Quels matériaux ne peuvent pas être usinés par commande numérique ? Les erreurs les plus fréquentes des ingénieurs

L'usinage CNC est un procédé de fabrication soustractif largement utilisé pour produire des pièces complexes. Des composants en alliage d'aluminium et de titane de qualité automobile aux pièces en plastique que nous utilisons quotidiennement, les pièces usinées CNC font partie intégrante de notre vie. Cependant, l'usinage CNC n'est pas une solution universelle. Cet article explore les matériaux qui ne conviennent pas à l'usinage CNC.

Limites de l'usinage CNC en termes de matériaux

La commande numérique par ordinateur (CNC) consiste à utiliser des outils de coupe rotatifs à grande vitesse pour fraiser et percer le métal. Ce procédé d'usinage soustractif impose des exigences fondamentales en matière de rigidité et de résistance à la chaleur du matériau.

Par exemple, un matériau trop rigide peut accélérer l'usure des outils et compromettre la stabilité de coupe. Cela entraîne non seulement une hausse rapide des coûts, mais aussi une altération de la précision d'usinage des pièces.

Lors du fraisage CNC, le frottement entre la pièce et l'outil de coupe génère de la chaleur. Si la pièce ne présente pas une résistance thermique suffisante, elle risque de se déformer sous l'effet de la dilatation thermique. Les pièces usinées CNC exigeant généralement une grande précision, ce résultat est inacceptable.

 

Matériaux non adaptés à l'usinage CNC

Les matériaux inadaptés à l'usinage CNC sont principalement limités par leurs propriétés physiques, telles qu'une élasticité élevée et leur nature composite. Dans cette section, je présenterai différents types de matériaux et expliquerai pourquoi ils ne conviennent pas à l'usinage CNC.

Tableau : Matériaux non adaptés à l’usinage CNC

MatérielsTaper	Matériels	Cause
Matériaux non métalliques hautement élastiques	Silicone, polyuréthane souple, TPE (élastomère thermoplastique)	Très élastique, se déforme facilement
Matériaux cassants à haute dureté (céramiques et verre)	Céramiques en oxyde d'aluminium, verre de quartz, porcelaine industrielle, verre trempé	Fragile, sujette aux fissures, forte usure des outils
Composites en fibre de carbone	CFRP (polymère renforcé de fibres de carbone)	Abrasif, risque de délaminage, danger lié à la poussière
Métaux extrêmement mous et collants	Or de haute pureté, plomb mou, étain	Trop mou, colle à l'outil, se déforme facilement
Mousses poreuses à faible densité	Éponge, mousse plastique, matériaux expansés	Compressible, mais non usinable avec précision
Matériaux non homogènes	Bois naturel avec nœuds, matériaux recyclés, panneaux stratifiés	Densité irrégulière, force de coupe instable

Matériaux non métalliques hautement élastiques

Ces matériaux offrent une excellente flexibilité et résilience et sont couramment utilisés dans les joints industriels, l'isolation des vibrations et les biens de consommation souples. On peut citer comme exemples typiques le silicone, le polyuréthane souple et divers élastomères thermoplastiques (TPE).

LVMA CNC transforme ces matériaux par découpe à l'emporte-pièce ou par moulage par injection.

Cause : Lors de l'usinage CNC, ces matériaux ont tendance à s'étirer ou à se déformer lorsqu'ils sont exposés à des outils de coupe en rotation rapide, ce qui entraîne des surfaces usinées rugueuses et irrégulières et rend difficile l'obtention des tolérances souhaitées.

Matériaux cassants à haute dureté (céramiques et verre)

Bien que ces matériaux présentent une excellente résistance à la chaleur et une grande stabilité chimique, leurs structures cristallines sont extrêmement fragiles et dépourvues de la ductilité des métaux. On peut citer comme exemples diverses céramiques industrielles, le quartz, la porcelaine décorative et le verre trempé ayant subi un traitement thermique pour accroître sa résistance. Comparés à l'usinage CNC, ces matériaux sont mieux adaptés à des procédés tels que la découpe au jet d'eau et l'usinage par ultrasons.

CauseLorsque les forces de coupe mécaniques issues de l'usinage CNC sont appliquées, des microfissures peuvent facilement se former en surface, entraînant l'écaillage ou la fragmentation complète de la pièce. De plus, la dureté élevée du matériau peut provoquer une usure prématurée de l'outil de coupe.

