Usinabilité des matériaux des pièces dans l'usinage CNC

L'usinabilité désigne la facilité avec laquelle un matériau peut être découpé pour obtenir la forme, les dimensions et la finition requises. Elle influe directement sur la durée d'usinage, l'usure des outils, l'état de surface et le coût de la pièce. Cependant, le matériau doit également répondre aux exigences de la pièce en matière de résistance, de poids, de résistance à la corrosion et de conductivité ; le choix approprié consiste donc à trouver le juste équilibre entre ces différents critères. Un service d’usinage CNC peut vous aider à trouver cet équilibre pour votre pièce.

Réponse rapide : le laiton (C360) et l’aluminium (6061, 7075) sont les métaux les plus faciles à usiner par CNC. Les aciers au carbone et alliés (1018, 1045, 4140) ainsi que l’acier inoxydable de nuance 303 sont modérément faciles à usiner. Les aciers inoxydables standard (304, 316) et le cuivre pur (C110) sont plus difficiles à usiner, tandis que le titane (grade 5) est le plus difficile parmi les métaux abordés ici. Ces métaux plus durs restent néanmoins largement utilisés pour leur résistance à la corrosion, leur conductivité ou leur rapport résistance/poids.

Que signifie « usinabilité » ?

Un métal présentant une bonne usinabilité se coupe rapidement, use peu les outils et laisse une surface lisse. Une mauvaise usinabilité se traduit par une coupe plus lente, une usure plus rapide des outils et des coûts d’ s plus élevés lorsque vous passez commande auprès d’un service d’usinage CNC. Les principaux facteurs sont la dureté (les métaux plus durs usent plus rapidement les outils), la chaleur (certains métaux retiennent la chaleur au niveau de l'outil de coupe, ce qui l'endommage) et le durcissement pendant la coupe (certains métaux, tels que l'acier inoxydable et le titane, durcissent au fur et à mesure qu'ils sont coupés).

Métaux destinés à l'usinage CNC et leurs propriétés

1. Laiton (C360) - excellente usinabilité

Le laiton C360 se coupe très rapidement, se fragmente en petits copeaux nets et offre une finition lisse tout en entraînant une usure minimale de l'outil. Il présente un faible coefficient de frottement, une bonne résistance à la corrosion et un aspect esthétique, et est utilisé pour la fabrication de pièces de vannes, de raccords, de connecteurs et d'éléments décoratifs. Le C360 contenant du plomb, un laiton sans plomb peut s'avérer nécessaire pour les pièces destinées à l'eau potable.

2. Aluminium (6061, 7075) - excellente usinabilité

L'aluminium est le matériau le plus couramment usiné par CNC et se coupe beaucoup plus rapidement que l'acier, ce qui permet de maintenir des coûts bas. Il pèse environ un tiers du poids de l'acier, est naturellement résistant à la corrosion et conduit bien la chaleur. Le 6061 est la nuance à usage général. Le 7075 est beaucoup plus résistant tout en restant facile à usiner, ce qui le rend adapté aux pièces soumises à de fortes contraintes. Parmi ses applications typiques, on trouve les boîtiers, les supports, les dissipateurs thermiques, les pièces aérospatiales et les prototypes.

3. Acier au carbone et acier allié (1018, 1045, 4140) – bonne usinabilité

Ces aciers offrent une résistance et une ténacité élevées pour un faible coût des matériaux, mais la plupart nécessitent un revêtement pour éviter la rouille. Le 1018 est peu coûteux et facile à usiner et à souder. Le 1045 est plus résistant mais un peu plus difficile à usiner. Le 4140 peut être usiné à l'état mou puis traité thermiquement, ou acheté déjà trempé. Il est généralement utilisé pour la fabrication d'arbres, d'engrenages, de gabarits et de montages.

4. Acier inoxydable (303, 304, 316) - usinabilité moyenne

L'acier inoxydable offre une grande solidité et une excellente résistance à la corrosion, mais il est plus difficile à usiner que l'acier au carbone. Il se durcit au fur et à mesure de l'usinage et accumule de la chaleur au niveau de l'outil ; il nécessite donc des outils bien affûtés et une vitesse de coupe plus lente. La nuance 303 est la plus facile à usiner, mais elle est légèrement moins résistante à la corrosion et n'est pas recommandée pour le soudage. La nuance 304 est la plus courante. La nuance 316 offre la meilleure résistance à l'eau salée et aux produits chimiques, mais c'est la plus difficile à usiner des trois. Elle est généralement utilisée dans les secteurs médical, agroalimentaire et pour les pièces marines.

5. Cuivre (C110) - usinabilité moyenne

Le cuivre est choisi pour sa conductivité électrique et thermique, et non pour sa facilité d'usinage. Il est mou et collant, forme de longs copeaux qui adhèrent à l'outil et nécessite des outils très tranchants. La nuance C110 est la nuance standard utilisée pour les barres omnibus, les contacts électriques, les échangeurs de chaleur et les équipements RF.

