, telles que des formes elliptiques, carrées et rectangulaires. (Voir figure 1 : la machine ; figure 2 : les granulés d'aluminium ; figure 3 : le produit).
La force de la machine utilisée est liée à la section transversale du produit. L'écart entre le poinçon supérieur et la matrice inférieure en acier au tungstène détermine l'épaisseur de la paroi du produit. Une fois le pressage terminé, l'écart vertical entre le poinçon supérieur et la matrice inférieure indique l'épaisseur maximale du produit (voir figure 4).
Avantages : Cycle d’ouverture du moule court, coût de développement inférieur à celui des moules étirés. Inconvénients : Processus de production long, fortes variations dimensionnelles des produits, coût de main-d’œuvre élevé.
2. Étirements
Matériau utilisé : tôle d’aluminium. Utilisation d’une machine de moulage continu et d’un moule pour réaliser de multiples déformations afin d’obtenir la forme souhaitée. Convient aux pièces non cylindriques (produits en aluminium courbé). (Voir figure 5 : machine ; figure 6 : moule ; figure 7 : produit)
Avantages :Les dimensions des produits complexes et multi-déformés sont contrôlées de manière stable pendant le processus de production, et la surface du produit est plus lisse.
Inconvénients :Coût élevé des moules, cycle de développement relativement long et exigences élevées en matière de sélection et de précision des machines.
Traitement de surface des produits en aluminium
1. Sablage (grenaillage)
Procédé de nettoyage et de dépolissage de la surface métallique par impact d'un flux de sable à grande vitesse.
Ce traitement de surface de l'aluminium améliore la propreté et la rugosité de la pièce. Il en résulte une amélioration des propriétés mécaniques de la surface, notamment une meilleure résistance à la fatigue. Cette amélioration renforce l'adhérence entre la surface et les revêtements appliqués, prolongeant ainsi la durée de vie de ces derniers. De plus, elle facilite le nivellement et améliore l'aspect esthétique du revêtement. Ce procédé est couramment utilisé dans divers produits Apple.
2. Polissage
Le procédé de traitement utilise des techniques mécaniques, chimiques ou électrochimiques pour réduire la rugosité de surface d'une pièce, lui conférant ainsi une surface lisse et brillante. Le polissage se divise en trois grandes catégories : le polissage mécanique, le polissage chimique et le polissage électrolytique. L'association du polissage mécanique et du polissage électrolytique permet d'obtenir, pour les pièces en aluminium, un fini miroir comparable à celui de l'acier inoxydable. Ce procédé confère une élégance sobre et raffinée, une touche de modernité et un aspect résolument futuriste.
3. Traitement au fil
Le tréfilage est un procédé de fabrication qui consiste à créer des lignes par grattage répété de plaques d'aluminium à l'aide de papier de verre. On distingue plusieurs techniques de tréfilage : tréfilage rectiligne, tréfilage aléatoire, tréfilage spiralé et tréfilage filé. Ce procédé permet de révéler avec précision chaque détail, conférant au métal mat un éclat fin et brillant, et donnant au produit une allure à la fois moderne et technique.
4. Découpe haute lumière
La gravure par surfaçage utilise une machine de gravure de précision pour renforcer le couteau diamanté monté sur la broche rotative à grande vitesse (généralement 20 000 tr/min) afin de découper des pièces et de créer des zones de surfaçage localisées sur la surface du produit. La luminosité de ces surfaçages est influencée par la vitesse de rotation du foret. Plus la vitesse est élevée, plus les surfaçages sont brillants. Inversement, plus les surfaçages sont sombres, plus ils risquent de laisser des marques de couteau. La gravure à haute brillance est particulièrement courante pour les téléphones portables, comme l'iPhone 5. Ces dernières années, certains cadres métalliques de téléviseurs haut de gamme ont également adopté cette technique.Fraisage CNCLa technologie, et les procédés d'anodisation et de brossage, confèrent au téléviseur une allure à la fois élégante et résolument technologique.