Composites en fibre de carbone

Il s'agit d'un nouveau type de matériau structurel léger, obtenu par l'assemblage de fibres de carbone haute rigidité et d'une matrice de résine. Il est fréquemment utilisé dans l'aéronautique, la course automobile et les équipements sportifs haut de gamme où le poids et la résistance sont primordiaux. Ce matériau est généralement mis en œuvre par moulage par compression et découpe laser.

CauseLa fibre de carbone présente une résistance extrême à l'abrasion lorsque Fraisage CNCCe procédé entraîne un émoussement rapide des outils. De plus, l'usinage provoque souvent un délaminage et un déchirement entre les couches, et les fines poussières conductrices qui en résultent constituent un risque pour la santé des opérateurs.

Métaux extrêmement mous et collants

De par leur structure atomique interne, ces métaux présentent une ductilité extrêmement élevée et une dureté à la compression très faible. Leur bonne fluidité à l'état fondu permet généralement leur mise en forme par moulage à la cire perdue. Le plomb, l'étain et l'or massif de haute pureté en sont des exemples bien connus. Pour la fabrication de pièces à parois minces, on peut recourir à l'emboutissage.

CauseLors de la découpe à grande vitesse par des outils CNC, ces métaux non seulement ne produisent pas de copeaux nets, mais, sous l'effet de la chaleur et de la pression, deviennent collants et adhèrent au tranchant comme une pâte. Ils peuvent même se déformer immédiatement lors du serrage dans des étaux ou des dispositifs de fixation, car ils ne résistent pas à la force de serrage.

Mousses poreuses à faible densité

La caractéristique principale de ces matériaux est leur structure interne remplie de nombreuses poches d'air. Malgré leur volume important, leur rigidité structurelle globale est extrêmement faible, ce qui les rend très compressibles. La mousse de polyuréthane et le polystyrène expansé en sont des exemples courants. Pour une efficacité de découpe optimale, nous recommandons généralement l'électroérosion à fil, la découpe laser ou la découpe à l'emporte-pièce.

CauseLorsqu'un outil CNC tente de découper ce matériau, la compression provoque un affaissement continu vers l'intérieur. Une fois l'outil retiré, le matériau reprend sa forme initiale, ce qui engendre des dimensions de coupe totalement incontrôlables. Dans les cas les plus graves, une fusion localisée peut se produire en raison de la chaleur de friction générée par la rotation à grande vitesse.

Matériaux non homogènes

Ces matériaux présentent généralement des variations importantes de densité et de dureté selon leur section, dues à leur croissance naturelle, à des méthodes de transformation rudimentaires ou à la contamination par des matériaux recyclés. On peut citer comme exemples les grumes naturelles avec nœuds, les plastiques recyclés contenant des corps étrangers non identifiés et les panneaux stratifiés dont les couches d'adhésif sont appliquées de manière irrégulière. Pour ces matériaux, il est généralement recommandé d'utiliser des machines à bois manuelles traditionnelles pour un usinage à basse vitesse. En revanche, les matériaux en bois à texture uniforme peuvent être usinés en surface par commande numérique (CNC).

CauseLorsqu'une broche CNC tourne à grande vitesse, si elle passe brusquement d'une zone de faible densité à un nœud ou un corps étranger de haute dureté, la force de coupe augmente instantanément. Cet impact imprévisible peut facilement provoquer de fortes vibrations de la machine, voire entraîner la rupture de l'outil ou endommager l'équipement.

Conclusion

Le choix du matériau est crucial pour l'usinage CNC. Un matériau inadapté peut engendrer divers problèmes : usure excessive des outils, allongement des temps d'usinage, risques de blessures et non-obtention des résultats escomptés. Choisir le bon matériau pour votre pièce est la première étape de l'usinage CNC.

Si vous avez un projet en cours et que vous hésitez sur le choix du matériau, cliquez sur le bouton ci-dessous pour nous soumettre une demande. Les ingénieurs de LVMA CNC analyseront immédiatement votre pièce et vous fourniront des recommandations sur les matériaux les plus adaptés.

FAQ

Quelles sont les limites de l'usinage CNC ?