9 types de procédés d'usinage à connaître

La première fois que je suis entré dans un véritable atelier d'usinage, c'est l'odeur qui m'a frappé en premier : une odeur métallique, forte et propre, de liquide de coupe et d'acier chaud, qui vous colle à la peau à jamais. Mon mentor, un vieux machiniste grisonnant nommé Frank, m'a tendu un cube massif de quinze centimètres d'aluminium 6061. Il était lourd, parfaitement carré et totalement inutile.

« Votre travail », dit-il d'une voix rauque par-dessus le vrombissement d'un tour au loin, « c'est de transformer ce bloc de métal en cela. » Il désigna un support complexe posé sur l'établi, un composant de presse pneumatique avec des caractéristiques d'emboîtement, des trous précis et une finition lisse et satinée. « Ce bloc est un bloc de potentiel. Votre travail consiste à retirer tout ce qui n'est pas la pièce. C'est tout l'usinage. Il ne s'agit pas d'ajouter, mais de retirer. C'est de la sculpture, mais avec des tolérances mesurées au millième de pouce. »

Cette idée unique a été le fondement de mes 25 ans de carrière. L'usinage ne consiste pas à créer quelque chose à partir de rien, comme l'impression 3D. C'est l'art et la science de soustractif fabrication: l'enlèvement contrôlé de matière pour révéler la forme souhaitée. Chaque procédé, du plus simple trou percé dans une pièce de bois au plus complexe, complexe 5 axes Le fraisage d'une aube de turbine n'est qu'une méthode différente pour éliminer l'excédent. Au cœur de cet univers de procédés se trouvent trois piliers fondamentaux, trois méthodes fondamentales qui représentent la grande majorité de tous les pièces usinées Dans le monde. Ils sont le père, le fils et le Saint-Esprit de l'atelier d'usinage : tournage, fraisage et perçage.

Quel est le principe fondamental de l’usinage ?

Avant de pouvoir comprendre les différents types d'usinage, nous devons saisir le concept qui les unit tous. À la base, l'usinage est processus d'utilisation d'une bouture outil pour créer un puceCe minuscule éclat de métal, qu'il s'agisse d'un long ruban bleu bouclé sortant d'un tour ou d'une fine poudre provenant d'un broyeur, est l'unité fondamentale de l'élimination de matière.

Toute la science de l'usinage, de la géométrie de l'outil à la science des matériaux, en passant par les vitesses et les avances, est dédiée à la création de cette puce aussi efficacement et précisément que possible. Le processus fonctionne en forçant une coupe Un outil plus dur que le matériau à usiner pénètre alors dans la pièce. Cela crée une contrainte localisée importante, provoquant le cisaillement du matériau sous forme de copeaux.

C'est le contraire de Fabrication Additive (comme l'impression 3D), qui construit des pièces couche par couche, ou fabrication formative (comme le forgeage ou l'emboutissage), qui remodèle la matière sans l'enlever. L'usinage est unique soustractif. Vous commencez avec plus matériel que vous n'en avez besoin et méthodiquement Ce procédé est apprécié pour sa capacité à produire des pièces d'une précision incroyable, d'une excellente finitions de surface, et des propriétés matérielles supérieures, car il fonctionne avec un bloc de métal solide et homogène plutôt qu'avec un assemblage de poudres ou de filaments fusionnés. Frank avait raison : c'est une sculpture, régie par les lois de la physique.

Qu'est-ce que le tournage et pourquoi est-il essentiel ?

Imaginez un potier au tour. Ses mains sont l'outil fixe, et l'argile en rotation est la pièce à travailler. C'est l'essence même de tournantIl s'agit d'un procédé d'usinage utilisé pour créer des pièces cylindriques ou coniques. pièces en faisant tourner une pièce contre une coupe à point unique outil. La machine qui effectue cette opération est le roi incontesté de l'atelier d'usinage : la tour.

Dans un tour, la pièce est maintenue fermement dans un mandrin rotatif et entraînée à grande vitesse. L'outil de coupe est monté sur un porte-outil rigide, qui est déplacé linéairement par l'opérateur (ou par ordinateur dans un cas). tour CNC).

