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De nombreux matériaux ne peuvent pas être Usinage CNC. Ils peuvent se casser, fondre ou être dangereux. Il s'agit notamment de la céramique, du verre, des métaux durcis, des objets mous, des produits très inflammables et des objets qui s'abîment sous l'effet de la chaleur. En voici quelques exemples :
- Céramique et verre, comme le quartz ou la porcelaine
- Caoutchouc et polymères souples, tels que le caoutchouc de silicone
- Les mousses et les éponges
- Composites à base de fibres de carbone
- Métaux très doux, comme le plomb ou l'étain
- Les choses instables, comme le bois avec de gros nœuds
Ces matériaux échouent souvent lors de l'usinage CNC. Ils peuvent se casser, se plier ou ne pas rester stables.
Limites de l'usinage CNC
Céramique et verre
Les céramiques et le verre présentent d'importantes limitations en matière d'usinage CNC. Ces matériaux sont solides mais se cassent facilement. Lorsqu'une défonceuse cnc découpe des formes en céramique ou en verre, celles-ci peuvent se fissurer ou s'ébrécher. Les céramiques ont une structure spéciale qui leur permet de se briser soudainement. La découpe de ces matériaux peut également endommager rapidement les outils. Cela renchérit les coûts et ralentit le travail. Le verre trempé, le quartz et la porcelaine ne se prêtent pas bien à la découpe à la défonceuse à commande numérique.
Tableau : Défis posés par les céramiques et le verre dans l'usinage CNC
| Limitation | Description |
|---|---|
| Nature fragile | La céramique et le verre se brisent ou s'écaillent facilement sous l'effet de la contrainte. |
| Vulnérabilité aux dommages | Les contraintes existantes peuvent provoquer des fissures ou des ruptures lors de la coupe. |
| Difficultés d'usinage | La dureté use rapidement les outils de coupe, ce qui augmente les coûts. |
| Délai de production prolongé | Les coupes complexes nécessitent plus de temps que pour les métaux. |
Les céramiques peuvent supporter la chaleur, mais ne conviennent toujours pas à l'usinage CNC normal. Les machines ne peuvent pas toujours s'adapter à ces matériaux spéciaux.
Métaux trempés
Les métaux trempés comme l'acier à outils, l'Inconel et le titane sont durs pour l'usinage CNC. Ces métaux sont très durs et résistants, et donc difficiles à couper. Les outils s'usent rapidement et la coupe prend plus de temps qu'avec les métaux tendres. Certains métaux trempés, comme l'acier inoxydable 17-4 ou l'acier 4140, ne se déforment pas, mais peuvent néanmoins s'écailler ou se casser s'ils sont trop sollicités.
- La dureté ralentit la coupe et use les outils.
- La ténacité signifie qu'un plus grand nombre de changements d'outils sont nécessaires.
- Certains métaux deviennent encore plus durs lorsque la défonceuse coupe.
- Les métaux abrasifs peuvent endommager les outils et nécessiter davantage de remplacements.
| Matériau | Propriétés | Les défis de l'usinage |
|---|---|---|
| Acier à outils | Dureté élevée, résistance à l'usure, ténacité | Fragile et susceptible de s'écailler en cas de contrainte extrême, il doit être manipulé avec précaution. |
| Inconel | Alliage de nickel à haute résistance, résistant à la corrosion | Il se durcit, devient plus dur et plus cassant, ce qui affecte la durée de vie de l'outil. |
| Titane | Haute résistance à la traction, faible densité, résistance à la corrosion | La faible conductivité thermique et la dureté élevée rendent la coupe difficile et nécessitent des outils spéciaux. |
Matériaux souples
Les matériaux souples tels que le caoutchouc, la mousse et certains plastiques ne conviennent pas à l'usinage CNC. Ces matériaux peuvent se plier, se déformer ou se déchirer lorsqu'ils sont coupés. Il est difficile d'effectuer des coupes précises car le matériau bouge. Les métaux tendres comme le cuivre, le bronze et le laiton posent également des problèmes, surtout à grande vitesse.