6. Titane (grade 2, grade 5) – usinabilité difficile

Le titane est idéal pour les pièces qui doivent être légères et très résistantes, mais c'est le plus difficile à usiner parmi les métaux abordés ici. Il retient la chaleur au niveau de l'outil de coupe et use rapidement les outils ; il doit donc être usiné lentement avec une grande quantité de liquide de refroidissement, ce qui augmente le coût. Résistant à la corrosion et sans danger pour le corps humain, il est utilisé pour les pièces aérospatiales, les implants médicaux et les pièces haute performance. La nuance 5 est la plus couramment utilisée. La nuance 2 est plus tendre et plus facile à usiner, mais moins résistante.

Usinabilité des plastiques couramment utilisés en CNC

Les plastiques se découpent rapidement sans trop user les outils, mais ils peuvent fondre sous l'effet de la chaleur générée par la découpe, se déformer sous la pression exercée lors de la découpe et changer de dimensions en fonction de la température ; il est donc plus difficile d'obtenir des dimensions précises. Des outils bien affûtés, des coupes légères et un bon refroidissement permettent d'obtenir les meilleurs résultats.

• Acétal (Delrin) :l'acétal est un matériau rigide, présentant un faible coefficient de frottement et conservant bien sa forme. Il est utilisé pour la fabrication d'engrenages, de bagues et de pièces de précision.

• Nylon : le nylon est solide et résistant à l'usure, mais il absorbe l'humidité, ce qui peut entraîner de légères variations de ses dimensions. Il est utilisé pour la fabrication d'engrenages, de patins d'usure et d'entretoises.

• ABS : L'ABS est peu coûteux et facile à peindre, ce qui en fait un matériau très apprécié pour les prototypes, les boîtiers et les capots.

• Polycarbonate et acrylique : ce sont deux plastiques transparents. Le polycarbonate se raye facilement, tandis que l'acrylique peut se fissurer s'il est découpé de manière trop brutale. Ils sont utilisés pour fabriquer des couvercles, des vitres et des présentoirs.

• PEEK : Le PEEK est un matériau solide qui résiste à la chaleur et aux produits chimiques, mais il est coûteux. Il est utilisé pour la fabrication de pièces destinées à l'aérospatiale et au secteur médical.

Comment choisir le métal adapté à l'usinage CNC

Le meilleur métal est celui qui répond à vos besoins en matière de performances au coût total le plus bas.

Comment trouver le juste équilibre entre l'usinabilité et les exigences relatives aux pièces

Le meilleur matériau répond à vos besoins en matière de performances au coût total le plus bas :

1. Définissez la fonction : Énumérez les charges, les contraintes et l'usure auxquelles la pièce doit résister.

2. Tenez compte de l'environnement : l'humidité, les produits chimiques, la chaleur et l'exposition à l'extérieur limitent vos choix.

3. Tenez compte du poids : L'aluminium et le titane sont parfaits lorsque chaque gramme compte.

4. Trouver le juste équilibre entre usinabilité et budget : Les métaux plus difficiles à usiner augmentent la durée d'usinage, l'usure des outils et les coûts ; ne les choisissez donc qu'en cas de nécessité.

5. Prévoir la finition : L'anodisation (pour l'aluminium) et le placage (pour l'acier) peuvent améliorer la résistance à la corrosion et à l'usure d'un métal moins coûteux.

6. Pensez au volume : Réalisez un prototype avec votre matériau de production lorsque vous devez tester les performances en conditions réelles.

Prototypage et production par usinage CNC avec Norck

Norck propose des services d’usinage CNC à la demande, allant du prototype unique à la production à grande échelle, selon des processus certifiés ISO 9001:2015. Ses services comprennent le fraisage 3 et fraisage à 5 axes, le tournage et le fraisage-tournage, la rectification, le honage et l’électroérosion, ainsi que l’ébavurage, la finition, le placage et l’assemblage. Norck travaille l’aluminium, les aciers, les alliages spéciaux, les plastiques et les composites ; l’entreprise propose une analyse DFM (conception pour la fabrication) accompagnée de recommandations sur les matériaux, et dispose d’un réseau de fabrication couvrant les États-Unis et l’Europe, au service de clients issus des secteurs de l’aérospatiale, de la défense, de la robotique, du médical, de l’automobile, de l’énergie, de l’électronique et de l’industrie.

Conclusion

Le laiton et l'aluminium sont les métaux les plus faciles à usiner ; l'acier au carbone offre un bon compromis entre résistance et coût ; quant à l'acier inoxydable, au cuivre et au titane, ils sont plus difficiles à usiner mais s'avèrent indispensables lorsque leurs propriétés sont déterminantes. Les plastiques tels que l'acétal, le nylon et l'ABS s'usinent rapidement et conviennent aux pièces légères ou à faible coût. Le choix approprié consiste à trouver le juste équilibre entre l'usinabilité et les exigences fonctionnelles de la pièce.

Vous avez besoin d'un usinage pour votre pièce ? Téléchargez votre fichier CAO ou votre plan technique pour obtenir un devis, ou demandez à un ingénieur pour une analyse de la fabricabilité (DFM) et une recommandation de matériau.