• Lorsque l'outil bouge parallèle par rapport à l’axe de rotation, il crée un diamètre constant, un processus appelé « tournage ».
• Lorsque l'outil bouge perpendiculaire par rapport à l’axe de rotation, il crée une face plane à l’extrémité de la pièce, un processus appelé « surfaçage ».
• En déplaçant l'outil selon un angle, vous pouvez créer des cônes ou des chanfreins. Grâce à des outils de forme spéciale, vous pouvez réaliser des rainures, des filetages et des profils complexes.

Quels types de pièces sont fabriquées par tournage ?

Le tournage est le procédé de référence pour toute pièce fondamentalement ronde. Le monde en regorge :

• Arbres et essieux : Les composants rotatifs qui transmettent la puissance dans tout, d'un moteur de voiture à une éolienne.
• Goupilles et chevilles : Utilisé pour localiser et aligner les composants avec une grande précision.
• Boulons et vis : Les filetages sur une fixation sont une opération de tournage classique.
• Poulies et brides : Roues rainurées pour courroies et disques plats pour raccordement de tuyaux.
• Buses et raccords : Conique et pièces filetées pour contrôler le débit du fluide.

Le tour est l'une des plus anciennes machines-outils. Son principe est simple mais incroyablement puissant. C'est le principal moyen utilisé pour créer des pièces rotatives.

Qu'est-ce que le fraisage et en quoi diffère-t-il du tournage ?

Si tourner est le tour du potier, fraisage est le ciseau du sculpteur. En fraisage, les rôles sont inversés : l'outil de coupe tourne, tandis que la pièce est maintenue immobile sur une table mobile. La machine utilisée est une fraisage click, souvent appelé « moulin ».

L'outil de coupe, connu sous le nom de fin moulin or moulin à visage, possède généralement plusieurs arêtes de coupe (goujons). La pièce y est introduite grâce à sa rotation à grande vitesse. En déplaçant la table sur les axes X, Y et Z, l'opérateur peut créer une grande variété de formes.

• Surfaçage : Utilise une fraise de grand diamètre pour créer une surface parfaitement plane sur le dessus d'une pièce.
• Fraisage périphérique (ou fraisage en bout) : Utilise le côté du couteau rotatif pour créer des parois verticales, des fentes et des épaulements.
• Poches: Usinage d'un évidement ou d'une cavité dans la surface d'une pièce.
• Contouring: Utiliser le moulin pour suivre un chemin 2D ou 3D complexe, créant des surfaces courbes et des formes organiques.

Quels types de pièces sont fabriquées par fraisage ?

Le fraisage est utilisé pour créer des formes prismatiques (non cylindriques). C'est la technique de base pour la création des composants de la plupart des machines :

• Blocs moteurs : Les caractéristiques internes et externes complexes sont toutes fraisées.
• Supports et boîtiers : Composants qui maintiennent d’autres pièces en place.
• Moules et matrices : Pour injection moulage et emboutissage, nécessitant des cavités 3D complexes.
• Collecteurs: Blocs de métal avec des passages de fluides complexes et interconnectés.

La différence fondamentale entre le tournage et le fraisage réside dans ce qui bouge. Le tournage fait tourner la pièce ; le fraisage fait tourner l'outil. Cette simple distinction crée deux univers de formes possibles totalement différents. En fait, la plupart des pièces complexes nécessitent les deux procédés : un arbre peut être usiné sur un tour pour obtenir sa forme ronde, puis transféré vers une fraiseuse pour y insérer un méplat ou une rainure de clavette.

Pourquoi le perçage est-il considéré comme un processus d’usinage de base ?

Le troisième pilier est le plus simple et le plus familier : forageIl s'agit du procédé de création d'un trou rond dans une pièce. Comme le fraisage, il utilise un outil de coupe rotatif, mais avec une différence essentielle : l'outil, appelé foret, se déplace uniquement le long de son propre axe (l'axe Z), plongeant directement dans la matière.

Alors qu'une perceuse à main est un outil ménager courant, dans un atelier d'usinage, le perçage est effectué sur une perceuse Pour plus de précision, ou pour une opération sur une fraiseuse ou un tour. La perceuse à colonne assure une perforabilité parfaite du trou et permet à l'opérateur d'appliquer une pression contrôlée et constante.

