L'aluminium est l'un des matériaux les plus couramment usinés dans l'industrie manufacturière. Cependant, en raison de ses propriétés uniques, nombreux sont ceux qui se heurtent à des difficultés lorsqu'ils l'utilisent. De nombreux ingénieurs sont confrontés à des problèmes d'usure des outils, de mauvais état de surface et de précision dimensionnelle. Les techniques appropriées peuvent résoudre ces problèmes et vous aider à créer des pièces en aluminium parfaites rapidement et efficacement.
Le fraisage de l'aluminium nécessite des approches spécifiques différentes de celles des autres métaux. La bonne combinaison d'outils de coupe, de vitesses, d'avances et de méthodes de refroidissement peut améliorer considérablement vos résultats. Vous pouvez obtenir d'excellents états de surface grâce à une technique appropriée, tout en prolongeant la durée de vie de l'outil et en maintenant des tolérances serrées sur l'ensemble de vos projets.
Le fraisage de l'aluminium exige de la précision et des techniques appropriées. Voyons comment ces méthodes éprouvées peuvent améliorer vos opérations de fraisage de l'aluminium.
Comprendre l'aluminium en tant que matériau
Avant d'aborder les techniques de fraisage spécifiques, examinons le matériau avec lequel nous travaillons. Les propriétés uniques de l'aluminium influencent directement la manière dont nous devons aborder son usinage.
Propriétés de l'aluminium
L'aluminium possède plusieurs caractéristiques qui le distinguent des autres métaux couramment utilisés dans la fabrication. Ces propriétés déterminent les meilleures pratiques pour les opérations de fraisage.
Léger mais solide
L'aluminium pèse environ un tiers du poids de l'acier tout en conservant une bonne résistance. Lors du fraisage de l'aluminium, ce poids plus léger signifie que la pression exercée par l'outil est inférieure à celle de l'acier, ce qui permet des vitesses de coupe plus élevées.
La résistance du matériau varie considérablement d'un alliage à l'autre. Certains alliages de qualité aérospatiale rivalisent avec l'acier en termes de résistance tout en conservant l'avantage du poids.
Conductivité thermique élevée
L'aluminium conduit exceptionnellement bien la chaleur, environ trois fois mieux que l'acier. Cette propriété a deux effets cruciaux sur les opérations de fraisage. Tout d'abord, la chaleur générée pendant la coupe se propage rapidement dans la pièce au lieu de se concentrer sur l'arête de coupe. Cela permet d'éviter les surchauffes localisées.
Cependant, cette conductivité élevée signifie également que les pièces peuvent se dilater pendant l'usinage lorsqu'elles se réchauffent. Cette dilatation thermique doit être prise en compte pour les pièces de précision.
Douceur par rapport à d'autres métaux
La souplesse de l'aluminium le rend plus facile à couper que les métaux plus durs comme l'acier ou le titane. Cette souplesse permet des vitesses de coupe et des avances plus élevées. Les outils s'usent moins lors de la coupe de l'aluminium, ce qui prolonge leur durée de vie lorsqu'ils sont utilisés correctement.
L'inconvénient de cette souplesse apparaît dans la formation des copeaux. L'aluminium produit des copeaux longs et filandreux qui peuvent s'emmêler autour de l'outil. Ces copeaux peuvent également adhérer aux arêtes de coupe, créant ainsi une arête accumulée qui gâche la finition de la surface.
Choisir le bon alliage d'aluminium
L'alliage d'aluminium que vous choisissez a un impact direct sur votre processus de fraisage et sur les résultats obtenus. Comparons trois alliages courants et leurs caractéristiques de fraisage.
