Tout sur l'aluminium

Les machinistes et les outilleurs sont un groupe robuste et n’ont pas peur. Beaucoup ont conquis le monde de la fabrication avec à peine plus qu’un jeu de micromètres et une lime. La plupart ont survécu à des rencontres avec des ingénieurs, des inspecteurs qualité et de redoutables professionnels de la sécurité.

La seule chose qui effraie ce groupe de professionnels de la fabrication croustillants, ce sont les matériaux difficiles à usiner. Être affecté à des machines à casser des tarauds, à émousser des forets et généralement à aggraver des métaux comme l'acier inoxydable, l'Hastelloy et l'Inconel est la principale préoccupation de ces professionnels. Ils attendent tous avec impatience les emplois dans l’aluminium.

L'aluminium est léger, propre et facile à usiner, c'est pourquoi les machinistes aiment travailler avec. Les alliages d'aluminium arrivent sans tartre, sans saleté ni huile, car les processus de fabrication de l'aluminium sont plus propres que ceux des autres matériaux. L’aluminium est également l’un des matériaux les moins denses couramment utilisés pour la fabrication, ce qui rend le métal facile à manipuler. Plus important encore, il s’agit d’un matériau ductile, ce qui simplifie les processus de fabrication et d’usinage.

Les gens demandent parfois : « À quelle vitesse pouvez-vous usiner l’aluminium ? La réponse est aussi rapide qu’une machine peut fonctionner. L’aluminium étant facile à usiner, il existe une large gamme de vitesses de coupe efficaces. L'aluminium est très indulgent et peut être usiné avec succès en utilisant un large éventail de paramètres de coupe. La nature miséricordieuse de l'aluminium en fait un matériau idéal pour former les étudiants, tester de nouveaux programmes CNC et créer de superbes démonstrations de machines-outils lors de salons professionnels.

Défis

Bien que l'usinage de l'aluminium puisse être facile, les caractéristiques qui le rendent simple à usiner peuvent poser des défis, en particulier lorsqu'il s'agit de quantités de production élevées, d'exigences de cycle strictes et de tolérances étroites.

Les alliages laminés et extrudés sont sujets à la déformation pendant le processus d'usinage car les contraintes internes sont perturbées. Il est courant qu'une pièce soit dans les tolérances lorsqu'elle est retenue dans un montage et hors tolérance lorsqu'elle n'est pas retenue. La lutte contre la distorsion peut nécessiter un traitement thermique, des techniques d'usinage modifiées et des opérations de post-usinage. Les grandes pièces à sections fines, comme les structures aérospatiales, sont les plus problématiques.

En plus d'être ductile, l'aluminium conduit très bien la chaleur et cette combinaison réduit la fragilité dans la zone de cisaillement lors de la formation des copeaux. Cela signifie que l'aluminium n'aime pas les processus de meulage traditionnels, par exemple le meulage de surface et le meulage du diamètre extérieur. Créer des pièces à tolérances serrées sans meulage peut s'avérer difficile. Lorsque j'étais dans l'industrie aérospatiale, nous appliquions une anodisation dure sur les surfaces en aluminium afin de pouvoir utiliser des meuleuses OD sur les pièces en aluminium.

Le contrôle des copeaux est un autre problème typique des alliages laminés, forgés et extrudés. En bref, former un copeau est facile, mais il peut être difficile de le briser, ce qui donne lieu à des copeaux longs et filandreux qui s'enroulent autour des outils et des pièces. Les géométries des outils de coupe ont considérablement progressé ces dernières années, mais les faibles profondeurs de coupe et les vitesses de coupe élevées peuvent encore créer des problèmes de formation continue de copeaux. L'élimination des copeaux filandreux peut nécessiter une modification des vitesses de coupe, des charges de copeaux et de la géométrie des outils. Les copeaux continus constituent un obstacle important à l'obtention de temps de cycle optimaux.

Le développement de machines-outils, d'outils de coupe et de techniques d'usinage spécifiquement pour l'aluminium a progressé rapidement depuis les années 1990, et plusieurs constructeurs de machines-outils ont mis sur le marché des machines spécialement conçues pour l'usinage de l'aluminium. Lorsqu’elle est associée à des outils de coupe avancés, cette combinaison peut créer d’énormes volumes de copeaux d’aluminium. S’ils ne sont pas éloignés d’une zone de travail, de mauvaises choses pourraient se produire. Communément appelés re-coupe, les copeaux peuvent être aspirés par un outil de coupe et rester coincés entre l'outil et la pièce, provoquant une mauvaise finition de surface, une casse de l'outil et une usure accrue de l'outil. Les fabricants ont utilisé un liquide de refroidissement à haute pression pour expulser les copeaux de la zone de coupe et ont appliqué des systèmes d'inondation à grand volume pour éliminer les copeaux de la machine. Le volume de copeaux provenant de ces machines est si important que la conception des machines-outils a dû changer afin de pouvoir utiliser la gravité pour faciliter l'évacuation des copeaux. Certains tours verticaux ont été inversés afin que leurs mandrins soient au-dessus des outils de coupe, forçant les copeaux à tomber des pièces.