Le perçage est souvent la première étape avant d'autres opérations. Par exemple, il faut percer un trou avant de pouvoir le tarauder pour créer des filetages, ou avant d'utiliser un outil d'alésage pour agrandir le trou et le rendre plus précis.

Le forage est omniprésent. Il est utilisé pour :

• Création de trous de dégagement pour boulons et vis.
• Réalisation de trous pilotes pour des opérations de forage plus importantes.
• Perçage de passages pour fluides ou câblages.
• Réduire le poids d'un composant.

Ces trois procédés – tournage, fraisage et perçage – constituent la base de la fabrication soustractive. Ce sont les principaux outils utilisés pour façonner le métal. Mais ce ne sont pas les seuls. Que se passe-t-il lorsqu'on a besoin d'un trou parfaitement carré, d'une finition miroir, ou de couper un matériau si dur qu'un outil classique ne peut même pas le rayer ? Pour cela, il faut faire appel à des spécialistes.

Nous avons rencontré les trois maîtres de l'atelier d'usinage : le tournage, le fraisage et le perçage. Ce sont les engins de terrassement, ces porteurs de charges lourdes chargés d'ébaucher les formes primaires de la plupart des composants. Ils prennent un bloc solide et lui donnent la forme générale d'un support, d'un arbre ou d'un boîtier. Mais que se passe-t-il lorsque la « forme générale » ne suffit pas ? Qu'en est-il du dernier millième de pouce qui fait la différence entre un ajustement approximatif et une surface d'appui précise ? Qu'en est-il des formes qu'aucun outil rotatif ne peut créer ? Pour relever ces défis, nous devons faire appel à des spécialistes.

Frank appelait cela « la différence entre les charpentiers et les ébénistes ». Les charpentiers (tournage et fraisage) construisent la maison : elle est solide, fonctionnelle et a une forme parfaite. Mais les ébénistes interviennent pour créer une finition impeccable, des assemblages parfaits et les détails complexes qui transforment une structure en œuvre d'art. En usinage, nos ébénistes maîtrisent les procédés de meulage, de sciage et de brochage. Et lorsque nous rencontrons un problème que même le meilleur artisan ne peut résoudre avec un outil conventionnel, nous nous tournons vers des procédés magiques : des procédés non traditionnels comme l'électroérosion.

Quand le meulage est-il un meilleur choix que le fraisage ou le tournage ?

Imaginez essayer de découper un morceau de granit avec un couteau en acier. Le couteau, plus tendre, s'émousserait et patinerait sur la surface. C'est précisément le problème rencontré par les machinistes travaillant avec du granit trempé. acier ou lorsqu'ils ont besoin d'une finition de surface si lisse qu'il est comme un miroir. La solution est broyage.

Le meulage est un procédé d'usinage qui utilise une meule abrasive rotative pour enlever de très petites quantités de matière. C'est une version ultra-rapide et ultra-précise du ponçage. Au lieu d'une seule arête de coupe, la meule est composée de millions de grains abrasifs microscopiques et ultra-durs (comme l'oxyde d'aluminium ou le bore cubique). nitrure). Chaque petit grain agit comme un outil de coupe microscopique, rasant un minuscule éclat.

Pourquoi choisir le broyage ?

Vous vous tournez vers le broyage pour deux raisons principales :

1. Travailler avec des matériaux durs : Après avoir subi un traitement thermique pour la rendre dure et résistante à l'usure (comme un roulement à billes ou un outil de coupe), une pièce en acier est souvent trop dure pour être usinée efficacement avec un tour ou une fraiseuse traditionnelle. Le meulage est l'un des rares moyens de façonner ces matériaux durcis.
2. Atteindre une haute précision et une finesse Finitions de surface : Le meulage peut produire des pièces Avec des tolérances dimensionnelles et des états de surface nettement supérieurs à ceux du fraisage ou du tournage. Alors qu'une bonne fraise peut avoir une tolérance de +/- 0.001 pouce (un millième de pouce), une rectifieuse peut facilement atteindre +/- 0.0001 pouce (un dix millième de pouce). La surface obtenue est incroyablement lisse et souvent réfléchissante.