| Propriété | 6061 Aluminium | Aluminium 5052 | 7075 Aluminium |
|---|---|---|---|
| Principales applications | Usage général, prototypes, structurels | Marine, électronique, équipement alimentaire | Aérospatiale, militaire, pièces soumises à de fortes contraintes |
| Dureté (Brinell) | 95-97 (tempérament T6) | 60-70 | 150 (tempérament T6) |
| Formation des copeaux | Bien formé, se casse net | Puces plus longues et plus rigides | Petits éclats cassants |
| Taux d'usure de l'outil | Faible | Très faible | Modéré |
| Capacité de finition de surface | Excellent (32 RMS ou mieux) | Bon à excellent | Excellent avec les paramètres appropriés |
| Production de chaleur | Modéré | Faible | Plus haut |
| Principales considérations en matière de fraisage | Ses propriétés équilibrées le rendent tolérant ; utilisez des outils tranchants. | Nécessite des outils extrêmement tranchants ; se concentrer sur l'évacuation des copeaux | Efforts de coupe plus élevés ; durée de vie de l'outil plus courte ; vitesses réduites |
Choisir les bons outils pour le fraisage de l'aluminium
Le choix de l'outil constitue la base d'un fraisage réussi de l'aluminium. Lorsque nous choisissons des outils spécialement conçus pour l'aluminium, nous nous donnons les moyens d'obtenir de meilleurs résultats.
Matériaux des outils de coupe
Les outils en acier rapide (HSS) et en carbure représentent les deux principales options pour le fraisage de l'aluminium, mais ils offrent des avantages différents en fonction de vos besoins spécifiques.
Les outils en carbure présentent plusieurs avantages :
- Ils conservent leur tranchant jusqu'à 10 fois plus longtemps que les HSS.
- Ils permettent des vitesses de coupe 2 à 3 fois supérieures à celles de l'acier rapide.
- Ils résistent mieux à la chaleur, ce qui est appréciable lors de fraisages prolongés.
Cependant, les outils HSS ont également leur place :
- Ils sont nettement moins coûteux au départ
- Ils pardonnent plus facilement les petites erreurs de programmation
- Ils peuvent être réaffûtés plus facilement à l'intérieur de l'entreprise.
Pour obtenir des résultats optimaux avec l'un ou l'autre matériau, il convient de rechercher des outils présentant ces caractéristiques spécifiques :
- Les cannelures polies réduisent la friction en offrant une surface lisse pour l'évacuation des copeaux.
- Arêtes de coupe tranchantes avec une préparation minimale des arêtes pour trancher l'aluminium proprement
- 2-3 cannelures (au lieu des 4+ cannelures utilisées pour l'acier), ce qui crée des canaux de copeaux plus larges
- Des revêtements spécialisés comme le TiCN (Titanium Carbon Nitride) ou le ZrN (Zirconium Nitride) réduisent le frottement et empêchent la formation d'arêtes.
Géométrie de l'outil
La forme et les angles de votre outil de coupe influencent considérablement la façon dont il interagit avec l'aluminium. La géométrie de l'outil définit la "personnalité" de votre outil de coupe - l'agressivité de la coupe, la formation de copeaux et la gestion de la chaleur.
Pour le fraisage de l'aluminium, les géométries les plus efficaces sont les suivantes :
- Les angles de coupe positifs élevés, entre 15 et 20 degrés, créent une action de tranchage plutôt que de raclage, ce qui réduit les efforts de coupe et la production de chaleur.
- Grandes vallées de la cannelure : Elles offrent un espace suffisant pour les copeaux relativement gros et mous de l'aluminium.
- Angles d'hélice compris entre 35 et 45 degrés : Cette plage intermédiaire permet d'équilibrer l'évacuation des copeaux (les angles plus élevés poussent les copeaux vers le haut plus rapidement) et la résistance de l'outil (les angles plus faibles créent des arêtes de coupe plus résistantes).
Optimisation des paramètres de coupe
La bonne combinaison de vitesse et d'avance transforme un fraisage adéquat de l'aluminium en un excellent fraisage de l'aluminium. Ces paramètres travaillent main dans la main pour déterminer comment votre outil interagit avec l'aluminium.
Vitesse de coupe
L'aluminium permet des vitesses de coupe nettement plus élevées que l'acier ou d'autres métaux plus durs. Cette capacité de vitesse plus élevée découle de la moindre dureté de l'aluminium et de sa réaction à l'action de coupe.
