Usinage CNC de produits en acier allié

Avantages clés de l'acier allié par rapport à l'acier au carbone ordinaire : 1) Meilleures propriétés mécaniques, avec une combinaison supérieure de résistance, de dureté et de ténacité ; 2) Grande adaptabilité aux environnements spécifiques, y compris la résistance à la corrosion, à la haute température et à l'usure ; 3) Large plage de régulation des propriétés : il est possible d'obtenir des propriétés variées en modifiant la composition de l'alliage et le processus de traitement thermique ; 4) Meilleure efficacité pondérale : la haute résistance permet de concevoir des structures plus minces et plus légères ; 5) Durée de vie plus longue, notamment un avantage marqué dans les environnements agressifs. Ces avantages permettent à l'acier allié de répondre aux besoins des applications haut de gamme que l'acier au carbone ordinaire ne peut pas satisfaire.

Principaux défis techniques de l'usinage CNC de l'acier allié : 1) Durcissement par usinage important, notamment pour l'acier inoxydable austénitique, ce qui accélère l'usure des outils ; 2) Force de coupe élevée, 30 % à 50 % plus importante que celle de l'acier au carbone ordinaire, nécessitant des machines à plus grande rigidité ; 3) Mauvaise conductivité thermique : la température dans la zone de coupe est élevée, ce qui provoque une usure par surchauffe des outils ; 4) Difficulté d'usinage de certaines alliages à haute dureté (telles que l'acier à outils après traitement thermique), nécessitant des outils spécifiques ; 5) Mauvaise aptitude à la coupe des alliages à haute température, favorisant la formation de copeaux adhérents (bavures) ; 6) Difficulté à contrôler la qualité de surface usinée, avec risque de défauts d'usinage. Pour surmonter ces défis, il faut choisir rationnellement le matériau des outils, optimiser les paramètres de coupe et utiliser un système de refroidissement et de lubrification dédié.

La sélection du type d'acier allié doit tenir compte de plusieurs facteurs : 1) Environnement de fonctionnement : privilégier l'acier inoxydable pour les environnements corrosifs et l'acier réfractaire pour les environnements à haute température ; 2) Exigences en propriétés mécaniques : choisir l'acier structural allié pour les pièces structurales à haute résistance et l'acier allié résistant à l'usure pour les composants soumis à l'usure ; 3) Procédé d'usinage : préférer les alliages à faible teneur en carbone pour les structures soudées et les alliages facile à usiner si un usinage de coupe est nécessaire ; 4) Facteur coût : dans la mesure où les propriétés requises sont satisfaites, opter pour l'alliage le moins coûteux ; 5) Traitement ultérieur : choisir un alliage durcissable par traitement thermique si un renforcement par traitement thermique est nécessaire, et un alliage à faible teneur en carbone si une soudure est prévue. Il est recommandé de collaborer avec des ingénieurs matériaux et des fabricants d'usinage pour évaluer conjointement et sélectionner l'acier allié le plus rentable.

Impact du traitement thermique de l'acier allié sur l'usinage : 1) Variation de dureté : la dureté augmente considérablement après trempe, augmentant la difficulté d'usinage ; on adopte généralement le flux "usinage brut - traitement thermique - usinage fin" ; 2) Variation de dimensions : le traitement thermique peut provoquer une déformation de la pièce, nécessitant la réservation d'un jeu d'usinage suffisant ; 3) Variation de l'aptitude à l'usinage : le recuit améliore l'aptitude à l'usinage, tandis que la trempe la réduit ; 4) Qualité de surface : le traitement thermique peut former une couche d'oxydation qui doit être éliminée ; 5) Outils d'usinage : après traitement thermique, il faut utiliser des matériaux d'outils plus durs ; 6) Paramètres d'usinage : il faut ajuster la vitesse de coupe, l'avance et la profondeur de coupe. Un ordre rationnel entre le traitement thermique et l'usinage est crucial pour garantir la qualité du produit et réduire les coûts.

Options de traitement de surface pour les pièces en acier allié : 1) Acier inoxydable : généralement, le polissage électrolytique est utilisé pour améliorer la brillance et la résistance à la corrosion ; 2) Acier structural allié : le chrome-placage et le nitruration peuvent être utilisés pour améliorer la résistance à l'usure ; 3) Acier à outils : le traitement à la vapeur forme une couche d'oxydation pour améliorer la lubrification ; 4) Alliage à haute température : un revêtement d'aluminure améliore la résistance à l'oxydation à haute température ; 5) Traitement général : la peinture et la plastification sont utilisées pour la décoration et la protection ; 6) Traitement spécifique : pour les composants aéronautiques et spatiaux, des revêtements spéciaux peuvent être utilisés pour améliorer la résistance à la fatigue. La sélection du traitement de surface doit tenir compte de l'environnement d'utilisation, des exigences en propriétés et du facteur coût. Certains aciers alliés (tels que l'acier inoxydable à haute teneur en chrome) peuvent également être utilisés directement sans traitement de surface.

Facteurs déterminant le coût de l'usinage de l'acier allié : 1) Coût du matériau : les prix des différents types d'acier allié varient largement, allant de 10 à 50 fois entre l'acier structural allié ordinaire et l'alliage à haute température haut de gamme ; 2) Difficulté d'usinage : les alliages à haute dureté et à haute ténacité ont une efficacité d'usinage faible, entraînant un coût plus élevé ; 3) Exigences de précision : les pièces à haute précision nécessitent plus d'opérations d'usinage et de contrôle, augmentant le coût ; 4) Coût du traitement thermique : les processus de traitement thermique complexes augmentent significativement le coût ; 5) Taille du lot : le coût unitaire de la production en petit lot est élevé, tandis que le coût de configuration (setup) peut être réparti sur de grands lots ; 6) Traitement de surface : les traitements de surface spécifiques (tels que les revêtements et les placages) augmentent le coût. En général, le coût d'usinage des pièces en acier allié est de 2 à 10 fois celui de l'acier au carbone ordinaire, selon les facteurs mentionnés ci-dessus.