Tableau : Défis posés par les matériaux souples dans l'usinage CNC
| Défi | Description |
|---|---|
| Déformation des matériaux | Les matériaux souples se plient ou se déchirent sous la pression de la coupe. |
| Difficultés liées aux tolérances serrées | Les matériaux moins rigides rendent difficiles les coupes précises. |
| Génération de bavures et de débris | Davantage de copeaux encrassent les outils et réduisent la qualité de la surface. |
| Sélection et entretien des outils | Le choix et l'entretien des bons outils sont essentiels à l'efficacité. |
Les plastiques tels que le polycarbonate et le nylon peuvent fondre ou changer de forme si la défonceuse coupe trop vite ou devient trop chaude.
Matières hautement inflammables
Les matériaux hautement inflammables, comme certains plastiques et composites, sont dangereux à usiner. La chaleur et les frottements dus à la coupe peuvent les enflammer. Les règles de sécurité telles que l'ANSI B11.TR3-2000 et l'OSHA 1910.212 traitent de ces dangers. De nombreux ateliers n'usinent pas les matériaux inflammables pour éviter les incendies.
⚠️ Remarque : Vérifiez toujours si un matériau est inflammable avant d'utiliser une défonceuse à commande numérique. Les risques d'incendie peuvent entraîner des dommages et des blessures graves.
Matériaux sensibles à la chaleur
Les matériaux sensibles à la chaleur, tels que le caoutchouc, la mousse et certaines céramiques, ne peuvent pas supporter la chaleur de l'eau. usinage cnc. Le caoutchouc perd sa forme et la mousse est trop faible pour des coupes détaillées. Les céramiques peuvent se briser lorsqu'elles sont coupées rapidement ou lorsqu'elles deviennent chaudes.
- Le caoutchouc et la mousse fondent ou changent de forme lorsqu'ils sont usinés.
- Les céramiques peuvent se briser lors de coupes rapides à la défonceuse.
- Les plastiques sensibles à la chaleur, comme l'acrylique, peuvent se ramollir ou perdre leur forme.
Ces matériaux ne conviennent généralement pas à l'usinage CNC. Ils ne conviennent pas à la plupart des travaux de défonçage.
Pourquoi ces matériaux ne conviennent-ils pas ?
Fragilité et fissuration
Les céramiques et le verre se brisent facilement lors de l'usinage à commande numérique. Leurs atomes sont serrés les uns contre les autres. Cela les rend fragiles et faciles à fissurer ou à ébrécher. Les scientifiques se penchent sur ce problème depuis longtemps. Le tableau ci-dessous présente quelques études sur la fragilité et la fissuration de ces matériaux :
| Titre de l'étude | Auteurs | Journal | Année | Résultats |
|---|---|---|---|---|
| Micromécanique de l'usinage et de l'usure des matériaux durs et fragiles | Pelouse BR | Proc. Roy. Soc. Lond | 1967 | Examine comment les fissures se forment dans les matériaux fragiles lorsqu'ils sont pressés. |
| Rupture par contact glissant sur verre et silicium | HJ Leu, RO Scattergood | J. Mater. Sci | 1988 | Etudie comment le verre et le silicium se brisent lorsqu'ils sont frottés. |
| Microfracture à propos des rayures dans les solides fragiles | MV Swain | Proc. Roy. Soc. Lond | 1979 | Parle des minuscules fissures qui se produisent lorsque des objets fragiles sont rayés. |
Le verre et la céramique ont des liaisons fortes entre les atomes. Ces liaisons ne permettent pas aux atomes de bouger beaucoup. Par conséquent, ces matériaux se cassent au lieu de se plier. Lorsqu'un outil CNC les coupe, des fissures peuvent apparaître et se propager rapidement.
Déformation ou fusion
Les matériaux souples tels que le caoutchouc, la mousse et certains plastiques perdent leur forme lors de l'usinage. Ils peuvent se plier, s'étaler ou fondre sous l'effet de la chaleur et de la pression. Les plastiques peuvent se déformer ou se plier après l'usinage en raison des contraintes internes. Les matériaux sensibles à la chaleur, comme certains plastiques et mousses, fondent ou changent de forme si l'outil devient trop chaud.