Pour obtenir des résultats optimaux, il convient de tenir compte des plages de vitesse suivantes :
- Outils HSS : 500-1 000 SFM (pieds de surface par minute)
- Outils en carbure : 1 000-2 500 SFM
- Outils PCD (diamant polycristallin) : Jusqu'à 5 000 SFM pour les applications spécialisées
Vous pouvez calculer la vitesse de rotation correcte de la broche pour votre diamètre d'outil particulier à l'aide de cette formule :
RPM = (SFM × 12) ÷ (π × diamètre de l'outil en pouces)
Par exemple, avec un foret en carbure de 1/2″ et une vitesse de coupe souhaitée de 1 500 SFM :
TR/MIN = (1 500 × 12) ÷ (3,14159 × 0,5) = 11 459 TR/MIN
Vitesse d'alimentation
La vitesse d'avance - la rapidité avec laquelle l'outil se déplace dans le matériau - influe à la fois sur la qualité de la finition et sur la durée de vie de l'outil. Ce paramètre doit être soigneusement équilibré.
Pour le fraisage de l'aluminium :
- Commencez avec des vitesses d'avance comprises entre 0,001 et 0,005 pouce par dent (IPT).
- Pour les opérations d'ébauche, utilisez la valeur la plus élevée de cette plage.
- Pour les opérations de finition, utilisez le modèle bas de gamme
Lorsque vous réglez votre vitesse d'alimentation, n'oubliez pas qu'elle fonctionne en conjonction avec :
- Le nombre de goujures de votre outil (plus de goujures = plus d'arêtes de coupe traversant le matériau par tour).
- Diamètre de l'outil (les outils plus larges peuvent généralement supporter des avances plus importantes par dent)
- Profondeur de coupe (les profondeurs plus faibles peuvent souvent utiliser des avances plus élevées)
Un bon point de départ consiste à utiliser la formule suivante : Avance (pouces par minute) = RPM × Nombre de cannelures × Avance par dent.
Par exemple, avec un outil à trois goujures tournant à 10 000 tr/min et une avance de 0,003″ par dent : Vitesse d'avance = 10 000 × 3 × 0,003 = 90 pouces par minute
Opérations quotidiennes de fraisage de l'aluminium
Le fraisage de l'aluminium comprend plusieurs opérations fondamentales qui constituent la base de la plupart des projets d'usinage. Chaque opération présente des défis et des opportunités uniques lorsqu'il s'agit de travailler l'aluminium.
Face
Opérations de façade créer des surfaces planes et lisses sur des pièces en aluminium. Ce processus de fraisage fondamental permet d'établir des surfaces de référence pour les opérations suivantes et d'obtenir un contrôle dimensionnel précis.
Lorsque vous faites face à de l'aluminium, prenez les mesures suivantes pour obtenir des résultats optimaux :
- Utiliser le sens de fraisage en avalant plutôt que le sens de fraisage conventionnel
- Réglez la profondeur de coupe entre 0,020″ et 0,100″ en fonction de la rigidité de votre machine.
- Exécuter à des vitesses plus élevées (1 000+ SFM) pour éviter la formation d'arêtes.
- Maintenir des vitesses d'avance suffisamment élevées pour assurer une bonne formation des copeaux.
Fente
Coupes de fente L'opération consiste à insérer des canaux ou des rainures dans des pièces d'aluminium. Cette opération permet de créer des caractéristiques telles que des rainures en T, des rainures de clavetage et des rainures de montage. La zone de coupe étant confinée, l'évacuation des copeaux est particulièrement importante.
Lors du rainurage de l'aluminium :
- Choisir des fraises à goujures réduites (1 à 2 goujures) pour maximiser le dégagement des copeaux.
- Réduire la profondeur de coupe à 0,5-1× le diamètre de l'outil par passe pour éviter le tassement des copeaux.
- Appliquer du liquide de refroidissement à haute pression directement dans la fente lorsque cela est possible.
- Utiliser des vitesses plus élevées mais des avances modérées pour maintenir le contrôle des copeaux.
Mise en poche
L'empochement enlève de la matière pour créer des cavités internes dans les pièces d'aluminium. Cette opération ordinaire se retrouve dans toutes les pièces, de la boîtiers électroniques à des composants structurels légers.
Une mise en poche efficace de l'aluminium nécessite :
- Entrée hélicoïdale dans le matériau plutôt que plongeante
- Diamètre de l'outil 25-50% inférieur aux rayons des angles internes
- Des vitesses de broche élevées pour maintenir une coupe nette
- Parcours trochoïdaux pour des poches plus profondes
- Stratégie de profondeur progressive pour les poches plus profondes que 1× le diamètre de l'outil
Résolution des problèmes courants liés au fraisage de l'aluminium
Même avec une planification et une configuration minutieuses, le fraisage de l'aluminium peut poser des problèmes. Examinons les problèmes les plus fréquents rencontrés par les machinistes avec l'aluminium et leurs solutions.