5. Anodisation
L'anodisation est un procédé électrochimique d'oxydation des métaux et alliages. Sous l'effet d'un courant électrique appliqué dans un électrolyte spécifique et dans certaines conditions, l'aluminium et ses alliages développent une couche d'oxyde. L'anodisation améliore la dureté superficielle et la résistance à l'usure de l'aluminium, prolonge sa durée de vie et rehausse son aspect esthétique. Ce procédé est devenu une étape essentielle du traitement de surface de l'aluminium et figure parmi les méthodes les plus répandues et performantes.
6. Anode bicolore
L'anodisation bicolore désigne un procédé d'anodisation qui consiste à appliquer des couleurs différentes sur des zones spécifiques d'un produit. Bien que cette technique soit rarement utilisée dans l'industrie télévisuelle en raison de sa complexité et de son coût élevé, le contraste entre les deux couleurs confère au produit une apparence haut de gamme et unique.
Plusieurs facteurs contribuent à la déformation des pièces en aluminium lors de leur usinage, notamment les propriétés du matériau, la forme de la pièce et les conditions de production. Les principales causes de déformation sont les contraintes internes présentes dans l'ébauche, les forces de coupe et la chaleur générées pendant l'usinage, ainsi que les forces exercées lors du bridage. Pour minimiser ces déformations, des mesures de procédé spécifiques et des compétences d'opérateur adaptées peuvent être mises en œuvre.
Mesures de processus visant à réduire la déformation lors du traitement
1. Réduire les contraintes internes de l'ébauche
Le vieillissement naturel ou artificiel, ainsi que le traitement par vibration, contribuent à réduire les contraintes internes d'une ébauche. Le pré-usinage est également une méthode efficace à cet effet. Pour une ébauche présentant une tête épaisse et de grandes oreilles, une déformation importante peut survenir lors de l'usinage en raison des marges substantielles. En pré-usinant les parties excédentaires de l'ébauche et en réduisant les marges dans chaque zone, on minimise non seulement la déformation lors des usinages ultérieurs, mais on atténue également les contraintes internes résiduelles.
2. Améliorer la capacité de coupe de l'outil
Les caractéristiques matérielles et géométriques de l'outil influent considérablement sur la force de coupe et la chaleur. Un choix judicieux de l'outil est essentiel pour minimiser la déformation des pièces lors de l'usinage.
1) Sélection raisonnable des paramètres géométriques de l'outil.
① Angle de râteau :Tout en préservant la résistance de la lame, l'angle de dépouille doit être suffisamment important. Cela permet d'obtenir un tranchant net et de réduire la déformation de coupe, d'assurer une évacuation fluide des copeaux et, par conséquent, de diminuer l'effort et la température de coupe. Il est déconseillé d'utiliser des outils à angle de dépouille négatif.
② Angle arrière :L'angle de dépouille influe directement sur l'usure de la face arrière de l'outil et sur la qualité de la surface usinée. L'épaisseur de coupe est un critère important pour le choix de cet angle. Lors de l'ébauche, en raison de la vitesse d'avance élevée, de l'effort de coupe important et de la forte génération de chaleur, une bonne dissipation thermique de l'outil est essentielle. Par conséquent, l'angle de dépouille doit être réduit. Lors de la finition, l'arête de coupe doit être affûtée, le frottement entre la face arrière de l'outil et la surface usinée doit être minimisé, et la déformation élastique doit être réduite. Par conséquent, l'angle de dépouille doit être plus important.
③ Angle d'hélice :Afin de faciliter le fraisage et de réduire la force de fraisage, l'angle d'hélice doit être choisi aussi grand que possible.
④ Angle de déviation principal :Une réduction appropriée de l'angle de déviation principal peut améliorer les conditions de dissipation de la chaleur et réduire la température moyenne de la zone de traitement.
2) Améliorer la structure des outils.
Réduisez le nombre de dents de la fraise et augmentez l'espace pour les copeaux :
Étant donné la grande plasticité et la déformation importante que subissent les matériaux en aluminium lors de l'usinage, il est essentiel de prévoir un espace d'évacuation des copeaux plus important. Cela implique d'augmenter le rayon du fond de la gorge d'évacuation et de réduire le nombre de dents de la fraise.