Les rectifieuses se présentent sous diverses formes, telles que rectifieuses de surface (pour créer des surfaces parfaitement planes), rectifieuses cylindriques (pour la finition de l'extérieur des arbres), et broyeurs internes (pour la finition de l'intérieur des trous). Il s'agit presque toujours d'une opération de finition, effectuée après que la majeure partie de la matière ait été enlevée par tournage ou fraisage. C'est le dernier usinage précis qui apporte une partie à sa finale dimension.

Pourquoi le sciage est-il considéré comme un processus d’usinage ?

Il peut sembler étrange de mettre une simple scie dans la même catégorie qu'un outil de plusieurs millions de dollars. Moulin CNC, mais le sciage est un procédé d'usinage légitime et essentiel. Comme tout autre procédé d'usinage, il utilise un outil coupant (une lame dentée) pour enlever de la matière sous forme de copeaux afin de créer une forme (une découpe).

Le plus commun machine à scier industrielle est le scie à ruban, qui utilise une longue lame continue se déplaçant dans une seule direction. C'est bien plus efficace qu'une scie à métaux alternative. Les scies industrielles utilisent également un flux constant de liquide de refroidissement pour empêcher la lame de surchauffer et évacuer les copeaux, permettant des coupes étonnamment rapides et précises.

Quel est le rôle du sciage dans un atelier d'usinage ?

Le sciage a une fonction principale et indispensable : couper le stock brut à une taille gérableAvant que tout tournage ou fraisage puisse avoir lieu, cette barre d'acier de 20 pieds de long ou cette plaque de 4 pieds sur 8 pieds de l'aluminium doit être coupé dans une pièce brute, c'est-à-dire une pièce légèrement plus grande que la pièce finale. La scie est l'outil idéal pour ce travail.

Bien que moins précise que d'autres opérations d'usinage, une scie industrielle moderne peut néanmoins respecter des tolérances de quelques centièmes de pouce, ce qui est largement suffisant pour la création des ébauches initiales. Sans elle, tous les ateliers d'usinage du monde seraient à l'arrêt. C'est la première opération de la vie de presque toutes les pièces usinées.

Comment usiner un trou carré ?

C'est une énigme classique pour machinistes. Un foret, par nature, crée un trou rond. Une fraise peut créer une poche à fond plat, mais comme c'est un outil rond et rotatif, elle laissera toujours un rayon dans les angles. Alors, comment obtenir un angle intérieur parfaitement net et carré ? La réponse est un procédé astucieux et puissant appelé brochage.

A broche Il s'agit d'un outil long doté d'une série de dents coupantes disposées en hauteur ascendante. Lorsque la broche est poussée ou tirée à travers un trou rond pré-percé, chaque dent successive réalise une coupe légèrement plus profonde. Les dents finales de la broche épousent parfaitement la forme de l'élément souhaité. Le processus est incroyablement rapide – un seul passage suffit – et extrêmement répétable.

À quoi sert le brochage ?

Le brochage est la méthode de référence pour créer des formes internes spécifiques et non rondes :

• Clavettes internes : Fente carrée ou rectangulaire dans l'alésage d'un engrenage ou d'une poulie, qui s'adapte à une clavette sur un arbre, l'empêchant ainsi de glisser. C'est l'utilisation la plus courante du brochage.
• Splines : Une série de rainures de clavette disposées autour de l'intérieur d'un trou, utilisée pour les applications à couple élevé comme dans les transmissions automobiles.
• Trous carrés, hexagonaux ou double D : Pour fixations spéciales ou interfaces d'outils.

La principale limitation du brochage est que l'outil est spécifique à une forme et une taille, ce qui le rend particulièrement adapté à production à haut volume où le coût de la commande L'utilisation d'un brochage peut être justifiée. Pour une pièce unique, un machiniste utilisera probablement une autre méthode, comme l'électroérosion.

Comment l’électricité peut-elle être utilisée pour usiner le métal ?

Frank avait un kit d'extraction de robinet cassé, composé simplement de petites tiges métalliques et d'une grosse alimentation. Un jour, un débutant a cassé un robinet en acier trempé au fond d'un précieux moteur en aluminium Bloc. Aucune perceuse ne pouvait toucher le taraud, et essayer de le retirer abîmerait les filetages. Frank installa calmement son kit. Il utilisa une tige de laiton comme électrode, immergea la zone dans un fluide diélectrique et commença à envoyer un courant électrique à haute fréquence. En l'heure suivante, dans un léger bourdonnement, le taraud se désintégra en poussière, laissant les filetages en aluminium intacts. C'était de la pure magie.

