Fabrication soustractive : procédés, avantages et quand la choisir

Vous aurez une idée de la signification du mot « soustraire ». Il signifie « moins » ou « enlever ». Dans la fabrication soustractive, la matière est retirée d'un bloc solide à l'aide de divers outils et technologies pour obtenir la forme souhaitée. Cet article vise à illustrer l'importance de la fabrication soustractive dans nos vies, en soulignant son importance par rapport à la fabrication additive. Vous étudierez les technologies de fabrication soustractive telles que la CNC, leurs avantages et le bon choix. Commençons donc par comprendre brièvement ce qu'est la fabrication soustractive.

Qu'est-ce que la fabrication soustractive ?

Dans la fabrication soustractive, la matière est retirée d'un bloc solide pour créer les produits aux formes souhaitées. Différents outils et machines sont utilisés pour découper la matière première en produits utilisables dans le monde réel. Cette technique est au cœur de l'automobile, de l'aérospatiale et de nombreux autres secteurs.

Définition et principe fondamental

Le principe de base de la fabrication soustractive est de couper ou de retirer de la matière d'un bloc solide à l'aide de perceuses, de tours ou de lasers, etc.

De l'usinage manuel à l'évolution de la CNC

Obtenir les dimensions les plus précises pour la pièce a toujours été une priorité absolue. C'est dans ce contexte qu'est arrivée la révolution industrielle. Il est devenu crucial de réaliser des pièces aux tolérances serrées pour les industries aérospatiale et automobile. L'usinage manuel était impossible ou très chronophage. Pour résoudre ces problèmes, la machine CNC (commande numérique par ordinateur) a été introduite dans le monde de la fabrication, la machine la plus avancée.

Rôle dans le flux de travail numérique actuel (CAO → FAO → CNC)

Vous ne pouvez pas travailler vos pièces directement sur des machines CNC. Vous devez d'abord concevoir la pièce dans un logiciel de CAO, puis la convertir en parcours d'outils à l'aide d'un logiciel de FAO. Vous pourrez ensuite utiliser des machines CNC.

Types courants de procédés de fabrication soustractive

Dans cette section, vous allez étudier certains procédés de fabrication soustractive courants.

Fraisage CNC (3 axes à 5 axes)

Si la conception de vos pièces est simple, optez pour une machine CNC 3 axes. Pour les conceptions complexes, comme les turbines, optez pour une machine CNC 5 axes, car elle ajoute également des axes A/B de rotation.

Tournage CNC et tour suisse

In Tournage CNCLa pièce cylindrique tourne et les outils enlèvent la matière. Idéal pour les composants cylindriques, comme les arbres.

Vous utiliserez Tour à tour suisse lorsque les composants sont minuscules, par exemple les vis des montres.

L'efficacité dépend de la taille des composants. Pour les micro-pièces, les tours suisses sont trois fois plus rapides que le tournage CNC.

Rectification, rodage et rodage

Meulage

L'utilisation d'une meule abrasive pour enlever la matière nécessaire au calibrage et au façonnage est appelée meulage. Elle est parfois utilisée pour obtenir une bonne finition de surface.

Honing

Les pierres abrasives sont utilisées pour frotter l'intérieur d'un trou ou d'un alésage. Ce procédé permet d'améliorer la précision dimensionnelle et la finition de surface.

Rodage

Prenez un disque et une pièce, ajoutez une pâte abrasive entre les surfaces, puis frottez. Vous obtiendrez un fini miroir.

Le rodage offre la finition de surface la plus lisse.

Usinage par décharge électrique

Si un fil électrifié coupe le matériau, on parle de Fil EDM, et si vous utilisez une électrode pour façonner les cavités, cela s'appelle Évier EDM.

Découpe au jet d'eau et au laser à fibre

Découpe laser à fibre

Un faisceau laser focalisé fait fondre, brûler ou vaporiser le matériau cible. Il est idéal pour les formes complexes et les tolérances serrées.

Découpe au jet d'eau

Si vous utilisez un jet d’eau sous haute pression, parfois mélangé à des particules abrasives pour couper un matériau, on parle alors de découpe au jet d’eau.

Tableau de comparaison rapide

Le tableau comparatif suivant montre les différences dans les méthodes de fabrication soustractive.

Démonstration de fabrication soustractive

Matériaux pris en charge par la fabrication soustractive

La fabrication soustractive, comme l'utilisation de machines CNC, permet d'obtenir une variété de matériaux pour les transformer en pièces utilisables dans la vie réelle. Contrairement à la fabrication additive, qui pose des problèmes de stabilité thermique et de résistance des matériaux.

Types de matériaux métalliques

Cette section présente quelques matériaux courants utilisés pour la fabrication soustractive de pièces. Les machines CNC et autres méthodes de fabrication soustractive peuvent traiter de nombreux matériaux tels que les métaux, les plastiques et les composites. Voici quelques métaux courants largement utilisés en fabrication soustractive :

Fabrication soustractive de l'aluminium

Les alliages d'aluminium les plus courants sont le 7075-T6, le 7075 et le 2024. Vous pouvez fabriquer des pièces aérospatiales, telles que des nervures d'ailes, et des pièces automobiles, telles que des blocs moteurs, en utilisant la fabrication soustractive.