Affûtage fin des dents de coupe :
La rugosité des arêtes de coupe des dents de la fraise doit être inférieure à Ra = 0,4 µm. Avant d'utiliser une fraise neuve, il est conseillé d'affûter délicatement les deux faces des dents à l'aide d'une pierre à huile fine, à plusieurs reprises, afin d'éliminer toute bavure ou trace d'usure résiduelle due à l'affûtage. Cette opération contribue à réduire la chaleur de coupe et à minimiser les déformations.
Normes de contrôle strict de l'usure des outils :
L'usure des outils entraîne une augmentation de la rugosité de surface de la pièce, une élévation de la température de coupe et une déformation accrue de la pièce. Il est donc crucial de choisir des matériaux d'outils présentant une excellente résistance à l'usure et de veiller à ce que cette dernière ne dépasse pas 0,2 mm. Au-delà de cette limite, des copeaux peuvent se former. Pendant la coupe, la température de la pièce doit généralement être maintenue en dessous de 100 °C afin d'éviter toute déformation.
3. Améliorer la méthode de serrage de la pièce. Pour les pièces en aluminium à parois minces et peu rigides, les méthodes de serrage suivantes peuvent être utilisées pour réduire la déformation :
① Pour les bagues à parois minces, l'utilisation d'un mandrin à trois mors autocentrant ou d'une pince à ressort pour le serrage radial peut entraîner une déformation de la pièce après desserrage. Pour éviter ce problème, il est préférable d'utiliser un serrage axial par face d'extrémité, qui offre une plus grande rigidité. Positionnez l'alésage intérieur de la pièce, créez un mandrin traversant fileté et insérez-le dans l'alésage. Utilisez ensuite une plaque de recouvrement pour serrer la face d'extrémité et fixez-la fermement avec un écrou. Cette méthode permet d'éviter toute déformation lors du serrage sur le cercle extérieur, garantissant ainsi une précision d'usinage satisfaisante.
② Lors de l'usinage de pièces en tôle mince, il est conseillé d'utiliser une ventouse à vide pour obtenir une force de serrage uniformément répartie. De plus, une faible profondeur de coupe permet d'éviter la déformation de la pièce.
Une autre méthode efficace consiste à remplir l'intérieur de la pièce avec un matériau de remplissage afin d'améliorer sa rigidité lors de l'usinage. Par exemple, on peut verser dans la pièce une solution d'urée fondue contenant de 3 % à 6 % de nitrate de potassium. Après usinage, la pièce peut être immergée dans de l'eau ou de l'alcool pour dissoudre le matériau de remplissage, puis vidangée.
4. Organisation raisonnable des processus
Lors de l'usinage à grande vitesse, le processus de fraisage génère souvent des vibrations dues aux importantes surépaisseurs et à la coupe intermittente. Ces vibrations peuvent nuire à la précision d'usinage et à la rugosité de surface. Par conséquent,processus de découpe CNC à grande vitesseLe processus se divise généralement en plusieurs étapes : ébauche, semi-finition, ébavurage et finition. Pour les pièces exigeant une grande précision, une seconde étape de semi-finition peut être nécessaire avant la finition.
Après l'ébauche, il est conseillé de laisser les pièces refroidir naturellement. Cela permet d'éliminer les contraintes internes générées lors de l'ébauche et de réduire les déformations. La surépaisseur d'usinage restante après l'ébauche doit être supérieure à la déformation prévue, généralement de 1 à 2 mm. Lors de la finition, il est important de maintenir une surépaisseur d'usinage uniforme sur la surface finie, typiquement de 0,2 à 0,5 mm. Cette uniformité garantit la stabilité de l'outil de coupe pendant l'usinage, ce qui réduit considérablement les déformations de coupe, améliore la qualité de surface et assure la précision du produit.
Compétences opérationnelles pour réduire la déformation lors du traitement
Les pièces en aluminium se déforment lors de leur usinage. Outre les raisons évoquées précédemment, la méthode de mise en œuvre est également primordiale.
