Moulage ou usinage : choisir le meilleur procédé de fabrication

Nous espérons que vous avez une idée des procédés de fabrication utilisés pour fabriquer différents composants destinés à leurs applications respectives. Ces procédés incluent le soudage, la métallurgie des poudres, le formage, le moulage par injection, etc. Le moulage et l'usinage sont des procédés de fabrication, mais ils répondent tous deux à des objectifs différents sur le terrain. Cet article vous aidera à comprendre ces procédés et à choisir celui qui vous convient le mieux. Commençons par une introduction au moulage :

Qu'est-ce que le casting ?

Vous voyez différentes pièces de formes complexes, comme des aubes de turbine, des blocs moteurs, etc. Ces formes complexes sont transformées en applications concrètes grâce au procédé de moulage. Lors du moulage, le métal en fusion est coulé dans un moule à la forme souhaitée, puis solidifié, ce qui lui donne la forme souhaitée.

Présentation du processus de coulée

Le procédé de moulage est un procédé de fabrication principalement utilisé pour les métaux. Il se compose de deux étapes : la fusion et la solidification. Lors de la fusion, le métal solide est transformé en liquide, puis coulé dans le moule, puis refroidi à l'air pour solidification. Il existe de nombreux types de moulage, par exemple :

Moulage en sable

Dans ce type de moulage, le moule est en sable. Les couteaux, etc., sont fabriqués par moulage au sable. Les particules de sable adhèrent fortement les unes aux autres grâce au liant qu'il contient. La mélasse est couramment utilisée comme liant en moulage au sable. Elle est utilisée pour les pièces de grandes dimensions et est économique.

Coulée sous pression

En moulage sous pression, un moule en acier est utilisé pour couler les métaux. Ce type de moulage est courant pour l'aluminium et ses alliages. Les engrenages sont fabriqués à partir de ce type de moulage.

Casting d'investissement

Dans ce type de moulage, les moules sont en cire. Ce matériau est utilisé pour des applications critiques telles que les aubes de turbine d'avion. Il offre une finition de surface (Ra 1.6–3.2 µm), considérée comme lisse par rapport aux autres types de moulage.

Principaux avantages du casting

Voici quelques avantages clés du casting :

Idéal pour les gros volumes

Étant donné que les moules peuvent être utilisés pour produire plus d'une unité, ce qui réduit le prix par unité, ils sont idéaux pour la production en grand volume.

Capacité à créer des géométries complexes

Une fois le moule réalisé à la forme souhaitée, il peut être utilisé pour la fabrication de multiples pièces. Ce procédé permet de produire facilement des formes complexes, comme des turbines de pompe.

Qu’est-ce que l’usinage ?

L'usinage est une autre méthode courante de fabrication de composants de haute précision. Il utilise des opérations de découpe principalement pour transformer la matière première en la forme souhaitée.

Vue d'ensemble de l'usinage CNC

L'usinage produit différentes pièces en retirant l'excédent de matière par découpe. De nombreux outils de découpe sont disponibles, comme la scie à métaux, la découpe laser, la CNC, etc. Pour la production de pièces de haute précision, les machines CNC sont souvent utilisées.

Fraisage

Plusieurs outils de coupe rotatifs sont utilisés pour éliminer l'excédent de matière de la pièce et créer le produit. Le fraisage est principalement utilisé pour créer des formes complexes.

Tournant

Le tournage est principalement utilisé pour les pièces cylindriques. La pièce tourne, mais les outils de coupe restent fixes. L'un des produits les plus courants est l'arbre.

Meulage

Méthode de découpe permettant d'obtenir un état de surface de 0.1 à 0.8 µm de Ra sur les roulements ou les moules. Elle est utilisée pour la découpe de surface. Son utilisation la plus courante est la métallographie.

Principaux avantages de l'usinage

Cette section donne un aperçu des principaux avantages de l’usinage :

Haute précision et exactitude

Le processus d'usinage, en particulier Usinage de précision CNC, peut atteindre une tolérance de ± 0.005 mm, ce qui en fait un processus de fabrication très précis et est utilisé pour les composants aérospatiaux.

Polyvalence dans les options matérielles

Les procédés d'usinage peuvent être utilisés sur de nombreux matériaux tels que le bois, le plastique et les métaux, ce qui en fait un procédé de fabrication polyvalent. Pour certains projets d'usinage, comme celui des métaux, on distingue deux types : l'usinage dur et l'usinage de matériaux durs. usinage doux.

Types de machines CNC utilisées dans l'usinage

Comme nous l'avons vu précédemment, les machines CNC sont souvent utilisées pour des applications de haute précision. Cette section vous familiarisera avec les différents types de machines CNC.