Fabrication soustractive du titane

Les nuances de titane de grade 2 (CP), 5 (Ti-6Al-4V) et 23 (médical) sont les plus utilisées en fabrication soustractive. Elles peuvent être utilisées pour les trains d'atterrissage, les implants et bien d'autres applications.

Fabrication soustractive Inconel

L'Inconel est un alliage de nickel. Ses nuances les plus couramment utilisées en fabrication soustractive sont le 718, le 625 et le 738. Ses excellentes propriétés mécaniques expliquent son utilisation dans les réacteurs nucléaires. Il est notamment utilisé pour la fabrication de disques de turbine et d'outils de fond de puits pour les industries aéronautique et pétrolière et gazière.

Acier de fabrication soustractive

Le matériau le plus couramment utilisé dans la fabrication soustractive. De l'acier doux à l'acier allié, il est utilisé dans différentes applications, telles que l'acier doux pour les cadres, l'acier inoxydable pour les équipements alimentaires et les aciers à outils pour les moules et les outils de coupe, etc.

Matériaux non métalliques

Comme mentionné précédemment, les méthodes de fabrication soustractive, comme les machines CNC, permettent d'obtenir une plus grande variété de matériaux. Il s'agit des matériaux non métalliques utilisés pour la fabrication soustractive.

Plastiques techniques

Les plastiques techniques sont des matériaux spécialement conçus pour des applications critiques. Le polyoxyméthylène (POM) en est un exemple. On le retrouve dans les engrenages, les roulements et les dispositifs médicaux. Parmi les autres plastiques techniques, on trouve le nylon et le PEEK.

Composites en fibre de carbone

C'est l'un des matériaux les plus difficiles à usiner, mais la fabrication soustractive ou les machines CNC le permettent sans problème. Il est utilisé dans les structures aérospatiales, les composants automobiles et l'industrie du sport.

TOP 3 des alliages difficiles à usiner

Dans cette section, vous allez étudier les 3 principaux matériaux considérés comme « difficiles à usiner ».

• Inconel 718 CNC

Son usinage est difficile car il durcit instantanément. Les machines CNC permettent cette opération facilement. Il est utilisé pour les composants de moteurs à réaction et les applications nucléaires à fortes contraintes.

• CNC Ti-6Al-4V

Son usinage est difficile en raison de sa faible conductivité thermique, ce qui entraîne une concentration de chaleur. Il est utilisé dans les équipements aéronautiques et les implants médicaux.

• Acier à outils trempé (≥ 55 HRC)

C'est un matériau très dur, car le carbure abrasif use rapidement les outils en carbure. Il est utilisé dans les moules d'injection et les matrices de découpe.

Tolérances, état de surface et précision dimensionnelle

La principale raison pour laquelle nous utilisons la fabrication soustractive est qu'elle offre une tolérance, un état de surface et une précision dimensionnelle supérieurs aux méthodes de fabrication conventionnelles. Ces propriétés augmentent la durée de vie des pièces et le taux de réussite des applications. Des données complémentaires sont présentées dans cette section :

Bandes de tolérance typiques par procédé

La fabrication soustractive comprend de nombreux processus, tels que l'usinage CNC, le meulage, le tournage, etc. Nous discuterons de la tolérance obtenue à travers chaque processus :

Ces valeurs représentent la capacité standard de chaque processus à atteindre cette tolérance.

Mesures de rugosité de surface (Ra, Rz)

La rugosité de surface est une propriété importante pour toute application. Une surface rugueuse des pièces entraîne des ruptures par fatigue et affecte l'adhérence des revêtements.

Le meulage offre le plus haut niveau de douceur, c'est-à-dire une finition de surface semblable à un miroir.

Contrôle qualité : palpage en cours de processus et CMM

Le palpage en cours de fabrication et la MMT (machine à mesurer tridimensionnelle) sont les deux fonctions avancées de l'usinage soustractif. Elles garantissent la précision et le contrôle qualité de l'usinage.

Le palpage en cours de processus permet une vérification en temps réel pendant l'usinage, ce qui réduit le taux de rebut de 40 %.

La MMT est une référence en matière d'inspection post-processus. Elle offre une résolution microscopique et permet la cartographie de surface 3D pour les géométries complexes.

Principaux flux de déchets et comment les réduire

Les méthodes de fabrication soustractive présentent un inconvénient majeur, mais gérable : les flux de déchets, désormais réduits ou recyclés grâce aux progrès technologiques, sont désormais possibles.

Récupération de copeaux métalliques et valeur de la ferraille

Aujourd'hui, les copeaux métalliques produits lors de l'usinage sont importants car ils permettent de les vendre et de générer des revenus. Par exemple, les copeaux d'aluminium se vendent entre 1.50 et 2.50 dollars/kg en raison de la forte demande de recyclage.

