Usinage à sec : fabrication de pièces sans liquide de refroidissement

L'usinage à sec est un procédé d'usinage sans fluide de coupe ni liquide de refroidissement. Il présente de nombreux avantages, comme la réduction des déchets et des économies potentielles. D'autres caractéristiques importantes de l'usinage à sec, comme son fonctionnement et les considérations importantes concernant le matériau, sont détaillées dans cet article.

Qu'est-ce que l'usinage à sec ?

On parle également d'usinage à sec, car aucun liquide de coupe n'est utilisé pendant l'opération. Au lieu du traditionnel liquide de refroidissement, l'usinage à sec utilise des systèmes de refroidissement par brouillard ou de lubrification minimale (MQL). Dans ce dernier, une faible quantité d'air est pulvérisée pour refroidir la pièce et l'outil.

Comment fonctionne l'usinage à sec ?

La majeure partie de la chaleur produite lors de la coupe est due au frottement entre la pièce et l'outil. Pour réaliser l'usinage à sec, de l'air comprimé et du MQL sont utilisés pour lubrifier la zone de coupe.

Quel est le but de l’usinage à sec ?

L'objectif principal du processus d'usinage à sec est de réduire les coûts, d'améliorer la sécurité et de réduire l'impact environnemental en supprimant les besoins en liquide de refroidissement et son élimination.

Différences entre l'usinage à sec et l'usinage humide traditionnel

La principale différence réside évidemment dans l'absence de liquide de coupe lors de l'usinage à sec. Ce procédé est réputé pour son impact environnemental minimal et sa rentabilité. L'usinage traditionnel utilise des liquides de refroidissement et de lubrification, mais il offre une surface plus lisse et prévient la déformation de la pièce.

Pourquoi certains matériaux doivent-ils être usinés à sec ?

Certains matériaux comme le magnésium, le titane ou l'aluminium, ainsi que les non-métaux comme le plastique et le bois, doivent être usinés à sec. En effet, ils peuvent réagir avec l'eau ou le liquide de refroidissement pendant l'usinage et ne produisent pas suffisamment de chaleur pour nécessiter un liquide de refroidissement. En revanche, les alliages résistants à la chaleur ne doivent pas être usinés à sec.

Usinage à sec (NDM)

Également appelé lubrification à quantité minimale (MQL), ce procédé de coupe durable utilise une très faible quantité de lubrifiant, comme un système de refroidissement par brouillard, pour refroidir la zone de coupe. Il est également respectueux de l'environnement et supérieur aux systèmes de refroidissement traditionnels.

Différence entre l'usinage à sec et le CND

L'usinage à sec se fait sans liquide de refroidissement ni lubrification. L'usinage quasi sec, quant à lui, utilise une quantité contrôlée de lubrifiant sous forme de brouillard ou de système de refroidissement par brouillard.

Avantages de l'usinage à sec

Le processus d’usinage à sec présente de nombreux avantages qui sont décrits ci-dessous :

Avantages en termes de coûts

Il élimine le coût du liquide de refroidissement et réduit toutes les dépenses liées à l'achat, au stockage et à l'élimination du liquide.

Avantages pour la santé et l'environnement

Il réduit les risques d'exposition aux matières dangereuses contenues dans le liquide de refroidissement, minimisant ainsi les problèmes et les risques pour la santé. Il minimise également les déchets et la pollution, réduisant ainsi l'impact environnemental négatif.

Efficacité des processus améliorée

La durée de vie de l'outil est augmentée, en particulier pour la coupe de matériaux durs comme l'acier inoxydable, ce qui accélère le processus d'usinage et améliore les solutions de gestion des copeaux.

Faible Maintenance

Dans l'ensemble, cela nécessite moins d'entretien par rapport à l'usinage humide en raison d'une meilleure durée de vie de l'outil et d'un meilleur traitement.

Tableau des avantages de l'usinage à sec

Inconvénients de l'usinage à sec

L'usinage à sec présente également certains inconvénients, notamment :

Génération de chaleur et stress thermique

La température peut être élevée entre la pièce et l'outil en raison du frottement et peut générer une contrainte thermique et affecter la stabilité dimensionnelle et la précision.