Cette magie est Usinage par électroérosion (EDM)C'est un non-traditionnel processus d'usinage qui enlève de la matière Utilisant une série de décharges électriques rapides et récurrentes (étincelles) entre une électrode (l'outil) et la pièce. La pièce et l'électrode sont immergées dans un fluide diélectrique, qui agit comme isolant jusqu'à ce qu'une tension suffisante soit appliquée pour créer une étincelle. Chaque étincelle crée une minuscule poche de chaleur intense (8 000 à 12 000 °C), faisant fondre et vaporiser une particule microscopique de la pièce, qui est ensuite évacuée par le fluide.

Pourquoi l’EDM est-elle si puissante ?

Le mécanisme unique de l'EDM lui confère plusieurs avantages incroyables :

• Il peut usiner n’importe quel matériau conducteur, quelle que soit sa dureté. C'est là son super pouvoir. Il est utilisé pour travailler les aciers à outils trempés, le carbure et les superalliages exotiques impossibles à usiner de manière conventionnelle.
• Il ne crée aucune force de coupe. Comme l'électrode ne touche jamais physiquement la pièce, il n'y a pas de pression de l'outil, ce qui permet la création d'éléments extrêmement fragiles à parois minces sans distorsion.
• Il peut créer des formes complexes. L'électrode peut être usinée dans n'importe quelle forme, permettant la création de cavités et de caractéristiques complexes qui sont impossibles avec des outils rotatifs, y compris des coins internes pointus.

Il existe deux types principaux : EDM par enfonçage (qui utilise une électrode formée pour « enfoncer » une forme dans la pièce, comme pour la fabrication d’une cavité de moule) et EDM de fil (qui utilise un fil de laiton fin et enroulé en continu comme électrode pour réaliser des coupes 2D précises, comme une scie à ruban de haute technologie). L'EDM est plus lent et plus coûteux que l'usinage conventionnel, mais pour les bons travaux, ce n'est pas seulement la meilleure option, c'est la seule option.

Nous disposons désormais d'une boîte à outils complète, de la puissance brute d'un tour à la précision chirurgicale d'une machine d'électroérosion. Mais comment choisir l'outil à utiliser ? Dans la dernière section, nous construirons l'outil ultime. liste de contrôle de conception pour la fabricabilitéJe vais vous donner les cinq commandements pour concevoir des pièces usinées et expliquer comment une simple décision sur un dessin peut signifier la différence entre une pièce de 10 $ et une pièce de 1 000 $.

Nous avons visité l'atelier dans son intégralité, depuis les tours robustes qui enlèvent des copeaux massifs jusqu'à l'étincelle éthérée de l'EDM machine qui vaporise le métal sans même le toucher. Nous avons vu la puissance brute, la précision et la magie de la spécialité. Mais un machiniste ne se contente pas de savoir how pour faire fonctionner ces machines ; un grand machiniste sait why et quand pour utiliser chacun d'eux. Et un grand l'ingénieur conçoit des pièces d’une manière qui rend ce choix facile, efficace et bon marché.

Ce pont entre la conception et la production s'appelle Conception pour la manufacturabilité (DFM)Frank avait une méthode brutale mais efficace pour enseigner cela. Si un jeune ingénieur lui apportait un dessin présentant une caractéristique « impossible » – comme un angle interne parfaitement net sur une poche fraisée – il ne refusait pas. Il disait : « Bien sûr, je peux le faire. Ça me prendra quatre heures sur la machine d'électroérosion, et ça vous coûtera 800 $. » Puis il marquait une pause, sortait son stylo rouge, dessinait un petit rayon dans l'angle et disait : « Ou vous pouvez me laisser utiliser une fraise de 6 mm, j'aurai fini en cinq minutes, et ça vous coûtera 20 $. À vous de choisir. » C'était une leçon à retenir une seule fois. Le coût d'une pièce ne se détermine pas en atelier, mais lors de la phase de conception.