Machines CNC horizontales et verticales

Ce tableau fournit de brèves informations sur les machines CNC horizontales et verticales.

Machines CNC multi-axes

Le tableau suivant montre les principales différences entre les deux machines CNC multi-axes :

Coulée et usinage : principales différences

La principale différence entre la fonderie et l'usinage réside dans la manière de transformer la matière première pour lui donner la forme souhaitée. Par exemple, en fonderie, la production se fait par solidification et fusion. En usinage, l'excédent de matière est retiré de l'échantillon à l'aide d'outils coupants. Cette section explore d'autres différences et explique brièvement ces techniques :

1. Efficacité matérielle et déchets

Les techniques de fabrication sont classées en deux grandes catégories : formatrice et soustractive. Cette section présente des informations sur la fabrication formatrice et soustractive.

Fabrication formative vs. soustractive

Fabrication formative

• La matière première est d’abord fondue, puis versée dans un moule et solidifiée.
• Grâce à la fusion, les pertes de matière sont très faibles. Les bavures de moulage peuvent être refondues, ce qui réduit les pertes de matière.

Fabrication soustractive

• Différentes opérations de coupe telles que le meulage, le fraisage, etc., sont effectuées pour transformer un bloc solide en produit.
• Le gaspillage de matière est élevé en raison de la formation de copeaux. L'optimisation de l'imbrication permet de gérer ce gaspillage.

2. Tolérances et précision

La tolérance et la précision d'un produit influencent grandement sa durée de vie et sa précision. Une tolérance et une précision élevées garantissent une utilisation optimale du produit pour diverses applications. Pour une tolérance et une précision supérieures, l'usinage est fortement recommandé.

Usinage CNC vs moulage : tableau des tolérances

Ce tableau montre la différence de tolérance et de finition de surface entre l'usinage et le moulage :

Les machines CNC offrent une tolérance 50 à 100 fois supérieure, c'est pourquoi les pièces critiques sont fabriquées par usinage.

3. Complexité de la géométrie des pièces

La complexité de la géométrie de la pièce est la principale raison de choisir entre le moulage et l’usinage.

Moulage de formes complexes

Pour les formes complexes, on utilise le moulage (fabrication formative). Cette technique permet de produire facilement des structures creuses, des contours organiques et des canaux internes complexes. Le moulage est utilisé pour la fabrication de blocs moteurs dans l'industrie automobile.

Usinage pour des détails complexes et des tolérances serrées

Bien que le moulage excelle dans la production de formes complexes et complexes, l'usinage offre des détails d'une précision inégalée et des tolérances strictes. Les machines CNC sont utilisées pour la fabrication de composants tels que des articulations robotisées, des supports structurels, etc., grâce à leur haut niveau de précision.

4. Finition de surface et esthétique

Cela signifie que le moulage peut être le meilleur moyen de produire des formes difficiles, mais l'usinage est utilisé pour une tolérance élevée, etc.

Techniques de post-traitement

Pour une meilleure finition de surface, nous utilisons différentes techniques de post-traitement telles que le sablage, le placage, l'anodisation, etc., pour les pièces moulées et usinées. Ces procédés confèrent aux pièces une résistance à la corrosion et à l'usure.

Le moulage est-il moins cher que l’usinage ?

De nombreux facteurs rendent une technique moins chère que d'autres. Parmi ces facteurs figurent l'application du produit, la production unitaire ou en volume et le niveau de précision. La technique qui satisfait à ces critères est considérée comme moins chère. Examinons ces facteurs :

Comparaison des coûts de fabrication

Ce tableau fournit une comparaison des coûts de différents paramètres de moulage et d'usinage :

Selon ce tableau, le moulage est bien moins cher que l'usinage pour la production en série. L'usinage, quant à lui, est plus rentable pour le prototypage et l'obtention de tolérances élevées.

Usinage CNC de précision pour projets personnalisés en métal dur

Pour obtenir une tolérance et une précision élevées, l'usinage CNC surpasse le moulage multi-matériaux. Des projets sur mesure en métal dur, comme des aubes de turbine en Inconel 718, sont usinés sur des machines CNC. Un autre exemple est une turbine en titane (Ti-6Al-4v).

Choisir le bon procédé en fonction du volume de production

Cette section de l’article présente des informations complètes sur le choix entre les techniques de moulage et d’usinage.

Quand choisir le casting pour une production à grand volume

• Idéal pour les séries de production de masse

Le moulage est une technique excellente et rentable pour la production de masse. Il permet par exemple de produire plus de 1000 50,000 pièces identiques, ou un moule peut être utilisé pour fabriquer XNUMX XNUMX roues de voiture par mois.