Limitations sur les matériaux

Il ne convient pas à tous les types de matériaux, en particulier ceux qui sont vulnérables aux problèmes liés à la température ou qui nécessitent un contrôle précis de la chaleur.

Contrôle des copeaux

Les solutions de gestion des puces peuvent devenir difficiles et entraîner des puces en forme de ruban ou un blocage des puces

Tableau des inconvénients de l'usinage à sec

Usinage à sec vs usinage humide

Les principales différences entre l’usinage à sec et l’usinage humide sont expliquées dans le tableau comparatif ci-dessous :

Outils et revêtements pour l'usinage à sec

Pour obtenir le résultat le plus efficace, il est important de sélectionner les bons outils et le bon revêtement

Choisir les bons outils

Certaines nuances de carbure et outils de coupe en carbure revêtu sont utilisés pour l'usinage à sec. Les cermets, l'alumine, le nitrure de silicium et les diamants polycristallins sont particulièrement adaptés aux matériaux résistants aux températures élevées, à la dureté et à l'usure.

Revêtements d'outils pour le contrôle de la chaleur

Envisagez des revêtements d'outils tels que le nitrure d'aluminium et de titane, le nitrure d'aluminium et de titane et le nitrure d'aluminium et de chrome qui sont utilisés pour fournir une résistance aux températures élevées, une dureté et une durée de vie de l'outil plus longue.

Paramètres de coupe

L'utilisation de paramètres de coupe optimisés tels qu'une faible vitesse de coupe, une vitesse d'avance élevée pour obtenir une finition de surface élevée et un faible taux pour un faible taux d'enlèvement de matière et une grande profondeur de coupe pour un taux d'enlèvement de matière élevé peut donner de meilleurs résultats de coupe.

Applications de l'usinage sans liquide de refroidissement

L'usinage sans arrosage est devenu célèbre dans de nombreux secteurs. Ses applications courantes sont :

Usinage à sec de l'aluminium

L'aluminium est l'un des matériaux les plus couramment utilisés dans des secteurs tels que l'aéronautique, l'automobile, la construction, l'industrie manufacturière, l'emballage, etc. L'usinage à sec de l'aluminium offre de nombreux avantages, notamment des coûts réduits, des avantages environnementaux et une meilleure précision grâce à l'usinage à sec CNC.

Usinage à sec de l'acier et du titane

L'acier et les alliages, ainsi que le titane, sont des matériaux très exigeants dans l'aéronautique et l'automobile. L'usinage à sec du titane offre durabilité, rentabilité, faible risque de corrosion et enlèvement de copeaux réduit.

Usinage à sec des vis : pourquoi ce procédé fonctionne bien

L'usinage à sec est très efficace pour les matériaux durs comme les vis, car le liquide de refroidissement peut engendrer des contraintes thermiques. Les vis à billes, les vis d'engrenage et les vis extrudées offrent de meilleures performances en usinage à sec.

Prototypage et fabrication de pièces sur mesure

L'usinage CNC à sec peut être une option idéale pour la production de prototypes et de petites séries, afin de tester et de valider des prototypes fonctionnels. Il offre des tolérances strictes et des détails complexes pour les pièces et peut être utilisé dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'énergie, de l'agroalimentaire et de l'automobile.

Usinage à sec (NDM) et lubrification à quantité minimale (MQL)

L'usinage quasi sec (MQL) utilise un système de refroidissement par brouillard. Les principales différences entre l'usinage à sec et l'usinage quasi sec sont décrites ci-dessous :

Différences entre l'usinage NDM et l'usinage à sec

Les principales différences entre les deux processus sont les suivantes :

Avantages de l'usinage à sec

Le procédé d'usinage à sec présente de nombreux avantages, notamment :

• Pas de pollution de l'eau, de la terre et de l'atmosphère
• Aucun risque professionnel pour la santé
• Réduction significative des coûts
• Moins de chocs thermiques par rapport à l'usinage à sec grâce à l'utilisation de liquide de refroidissement

Applications pratiques du NDM

Le NDM est adapté à toutes les opérations CNC. Voici quelques applications :

• Polyvalence dans l'usinage

Il peut être utilisé dans différentes opérations d'usinage telles que le fraisage, le perçage, le sciage à ruban, le sciage circulaire, le taraudage et le tournage.