Comment concevoir une pièce facile à usiner ?

Le principe fondamental de la DFM pour l'usinage est de respecter la nature des outils. La grande majorité des usinages sont réalisés avec des fraises rotatives. Ce principe simple faits marquants Les cinq commandements de la conception de pièces usinées rentables. Les suivre fera de vous un héros auprès de vos machinistes et fera économiser une fortune à votre entreprise. Les ignorer est le moyen le plus rapide de concevoir une pièce inutilement coûteuse, voire impossible à réaliser.

Commandement 1 : Tu aimeras les rayons dans les angles intérieurs

Comme nous l'a appris Frank, une fraise rotative ne peut pas créer d'angle interne vif. Elle laissera toujours un rayon égal à celui de l'outil. Exiger un angle vif (un « rayon nul ») impose un procédé secondaire, beaucoup plus coûteux, comme l'électroérosion.

• Bon design: Arrondissez généreusement tous les angles verticaux internes. En règle générale, un rayon d'au moins 3 mm (1/8 po) ou plus est recommandé. Mieux encore, spécifiez un rayon « R max. 0.125 », ce qui permet à l'opérateur d'utiliser n'importe quel outil jusqu'à un diamètre de 6 mm (0,63 po).
• Mauvaise conception : Appeler un coin serré avec R0 ou un très petit rayon qui nécessite une fraise minuscule, fragile et coûteuse.

Commandement 2 : Tu maintiendras la profondeur des trous à un niveau raisonnable

Percer un trou profond de petit diamètre est l'une des opérations les plus difficiles dans un atelier d'usinage. Plus le trou est profond, plus il est difficile pour les copeaux de s'échapper et pour le liquide de refroidissement d'atteindre la pièce. arête de coupe. Le foret peut se boucher, surchauffer et se casser profondément à l'intérieur de la pièce. défaillance catastrophique.

• Bon design: Évitez autant que possible les trous dont le rapport profondeur/diamètre est supérieur à 4:1. Si vous devez réaliser un trou profond, attendez-vous à une augmentation significative du coût, car l'opérateur devra utiliser des cycles spéciaux de perçage par enfoncement (perçage léger, retrait pour évacuer les copeaux, puis répétition), ce qui prend beaucoup plus de temps.
• Mauvaise conception : Spécifier un trou de 1/8″ de diamètre et de 2 pouces de profondeur dans un morceau de acier inoxydable sans une très, très bonne raison.

Rapport épaisseur de la commande/épaisseur de la paroi. Cela peut entraîner des vibrations (« broutement ») pendant l'usinage, ce qui entraîne une mauvaise finition de surface et peut même casser l'outil de coupe.

• Bon design: Maintenez des parois épaisses et robustes. Si vous usinez un boîtier ou une poche, assurez-vous que les parois ont au moins 1.5 mm d'épaisseur pour l'aluminium et 0.8 mm pour l'acier, voire plus si possible.
• Mauvaise conception : Concevoir une pièce avec de longues parois non soutenues, aussi fines que du papier.

Commandement 4 : Tu minimiseras le nombre de configurations

Chaque fois que le le machiniste doit desserrer la pièce, le faire pivoter et le refixer dans une nouvelle orientation pour accéder à différentes fonctionnalités, cela prend du temps et présente un risque d'erreur. C'est ce qu'on appelle un « setup ». Une pièce qui peut être entièrement usiné d'un côté (une seule configuration) est toujours moins cher qu'une pièce qui doit être retournée cinq fois.

• Bon design: Essayez de concevoir des éléments sur le même plan ou accessibles depuis la même direction. Si des éléments doivent être situés sur des côtés opposés, assurez-vous que des surfaces parallèles permettent à l'opérateur de les serrer pour le deuxième réglage.
• Mauvaise conception : Un cube avec une caractéristique complexe et précise sur ses six faces, nécessitant six configurations distinctes et un réalignement méticuleux à chaque fois.

Commandement 5 : Tu normaliseras

Les machinistes disposent d'outils de tailles standard (forets, fraises, tarauds) facilement accessibles. Concevoir une pièce nécessitant un outil non standard, c'est comme demander à un charpentier de construire une maison avec des vis nécessitant un tournevis spécial sur mesure. C'est possible, mais c'est lent et coûteux.