• Avantages en termes de coûts en grandes quantités

Si vous produisez 10,000 60 pièces par moulage, le coût unitaire diminue de 80 à XNUMX %. De plus, le gaspillage de matière est réduit.

Quand choisir l'usinage pour les petites séries ou les pièces personnalisées

• Faibles coûts d'installation pour le prototypage

Pour les petites productions ou le prototypage, l'usinage est la solution idéale. Par exemple, la fabrication de 10 prototypes d'engrenages ne vous coûtera que 1500 XNUMX $.

• Flexibilité pour la production personnalisée ou en faible volume

L'usinage présente de nombreux avantages, comme la possibilité d'utiliser différents matériaux au sein d'un lot, la possibilité de modifier la conception des pièces, etc.

Considérations matérielles lors de la coulée et de l'usinage

Le choix du matériau est un critère important dans le choix d'une machine d'usinage ou de moulage. Cette section vous aidera à choisir la machine adaptée à votre matériau.

Options de matériaux pour le moulage

Les options de matériaux pour le moulage sont limitées en raison des points de fusion, de la réactivité et de la fluidité lors du coulage.

Métaux et alliages couramment utilisés dans la coulée

Le moulage fonctionne mieux pour des matériaux comme l'aluminium en raison de son excellente fluidité, l'acier en raison de sa haute résistance, la fonte en raison de sa ductilité et le zinc en raison d'un point de fusion plus bas.

Limitations dans le choix des matériaux pour le moulage

• Les matériaux hautement réactifs ne sont pas souvent coulés car ils peuvent former des composés indésirables sous forme fondue.
• Les points de fusion élevés, tels que le tungstène, ne sont pas coulés.

Options de matériaux pour l'usinage

L'usinage est une technique de fabrication polyvalente qui permet de travailler facilement sur les matériaux les plus difficiles, tels que le tungstène, les plastiques et même les composites.

Contrôle de précision des propriétés des matériaux

L'usinage permet un contrôle précis des propriétés du matériau, comme le montre le tableau suivant.

La principale raison est qu’il n’y a pas de microfissures ou de vides dans les pièces usinées par rapport aux pièces moulées.

Prototypage : moulage ou usinage ?

Quel prototype est le meilleur : usiné ou moulé ? Voyons voir dans cette section :

Avantages du moulage dans le prototypage

Si vous moulez votre prototype, voici les avantages :

1. Tests de géométrie complexe
2. Vérification des propriétés matérielles
3. Rentable pour les grands prototypes

Avantages de l'usinage en prototypage

Dans le cas des pièces usinées, voici les avantages :

1. Vitesse et flexibilité supérieures
2. Polyvalence des matériaux
3. Validation de précision

Limites du moulage et de l'usinage

Chaque technique de fabrication comporte certaines limites, quel que soit son niveau de perfectionnement.

Limites du casting

Les deux principales limitations du casting sont brièvement discutées ici :

Précision et finition de surface limitées

Grâce au moulage, nous pouvons atteindre une tolérance de ± 0.25 mm et de 3.2 à 25 µm Finition de surface Ra. De ce fait, nous effectuons souvent des opérations de post-traitement après la coulée.

Déchets de matériaux élevés pour les petites séries

Dans les petites séries, le gaspillage de matière est de 20 à 30 %, ce qui est considéré comme une limite à l'utilisation du moulage pour les petites séries.

Limites de l'usinage

Et en usinage, il y a deux limites à ne pas utiliser la technique de fabrication par usinage :

Coûts d'outillage et de main-d'œuvre élevés pour des volumes élevés

Les outils se cassent souvent lors de l'usinage de matériaux durs et il faut 5 à 10 fois plus de main-d'œuvre pour usiner les pièces.

Déchets de matériaux dans le processus d'élimination des matériaux

50 à 60 % de déchets de matériaux sous forme de copeaux. Seulement 10 % sont recyclés.

Conclusion

Le moulage et l'usinage sont deux techniques de fabrication utilisées en fonction des besoins. Pour une production en série rentable, privilégiez le moulage. En effet, il est impossible de choisir un matériau à haute réactivité ou à point de fusion élevé. Si vous recherchez une production en petite série ou une grande précision et des tolérances serrées, l'usinage est la solution idéale. L'usinage peut engendrer des coûts élevés liés à l'usure des outils et à la main-d'œuvre.

FAQ

Le moulage sous pression est-il moins cher que la CNC ?

Cela dépend du volume de production. Au-delà de 5000 XNUMX pièces, le moulage sous pression est moins coûteux.

Résistance du moulage ou de l'usinage, laquelle est la plus forte ?

Les matériaux moulés présentent généralement des résistances supérieures à celles d'une pièce usinée.