• Machine

Cela peut être avec des machines comme un tour, des perceuses à colonne et un tour de type suisse

Matériel Requis

Il peut être utilisé avec la fonte, les aciers, l'aluminium et même les alliages aéronautiques difficiles à couper

• Lubrifiant

Il peut être utilisé avec de nombreux lubrifiants comme les esters synthétiques, les alcools gras ou avec de l'eau

• Revêtements

Les progrès réalisés dans les revêtements d’outils, comme TiN, TiCN et TiAlN, ont amélioré la faisabilité de l’usinage quasi-sec,

Matériaux pour l'usinage à sec

Les matériaux résistants aux hautes températures et à l'usure sont les plus adaptés à l'usinage à sec

Meilleurs matériaux pour l'usinage à sec

L'usinage à sec réduit les fluctuations de chaleur dans des matériaux tels que l'acier trempé, les alliages à haute température comme l'aluminium, la fonte, l'acier inoxydable, la céramique, les cermets et les carbures, le nitrure de bore cubique (CBN), le diamant polycristallin (PCD), le revêtement résistant à la chaleur TiAlN, le laiton et le bronze, l'acier au carbone, le polycarbonate, l'acétal, le PEEK et le PVC.

Matériaux nécessitant un liquide de refroidissement

L'usinage à sec du titane et des superalliages ainsi que de certains aciers inoxydables nécessite un liquide de refroidissement pour l'usinage en raison de leur dureté. Ils sont difficiles à usiner et nécessitent une finition de surface précise qui ne peut être obtenue par usinage à sec.

Gestion de la chaleur dans l'usinage à sec

La gestion de la chaleur est réalisée par des outils permettant de contrôler la chaleur et les revêtements

Outils qui contrôlent la chaleur

Les outils fabriqués avec une nuance de carbure élevée peuvent contrôler la chaleur grâce à leur densité et à leurs outils hautement résistants à la chaleur tels que le carbure micrograin ultrafin (YG-1 X-Power) ou le carbure nanograin (YG-1 X5070)

Revêtements et lubrifiants pour outils

Les revêtements standard des outils tels que le revêtement TIAlN ou TiCN ne seraient pas suffisants, c'est pourquoi des outils résistants à la chaleur et des revêtements résistants à la chaleur tels que l'acier trempé avec un revêtement bleu spécial Y1200 sont utilisés en raison de leur résistance élevée à la chaleur jusqu'à 1200°C.

Facteurs à prendre en compte pour l'usinage à sec

Il y a certains facteurs essentiels à prendre en compte lors de l'usinage à sec

Exigence de la machine

Pour obtenir des résultats d'usinage efficaces, la machine doit disposer de fonctionnalités telles qu'une solution de gestion des copeaux robuste, une vitesse de broche élevée, un système de refroidissement, une géométrie d'outil optimisée et une compatibilité des matériaux.

Conditions de coupe

Les conditions de coupe optimales sont une vitesse d'avance élevée, un rayon de nez d'outil élevé, une faible vitesse de coupe pour maintenir la durée de vie de l'outil et une meilleure finition de surface.

Sélection du procédé : sec ou humide

L'usinage à sec nécessite moins de liquide de refroidissement et d'énergie, est économique et plus rapide. Le procédé humide est plus adapté aux matériaux durs, difficiles à usiner et sujets à la déformation.

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FAQ sur l'usinage à sec

Qu'est-ce que la marche à sec dans l'usinage CNC ?

L'essai à vide est une simulation du programme machine sans aucun processus de découpe ni d'enlèvement de matière. Il vise à identifier les problèmes et erreurs potentiels en cours de fonctionnement.

Comment le lubrifiant est-il appliqué lors d'un usinage quasi sec ?

Le lubrifiant est appliqué sur la zone de coupe sous forme d'aérosol avec un brouillard d'air comprimé de contrôle contenant de l'huile

Tous les matériaux peuvent-ils être usinés à sec ?

Non, il ne convient pas à la résistance à la chaleur et aux matériaux durs