• Bon design: Utilisez des diamètres de trou standard correspondant aux forets courants. Utilisez des filetages standard comme 1/4″-20 ou M6. Adaptez les rayons de vos coins aux diamètres de fraises courants (par exemple, un rayon de 0.25″ pour une fraise de 0.5″).
• Mauvaise conception : Spécification d'un trou de 0.317 pouce de diamètre ou un filetage 7/16″-18. L'opérateur devra commander un outil spécial, ce qui augmentera les coûts et les délais de réalisation.

Comment choisir le bon procédé d’usinage ?

Maintenant que nous connaissons les principes de la DFM, comment relier une conception au processus approprié ? Il s'agit d'un arbre logique qui se résume souvent à quatre questions clés : matériau, précision, géométrie et quantité.

Étude de cas : Le support simple

Imaginons que nous devions fabriquer un support simple en L à partir d'un bloc d'aluminium. Il comporte deux trous traversants et un trou fileté.

1. Matériel? Aluminium. Il est tendre et facile à couper. Tous les procédés conventionnels (sciage, fraisage, perçage, taraudage) sont possibles.
2. Précision? Tolérances standard de +/- 0.005″. Aucun problème pour une norme Moulin CNCAucun broyage requis.
3. Géométrie? Une forme prismatique simple avec des trous. C'est la base du fraisage et du perçage. Pas de courbes complexes ni d'angles internes qui nécessiteraient l'électroérosion ou le brochage.
4. Quantité? Nous avons besoin de 500 pièces.

Le plan de fabrication :

1. Sciage: Coupez 500 flans à partir d'une longue barre d'aluminium.
2. Fraisage (Configuration 1) : Serrez la pièce brute dans un étau. Utilisez une grande fraise à surfacer pour usiner la surface supérieure à plat. Utilisez une fraise à queue pour usiner le profil extérieur de la forme en « L ».
3. Forage: Utilisez un foret pour créer les deux trous traversants et le trou pilote pour le filetage.
4. Tapotement: Utilisez un taraud pour couper les filets dans le troisième trou.
5. Fraisage (Configuration 2) : Retournez la pièce, ajustez l'autre côté à l'épaisseur finale.
6. Ébavurage: Faites tourner les pièces pour éliminer les bords tranchants.

Il s’agit d’un plan simple et rentable qui s’appuie sur les « trois grands » processus.

Étude de cas : la cavité du moule en acier trempé

Maintenant, concevons une cavité pour un Moule d'injectionIl sera utilisé pour gagner des millions de pièces en plastique.

1. Matériau ? Acier à outils A2Traité thermiquement à 60 HRC, ce matériau est incroyablement dur et résistant à l'usure. Le fraisage et le perçage conventionnels sont désormais exclus pour les opérations de finition.
2. Précision? Extrêmement élevé. Tolérances de +/- 0.0002″ et effet miroir finition de surface sont nécessaires pour garantir que les pièces en plastique libérer proprement.
3. Géométrie? Une forme complexe et organique avec plusieurs petits coins internes pointus.
4. Quantité? Juste une.

Le plan de fabrication :

1. Sciage: Découpez une ébauche dans un bloc d'acier à outils A2 recuit (doux).
2. Fraisage: Pendant que l'acier est encore mou, utilisez un Fraiseuse CNC à usiner le forme générale de la cavité, laissant environ 0.010″ de matériau supplémentaire sur toutes les surfaces critiques. C'est ce qu'on appelle « l'ébauche ».
3. Traitement thermique: Envoyez le bloc ébauché à une installation de traitement thermique pour qu'il soit durci à 60 HRC.
4. Broyage: Utilisez une rectifieuse de surface pour amener les faces extérieures du bloc à leurs dimensions finales et précises.
5. GED: Il s'agit de la étape cléCréez une électrode en graphite ou en cuivre reproduisant exactement la forme inverse de la cavité finale. Utilisez une machine d'électroérosion par enfonçage pour graver lentement et précisément la forme finale dans le bloc d'acier trempé, créant ainsi des angles vifs et des détails précis que le fraisage ne permettait pas.
6. Polissage: Polissez la cavité à la main pour obtenir la finition miroir souhaitée.