- Les matériaux souples se plient facilement car ils ne sont pas rigides.
- La chaleur s'accumule rapidement et provoque la fonte.
- Certains plastiques ne supportent pas les forces importantes et s'étalent au lieu de couper proprement.
Une étude réalisée à l'aide d'un film à grande vitesse a montré que les matériaux souples s'étirent et se ramollissent à l'endroit où l'outil coupe. Cela provoque davantage de dommages et de mauvais résultats.
Risques d'incendie et de sécurité
Les matériaux hautement inflammables peuvent être très dangereux lors de l'usinage. La coupe rapide produit beaucoup de chaleur et peut déclencher un incendie, en particulier avec un outil émoussé. Certains liquides de refroidissement utilisés dans les machines à commande numérique peuvent également s'enflammer s'ils ne sont pas utilisés correctement. La poussière produite par l'usinage peut s'accumuler et exploser si elle devient suffisamment chaude.
⚠️ Conseil : Vérifiez toujours si un matériau peut s'enflammer avant de l'usiner. Utilisez des systèmes de sécurité incendie et apprenez aux travailleurs à se protéger.
Instabilité et incohérence
Les matériaux sensibles à la chaleur peuvent être instables et se modifier au cours de l'usinage. Une chaleur excessive peut endommager ces matériaux et les faire changer de taille ou de forme. Un mauvais refroidissement ou de mauvais réglages peuvent aggraver la situation. Les matériaux thermosensibles peuvent ne pas rester identiques d'une pièce à l'autre, ce qui peut entraîner des erreurs.
- Les dommages causés par la chaleur surviennent lorsque les matériaux deviennent trop chauds.
- Un refroidissement insuffisant entraîne un changement de taille des matériaux.
- La faible stabilité thermique rend l'usinage difficile à contrôler.
Ces problèmes font de l'usinage CNC un mauvais choix pour de nombreux matériaux sensibles à la chaleur et hautement inflammables.
Alternatives à l'usinage CNC
Autres méthodes de fabrication
Certains matériaux sont trop durs ou trop fragiles pour être usinés en CNC. D'autres méthodes fonctionnent mieux pour ces matériaux. La céramique et le verre nécessitent souvent des méthodes de coupe spéciales. Le tableau ci-dessous énumère quelques méthodes courantes pour les façonner :
| Méthode | Description |
|---|---|
| Découpe au jet d'eau abrasif liquide | Cette méthode permet de façonner les céramiques sans les toucher. Elle convient pour les modèles détaillés et les échantillons rapides. Elle ne provoque pas de dommages dus à la chaleur. |
| Usinage par décharge électrique | Ce procédé utilise des étincelles électriques pour créer des formes complexes dans des céramiques conductrices. Il ne touche pas le matériau. |
| Découpe par faisceau laser | Cette méthode utilise un laser puissant pour découper. Elle est précise et ne blesse pas l'intérieur de la céramique ou du verre. |
| Coupe par friction | Cette méthode utilise la chaleur du frottement pour découper la céramique. Elle convient pour les formes grossières, mais pas pour les travaux détaillés. |
| Découpe par micro-ondes | Cette méthode utilise des ondes spéciales pour chauffer de petites surfaces. Elle fonctionne pour les formes grossières, mais pas pour les détails fins. |
| Tournage assisté thermiquement | Ce procédé consiste à chauffer les céramiques pour les rendre plus faciles à couper. Il peut être dur pour les outils et ne pas donner une finition lisse. |
D'autres méthodes comme le forgeage, le fraisage, la fabrication additive et la découpe au jet d'eau permettent de travailler avec les métaux, les plastiques et les composites. Chaque méthode a ses avantages et ses inconvénients.