Utilisation, filtration et élimination du liquide de refroidissement

Les liquides de refroidissement sont généralement gaspillés avant leur date limite d'utilisation, alors qu'ils peuvent facilement être utilisés pendant trois mois. Des systèmes de filtration peuvent prolonger la durée de vie du pétrole brut. Les liquides de refroidissement sales peuvent endommager les outils ; il est donc nécessaire de les éliminer rapidement.

Consommation d'énergie et empreinte carbone

Pour réduire vos factures d'énergie, il est essentiel de savoir où l'électricité est consommée, comme une broche qui consomme 60 % de l'énergie totale. Pour réduire votre consommation d'énergie et votre empreinte carbone, utilisez des outils performants et réalisez les gros usinages de nuit pour profiter des tarifs d'électricité plus avantageux. Vous pouvez également utiliser des panneaux solaires.

Avantages et limites de la fabrication soustractive

Cette section fournit un aperçu des avantages et des inconvénients de l'utilisation de la fabrication soustractive, c'est-à-dire des machines CNC.

1. Installation et montage

• Avantages

1. Une bonne configuration et un bon montage peuvent être utilisés à plusieurs reprises
2. alignement de haute précision
3. Les luminaires modulaires permettent des changements rapides

• Limites

1. Coûts initiaux élevés
2. Si vos pièces sont grandes ou de formes étranges, vous avez besoin Customiser, des luminaires coûteux

2. Enlèvement de matériaux en vrac

• Avantages

1. Enlèvement de matière 10 fois supérieur à celui de la fabrication additive
2. Usine également parfaitement les matériaux durs
3. 20 à 30 % de production de déchets en moins

• Limites

Utilisation à haute puissance

3. Terminer l'usinage

• Avantages

1. Finition de surface supérieure, c'est-à-dire Ra 0.4 µm
2. Vous pouvez atteindre ±01 mm
3. Souvent, le post-traitement n'est pas nécessaire

• Limites

Une usure de l'outil peut se produire et une vitesse d'usinage plus lente pour la finition

4. Post-usinage

• Avantages

Aucun frittage requis après l'usinage CNC

Les pièces usinées CNC sont faciles à inspecter

• Limites

1. Pour les bords tranchants, un ébavurage peut être nécessaire
2. Risques de stress plus élevés

Quand choisir la fabrication soustractive

• Tolérances serrées inférieures à ± 025 mm
• Métaux ou plastiques chargés que l'impression 3D ne peut pas égaler
• Surfaces cosmétiques Ra ≤ 4 µm hors machine
• Volumes de production faibles à moyens nécessitant une répétabilité
• Pièces à haute densité pour charges structurelles élevées
• Géométrie d'outil simple sans cavités internes profondes

Fabrication soustractive de précision industrielle : usinage CNC de précision TUOFA

TUOFA est une entreprise chinoise spécialisée dans l'usinage CNC de précision. Nous vous proposons des services d'usinage CNC aux meilleurs prix et avec une livraison rapide. Voici pourquoi choisir TUOFA pour l'usinage de vos pièces.

Usinage de précision ± 0.02 mm

± 0.02 mm correspond à la tolérance très stricte utilisée dans les secteurs de l'automobile, de l'aérospatiale et de la médecine. Mais TUOFA est spécialisé dans l'obtention de tolérances ultra-élevées.

Usinage à la demande

• Livraison rapide pour les prototypes et autres pièces
• Vous pouvez également venir chez nous pour une faible production

Sélection de matériaux variés

Nous usinons une grande variété de matériaux grâce à notre usinage CNC de précision. Nous pouvons usiner des métaux (aluminium, titane, alliages d'acier, Inconel), des plastiques et des composites.

Certificat lSO9001

Nous suivons strictement les ISO 9001 Norme d'assurance qualité. Nous suivons également la norme IATF 16949 pour les composants automobiles.

Conclusion

Nous concluons que la fabrication soustractive est le pilier de l'innovation. Les machines CNC deviennent plus intelligentes et plus rapides. L'IA sera bientôt capable d'optimiser automatiquement les parcours d'outils. Cette fonctionnalité sera utile pour une production 24h/7 et XNUMXj/XNUMX, ce qui signifie une production encore plus rapide. La fabrication additive est une technologie émergente, mais les machines CNC jouent toujours un rôle important dans la fabrication de pièces métalliques à haute résistance.

FAQ sur la fabrication soustractive

Quel procédé permet d’obtenir les tolérances les plus strictes ?

Le meulage peut atteindre une tolérance ultra-serrée, c'est-à-dire ± 0.002 mm.

Les méthodes soustractives peuvent-elles usiner des composites ?

Oui, les machines CNC peuvent facilement usiner des matériaux composites grâce à des fonctionnalités avancées.

Pourquoi choisir la CNC plutôt que l’impression 3D pour les pièces métalliques ?

Parce que vous pouvez obtenir une résistance et une finition de surface supérieures en utilisant des machines CNC plutôt que l'impression 3D.