Prévention de la formation d'un bord supérieur (BUE)
L'arête rapportée se produit lorsque de petites particules d'aluminium se soudent à l'arête de coupe de votre outil. Cela crée une fausse arête qui abîme la finition de la surface et accélère l'usure de l'outil.
Heureusement, plusieurs stratégies éprouvées permettent de réduire considérablement ou d'éliminer l'arête rapportée lors du fraisage de l'aluminium :
- Augmenter les vitesses de coupe de 15-20% au lieu de les ralentir
- Utiliser un liquide de refroidissement spécifique à l'aluminium dirigé vers l'interface de coupe.
- Remplacer les outils dès les premiers signes d'émoussement
- Choisir des outils avec des revêtements spécialisés comme le ZrN ou le carbone de type diamant.
- Maintenir une charge de copeaux appropriée pour assurer une action de coupe plutôt que de frottement
Gestion du soudage et de l'évacuation des copeaux
Un bon contrôle des copeaux représente l'un des plus grands défis du fraisage de l'aluminium. S'ils ne sont pas gérés efficacement, les copeaux longs et filandreux peuvent rapidement s'enrouler autour des outils, obstruer les goujures et abîmer les pièces.
Si vous rencontrez des problèmes d'évacuation des copeaux lors d'une opération de broyage de l'aluminium, ces stratégies d'intervention peuvent vous aider :
- Appliquer du liquide de refroidissement à haute pression directement sur le point de formation des copeaux
- Programmer des retraits périodiques de l'outil lors d'opérations dans des poches profondes
- Réduire la largeur de coupe à 30-50% du diamètre de l'outil lorsque cela est possible
- Choisir des outils avec moins de goujures pour un meilleur dégagement des copeaux
- Utiliser des outils à géométrie brisant les copeaux
Éviter la casse et l'usure excessive des outils
Les défaillances d'outils lors du fraisage de l'aluminium sont généralement dues à des causes évitables. Comprendre les signes avant-coureurs et prendre des mesures proactives permet de prolonger considérablement la durée de vie des outils et d'améliorer les résultats.
Mettez en œuvre ces approches éprouvées pour maximiser la durée de vie de l'outil lors du fraisage de l'aluminium :
- Augmentez la vitesse d'alimentation si vous entendez un grincement aigu.
- Minimiser le dépassement de l'outil pour réduire les vibrations
- Effectuer des coupes plus légères à des vitesses plus élevées plutôt que des coupes lourdes à des vitesses plus faibles
- Utiliser des outils à travers le liquide de refroidissement pour les caractéristiques internes
- Assurer une bonne évacuation des copeaux afin d'éviter de les recouper.
Conclusion
Le fraisage de l'aluminium fonctionne mieux lorsque vous comprenez comment ce métal se comporte sous les outils de coupe. Vous devez utiliser les bons outils, les bonnes vitesses et les bonnes méthodes pour obtenir de bons résultats. Chaque alliage d'aluminium possède des propriétés différentes qui influencent la façon dont il est fraisé.
Vous avez besoin d'aide pour vos projets dans le domaine de l'aluminium ? Nos ingénieurs peuvent vous aider à choisir les matériaux, à trouver les bons outils et à améliorer vos méthodes. Contactez-nous dès aujourd'hui pour un entretien gratuit au sujet de votre prochain travail sur l'aluminium.
Hey, je suis Kevin Lee
Au cours des dix dernières années, j'ai été immergé dans diverses formes de fabrication de tôles, partageant ici des idées intéressantes tirées de mes expériences dans divers ateliers.
Prendre contact
Kevin Lee
J'ai plus de dix ans d'expérience professionnelle dans la fabrication de tôles, avec une spécialisation dans la découpe au laser, le pliage, le soudage et les techniques de traitement de surface. En tant que directeur technique chez Shengen, je m'engage à résoudre des problèmes de fabrication complexes et à favoriser l'innovation et la qualité dans chaque projet.