| Méthode | Avantages | Inconvénients |
|---|---|---|
| Forgeage | Fabrique des pièces solides avec peu de problèmes. Le matériau est meilleur. | Tous les matériaux ne fonctionnent pas. Les coûts de démarrage sont élevés. |
| Fraisage | Il est simple et peut effectuer de nombreux travaux. Il est moins cher pour les petites quantités. | Il n'est pas aussi précis. Elle nécessite plus de travail de la part des gens. |
| Fabrication additive | Bon pour les échantillons rapides et les conceptions flexibles. Il ne gaspille pas beaucoup. | Tous les matériaux ne fonctionnent pas. Elle est plus lente que la CNC pour les gros travaux. |
| Découpe au laser | Rapide et précis. Les coupes sont nettes et les outils coûtent moins cher. | Il ne peut pas couper des objets épais. Il ne fonctionne pas pour les formes en 3D. |
| Découpe au jet d'eau | Pas de dommages dus à la chaleur. Il fonctionne sur de nombreux matériaux et réalise des coupes nettes. | Elle est plus lente que la CNC. Tous les matériaux ne sont pas utilisables. |
💡 Conseil : Vérifiez toujours ce que peut faire une défonceuse à commande numérique avant de choisir une méthode de découpe. Certaines machines CNC spéciales peuvent découper des matériaux délicats, mais la sécurité est toujours primordiale.
Substitution de matériaux
Parfois, l'utilisation d'un matériau différent est la solution. Les ingénieurs choisissent des matériaux qui sont résistants ou flexibles comme l'original, mais qui fonctionnent mieux avec l'usinage à commande numérique. Le tableau ci-dessous présente quelques bons choix :
| Type de matériau | Propriétés mécaniques | Principaux avantages |
|---|---|---|
| Plastiques à haute rigidité | Ils sont solides et rigides comme les métaux. | Ils sont plus légers, faciles à façonner, ne rouillent pas et coûtent moins cher. |
| PAI/Torlon | Très solide et supporte bien la chaleur. | Idéal pour les travaux d'ingénierie précis. |
| PEEK | Résiste aux produits chimiques et est très solide. | Idéal pour les travaux difficiles nécessitant des performances élevées. |
| PEI/Ultem | Il résiste à la chaleur et est solide. | Fonctionne pour de nombreuses utilisations techniques. |
| Nylons renforcés | Solide et durable. | Moins cher que les métaux et fonctionne toujours bien. |
| PRFC | Très solide mais léger. | Idéal pour les pièces qui doivent être légères et solides. |
Le choix du bon matériau permet de sécuriser le projet et d'économiser de l'argent.
Experts-conseils
Lorsque l'on travaille avec des matériaux nouveaux ou délicats, il est utile de faire appel à des experts. De nombreux groupes peuvent vous aider dans les domaines de l'usinage CNC, de la sécurité et des essais. Le tableau ci-dessous présente quelques groupes qui offrent ces services :
| Organisation | Services offerts |
|---|---|
| Spécialistes de la sécurité des machines (MSS) | Ils donnent des conseils sur la sécurité des machines et les matériaux d'essai. Ils enseignent également les règles de l'OSHA et de l'ANSI. |
| Camco Precision Machining | Ils aident à l'usinage CNC et donnent des conseils d'experts pour des projets précis. |
| Rimkus Materials Testing | Ils étudient les raisons de la défaillance des matériaux, vérifient la présence de rouille et testent les matériaux. |
Les experts aident à la conception, au choix des matériaux et à la planification. Ils vérifient également la sécurité et la qualité. Les services comprennent l'aide à la conception, l'ingénierie, les conseils sur les matériaux et le contrôle de la qualité. L'aide de professionnels permet d'obtenir les meilleurs résultats et d'assurer la sécurité de tous.
Limites de l'usinage CNC
Compatibilité des matériaux
L'usinage CNC ne peut pas fonctionner avec tous les matériaux. Certains matériaux, comme la céramique et le verre, se cassent très facilement. D'autres, comme le caoutchouc ou la mousse, peuvent se déformer ou fondre sous l'effet de la chaleur. Les ingénieurs doivent vérifier si un matériau peut supporter les contraintes et la chaleur des machines à commande numérique. Par exemple, l'usinage d'alliages de titane nécessite des outils spéciaux et une planification minutieuse. De nombreux ateliers n'utilisent pas de matériaux qui changent de forme ou qui peuvent s'enflammer. Ils savent que ces problèmes peuvent entraîner de mauvais résultats ou des risques pour la sécurité.