1. Pour les pièces présentant d'importantes tolérances d'usinage, un usinage symétrique est recommandé afin d'améliorer la dissipation de la chaleur et d'éviter sa concentration. Par exemple, lors de l'usinage d'une tôle de 90 mm d'épaisseur jusqu'à 60 mm, si une face est usinée immédiatement après l'autre, la tolérance de planéité finale peut atteindre 5 mm. En revanche, avec un usinage symétrique à avances successives, où chaque face est usinée deux fois à sa dimension finale, la planéité peut être réduite à 0,3 mm.
2. Lorsqu'une pièce en tôle comporte plusieurs cavités, il est déconseillé d'utiliser la méthode de traitement séquentiel, qui consiste à traiter une cavité à la fois. Cette approche peut engendrer des contraintes inégales sur les pièces, provoquant des déformations. Il est préférable d'utiliser une méthode de traitement par couches, où toutes les cavités d'une couche sont traitées simultanément avant de passer à la couche suivante. Ceci garantit une répartition uniforme des contraintes sur les pièces et minimise le risque de déformation.
3. Pour réduire l'effort de coupe et la chaleur, il est important d'ajuster la profondeur de passe. Parmi les trois composantes de cette profondeur, la profondeur de passe en retrait a un impact significatif sur l'effort de coupe. Si la surépaisseur est excessive et que l'effort de coupe lors d'une seule passe est trop élevé, cela peut entraîner une déformation des pièces, affecter négativement la rigidité de la broche de la machine-outil et réduire la durée de vie de l'outil.
Bien que la réduction du dépouillement puisse prolonger la durée de vie de l'outil, elle peut également diminuer la productivité. Cependant, le fraisage à grande vitesse en usinage CNC permet de pallier efficacement ce problème. En réduisant le dépouillement et en augmentant en conséquence l'avance et la vitesse de la machine-outil, l'effort de coupe peut être diminué sans compromettre la productivité.
4. L'ordre des opérations de coupe est important. L'ébauche vise à optimiser l'efficacité d'usinage et à augmenter le rendement d'enlèvement de matière par unité de temps. Généralement, on utilise le fraisage en sens inverse pour cette étape. Lors du fraisage en sens inverse, l'excédent de matière à la surface de la pièce brute est enlevé le plus rapidement possible, formant ainsi un profil géométrique de base pour l'étape de finition.
En revanche, la finition privilégie la précision et la qualité, ce qui fait du fraisage en avalant la technique de choix. Lors du fraisage en avalant, l'épaisseur de la passe diminue progressivement de son maximum à zéro. Cette approche réduit considérablement l'écrouissage et minimise la déformation des pièces usinées.
5. Les pièces à parois minces subissent souvent des déformations dues au bridage lors de l'usinage, un problème qui persiste même pendant la finition. Pour minimiser ces déformations, il est conseillé de desserrer le dispositif de bridage avant d'atteindre la dimension finale. La pièce peut ainsi reprendre sa forme initiale, puis être resserrée délicatement – juste assez pour la maintenir en place – selon le ressenti de l'opérateur. Cette méthode permet d'obtenir des résultats d'usinage optimaux.
En résumé, la force de serrage doit être appliquée au plus près de la surface d'appui et dirigée selon l'axe de rigidité le plus robuste de la pièce. Bien qu'il soit essentiel d'empêcher le desserrage de la pièce, la force de serrage doit être réduite au minimum pour garantir des résultats optimaux.
6. Lors de l'usinage de pièces comportant des cavités, évitez que la fraise ne pénètre directement dans le matériau, contrairement à un foret. Cette approche peut entraîner un espace insuffisant pour l'évacuation des copeaux, provoquant des problèmes tels qu'une évacuation irrégulière, une surchauffe, une dilatation et un risque d'effondrement ou de rupture des composants.
Commencez par percer un trou de guidage avec un foret de diamètre égal ou supérieur à celui de la fraise. Utilisez ensuite la fraise pour les opérations de fraisage. Vous pouvez également utiliser un logiciel de FAO pour générer un programme de fraisage en spirale.
Pour plus d'informations ou pour toute question, n'hésitez pas à nous contacter.info@anebon.com
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Date de publication : 27 novembre 2024