Ici, le processus est dicté par la dureté du matériau et la complexité de la géométrie, ce qui nous oblige à utiliser des procédés spécialisés de rectification et d'électroérosion. Le coût d'une seule pièce s'élève à des milliers de dollars, justifié par son rôle dans la production de millions de pièces en plastique bon marché.

Conclusion : Une symphonie de soustraction

Le monde de l'usinage est une symphonie de soustraction. Chacun des neuf procédés que nous avons explorés est un instrument doté d'une voix unique et d'un rôle spécifique. La puissance brute du tournage et du fraisage réside dans les percussions et les basses, qui donnent le rythme fondamental à la pièce. Le perçage apporte des notes nettes et précises. Les procédés de finition – meulage, sciage et brochage – sont les bois et les cordes, apportant les mélodies et les harmonies raffinées qui donnent vie à la pièce. Et les méthodes non traditionnelles, comme l'EDM, sont les solistes, capables de réaliser des prouesses époustouflantes qu'aucun autre instrument ne peut égaler.

Un concepteur qui comprend ces instruments peut créer une pièce élégante, efficace et économique. Un concepteur qui ne le comprend pas est comparable à un compositeur qui compose un solo de trompette plus grave que ce que l'instrument peut jouer : le résultat est frustrant, coûteux et, au final, un échec. En adoptant les principes de la DFM et en respectant les capacités de chaque processus, vous ne concevez pas seulement une pièce ; vous établissez un plan de réussite, garantissant que votre vision puisse être concrétisée avec brio et à moindre coût par les musiciens qualifiés de l'atelier d'usinage.

Foire Aux Questions (FAQ)

Quel est le type d’usinage le plus courant ?

De loin, les trois types d’usinage les plus courants sont tournage, fraisage et perçageCes trois processus constituent la base de la fabrication moderne et sont responsables de la production de la grande majorité des caractéristiques des pièces usinées.

Quelle est la différence entre l'usinage et la fabrication ?

La fabrication est le terme général désignant la conversion des matières premières en produits finis. Cela peut inclure des procédés tels que le moulage, le coulage, le forgeage et Assemblée. Usinage est un spécifique sous-ensemble de fabricationIl s'agit d'un processus soustractif qui utilise des outils de coupe pour enlever de la matière et façonner une pièce, généralement une en métal ou en plastique.

L’impression 3D est-elle un type d’usinage ?

Non, l'impression 3D est l'opposé de l'usinage. L'usinage est un soustractif processus (vous commencez avec un bloc et retirez de la matière), tandis que l'impression 3D est un additif Procédé (on part de rien et on ajoute de la matière couche par couche). Ce sont deux approches de fabrication fondamentalement différentes.

Pourquoi appelle-t-on cela l’usinage « CNC » ?

Supports CNC pour Commande numérique par ordinateurLes premières machines manuelles nécessitaient un opérateur qualifié pour tourner des manivelles et tirer des leviers afin de contrôler la position de l'outil. Usinage CNC, les mouvements de l'outil sont contrôlés par un programme informatique (généralement du code G), permettant une précision incroyable, une répétabilité et la création de formes complexes qui seraient impossibles à la main.

Quel procédé d’usinage est le plus coûteux ?

En général, les processus non traditionnels sont les plus coûteux par heure. EDM Elle est souvent considérée comme l'une des plus coûteuses en raison de sa faible vitesse d'enlèvement de matière et du coût des machines et des consommables (électrodes et fluide diélectrique). Cependant, pour les tâches spécifiques qu'elle effectue (comme l'usinage de matériaux durcis), elle est souvent la plus performante. la plus rentable Solution globale. Le coût réel de toute opération dépend de la géométrie, du matériau et de la quantité de la pièce.

Références

• Degarmo, EP, Black, JT, et Kohser, RA (2017). Matériaux et procédés de fabrication de DeGarmo. Wiley.
• Groover, député (2012). Fondamentaux de la fabrication moderne : matériaux, procédés et systèmes. John Wiley et fils.
• Manuel des machines. (2020). 31e édition. Industrial Press Inc.
• Smid, P. (2008). Manuel de programmation CNC. Presses industrielles inc.

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