Le tableau ci-dessous indique les limites de compatibilité des matériaux les plus courants :
| Type de matériau | Exemple de limitation | Résultat |
|---|---|---|
| Céramique et verre | Fragile, se fissure sous l'effet de la pression | Pause ou chips |
| Polymères mous | Se déforme ou fond à la chaleur | Déformations ou taches |
| Métaux trempés | Usure rapide des outils | Coût élevé, processus lent |
| Matières inflammables | S'enflamme sous l'effet de la friction ou de la chaleur | Risque d'incendie |
Ingénieurs choisir des matériaux résistants et ne changent pas de forme. Ils évitent les matériaux qui grossissent ou rapetissent sous l'effet de la chaleur. Ces limites contribuent à la sécurité et au bon fonctionnement des projets.
Contraintes du processus
L'usinage CNC a aussi ses limites dans son fonctionnement. Les machines ne peuvent aller qu'à une certaine vitesse et utiliser certains outils. Certaines formes sont trop difficiles à réaliser pour les outils à commande numérique. Les petites pièces peuvent se casser ou se déplacer pendant la coupe. Les pièces de grande taille peuvent ne pas tenir dans la machine. L'usinage CNC présente des problèmes tels que l'usure des outils, la chaleur et les secousses. Ces problèmes peuvent altérer la pièce finie.
Les opérateurs veillent à ces limites. Ils utilisent des liquides de refroidissement pour garder les choses froides. Ils changent souvent d'outils pour éviter qu'ils ne s'usent. Ils planifient les coupes pour éviter les secousses. Ces mesures permettent de contrôler les problèmes et de fabriquer de meilleures pièces.
⚠️ Remarque : Tout projet d'usinage CNC nécessite une bonne planification. Connaître les limites de l'usinage CNC permet aux ingénieurs d'éviter les erreurs et d'assurer la sécurité de tous.
Tous les matériaux ne sont pas adaptés à l'usinage CNC. Le savoir permet d'éviter des problèmes coûteux. Avant un projet, les fabricants procèdent à quelques vérifications. Ils examinent ce que le matériau peut faire et ce dont le projet a besoin. Ils vérifient si le matériau est solide, s'il peut supporter la chaleur et s'il a un bel aspect après la coupe. Ils réfléchissent également à l'argent dont ils disposent et à l'utilité de la pièce.
Ils demandent si la pièce doit être légère ou ne pas rouiller. Ils vérifient si le matériau correspond au prix du projet. En cas de doute, les équipes demandent l'aide d'experts. Elles choisissent des matériaux qui permettent de réaliser des économies et utilisent des outils en ligne pour obtenir des prix. Elles discutent également avec différents vendeurs. Le choix de matériaux sûrs et intelligents permet d'améliorer le projet.
FAQ
Que se passe-t-il si quelqu'un essaie d'usiner du verre par CNC ?
Le verre se fissure ou s'ébrèche souvent lors de l'usinage CNC. L'outil peut facilement briser la surface. La plupart des ateliers utilisent d'autres méthodes, comme la découpe au jet d'eau, pour les pièces en verre.
Les machines CNC peuvent-elles couper du caoutchouc ou de la mousse ?
Le caoutchouc et la mousse se plient et se déchirent lorsqu'ils sont coupés par des machines CNC. Ces matériaux ne conservent pas bien leur forme. La découpe au jet d'eau ou au laser est plus efficace pour les matériaux souples.
Existe-t-il des machines à commande numérique qui fonctionnent avec la céramique ?
Certaines machines CNC de pointe utilisent des outils diamantés pour la céramique. Ces machines coûtent plus cher et nécessitent un entretien particulier. La plupart des ateliers choisissent la découpe au jet d'eau ou au laser pour la céramique.
Pourquoi les matériaux inflammables présentent-ils un risque dans l'usinage CNC ?
Les matériaux inflammables peuvent s'enflammer sous l'effet de la chaleur et de la friction. Des étincelles ou des outils chauds peuvent déclencher un incendie. Les ateliers évitent ces matériaux pour assurer la sécurité des travailleurs et de l'équipement.
