Ce que vous devez savoir sur l'usinage CNC Kovar

Aujourd'hui, nous allons parler de l'alliage Kovar. Le Kovar est un matériau ou alliage utilisé pour résoudre efficacement des problèmes tels que la dilatation thermique dans des applications critiques. Cet article vous présente un contenu de qualité sur l'alliage Kovar, ses compositions, ses applications et bien d'autres aspects de ce matériau intéressant. Commençons par ce qu'est l'alliage Kovar :

Alliage Kovar

Le métal Kovar, de couleur gris argenté, est un alliage Fe-Co-Ni fabriqué sous vide. Sa composition chimique est contrôlée avec des limites très strictes, ce qui en fait le matériau idéal pour des problèmes tels que la dilatation thermique. Son coefficient de dilatation thermique est identique à celui du verre borosilicaté.

Composition du Kovar

La composition chimique de tout métal est déterminante pour ses excellentes ou mauvaises propriétés mécaniques. L'alliage Kovar est d'abord fabriqué sous vide, puis sa composition chimique est contrôlée dans des limites très strictes. Globalement, le Kovar est un alliage Fe-Co-Ni dont les pourcentages pondéraux de chaque élément sont les suivants :

Le tableau présente le rôle de chaque élément d'alliage. La raison pour laquelle le métal Kovar est le plus adapté au problème de dilatation thermique est la présence des éléments Ni et Co.

Microstructure de l'alliage Kovar

La microstructure du matériau Kovar est à grains fins. Elle lui confère solidité et résistance à la fatigue, et permet son utilisation dans des pièces de précision telles que des boîtiers RF. Voici les micrographies suivantes :

Correspondance de dilatation thermique

Comme mentionné précédemment, la dilatation thermique du Kovar est quasiment équivalente à celle du verre borosilicaté, soit 5.1 × 10⁻⁶/°C entre 30 et 200 °C. Il prévient ainsi les défaillances d'étanchéité du boîtier électrique.

Résistance à la corrosion

Il convient généralement aux applications à température élevée, c'est-à-dire < 400^oC. Vous pouvez utiliser la passivation ou des revêtements pour une utilisation dans des conditions difficiles.

Pourquoi les ingénieurs choisissent Kovar pour leurs pièces usinées

Le Kovar est un matériau intéressant en raison de sa composition chimique contrôlée avec précision et de sa fabrication sous vide. Étudions dans cette section pourquoi les ingénieurs choisissent spécifiquement ce matériau.

Scellage hermétique

La faible dilatation thermique du Kovar permet sa réalisation dans les joints verre-métal. Par exemple, dans les traversées haute tension des appareils d'IRM, un taux de fuite inférieur à 1 × 10⁸ atm·cc/s est requis. La dilatation thermique du Kovar, d'environ 5.1 × 10⁻⁶/°C, prévient les fissures dues aux cycles thermiques.

Propriétés magnétiques

L'alliage Kovar présente une perméabilité magnétique d'environ 2,000 XNUMX μᵣ, ajustable par traitement thermique. Il est utilisé comme blindage magnétique dans les boîtiers d'IRM. Sa perméabilité magnétique est contrôlée.

Stabilité à la température

La stabilité dimensionnelle du matériau Kovar est excellente, même à haute température. Utilisés dans les réacteurs nucléaires, les joints Kovar restent intacts, même exposés à la chaleur et aux radiations.

Défis d'usinabilité du Kovar

L'usinage du Kovar représente parfois un défi pour les opérateurs. Bien que le Kovar offre une dilatation thermique exceptionnelle, son usinabilité est difficile, comme vous le verrez dans cette section :

Écrouissage et bord rapporté

Lorsqu'une contrainte est appliquée au métal Kovar, un phénomène d'écrouissage se produit et le métal devient plus dur. Il en résulte une usure de l'outil et la formation d'arêtes rapportées. Ce problème entraîne deux défauts majeurs :

1. Mauvais état de surface
2. Plus de changements d'outils, donc des coûts plus élevés
3. Vous pouvez résoudre ce problème en utilisant des outils en carbure tranchants, en évitant les temps de réponse, etc.

Usure des outils de diffusion

Lors de l'usinage du Kovar, en raison des températures élevées, le cobalt se diffuse dans la pièce à usiner suite à l'usure de l'outil. Cela entraîne une défaillance prématurée et un allongement du temps d'usinage.

• Vous pouvez utiliser des outils diamantés car ils résistent à la diffusion. De plus, vous pouvez utiliser des vitesses d'usinage lentes.

Sélection du liquide de refroidissement

L'utilisation de liquides de refroidissement inadaptés peut entraîner des soudures de copeaux et des dommages aux outils. Cela entraîne une mauvaise tolérance des pièces et des rebuts. L'utilisation de liquides de refroidissement haute pression peut résoudre ce problème.

Procédés d'usinage CNC Kovar

En raison de ses propriétés uniques, le Kovar nécessite un usinage de pointe. C'est pourquoi nous fabriquons du Kovar de précision. Usinage CNC. Vous pouvez étudier différentes opérations CNC dans cette section, qui sont effectuées sur Kovar.

Tournage de précision Kovar

Le tournage est réalisé sur des pièces cylindriques en Kovar. Voici les avantages du tournage sur Kovar :

Avantages :

1. Vous pouvez obtenir une tolérance serrée jusqu'à ± 0.005 mm pour les pièces cylindriques
2. Une excellente finition de surface peut être obtenue jusqu'à 0.5 Ra
3. Production rentable et élevée de joints

Concernant les inconvénients :

Le tournage CNC sur le Kovar présente également certains inconvénients. Parmi ceux-ci, on peut citer :

1. Si la conception de votre pièce est difficile, vous devrez également utiliser des procédés de post-tournage.
2. En raison de la fonction de durcissement par écrouissage du Kovar, vous devez utiliser des outils en carbure tranchants.

Fraisage Kovar à cinq axes

Le fraisage cinq axes permet aux outils CNC de travailler avec précision sur les cinq axes des pièces Kovar. Ce procédé est idéal pour les conceptions complexes. Voici les avantages du fraisage cinq axes Kovar :

Avantages :

1. Les conceptions de pièces complexes, telles que les boîtiers aérospatiaux, peuvent être facilement usinées en une seule configuration.
2. Bonne précision même avec une faible profondeur radiale, c'est-à-dire ≤10% du diamètre de l'outil. Il contribue à réduire le soudage des copeaux.

Toutefois:

Cependant, le fraisage Kovar à cinq axes présente certains inconvénients :

1. C'est cher en raison des coûts d'usinage et d'outillage plus élevés.
2. Il faut un niveau élevé de programmation pour faire fonctionner cette machine.

EDM et découpe au fil Kovar

Si vous avez besoin de coupes délicates dans vos pièces en matériau Kovar, vous pouvez utiliser l'usinage par décharge électrique pour les pièces durcies.

Avantages :

1. Comme il n’y a pas de contrainte mécanique dans cet usinage, vous pouvez également l’utiliser pour des matériaux plus durs.
2. Vous pouvez utiliser l'EDM et la découpe au fil pour des pièces telles que des canaux microfluidiques, qui nécessitent des coupes complexes.

Inconvénients :

Les inconvénients de l'utilisation de l'EDM et de la découpe au fil pour le matériau Kovar comprennent :

1. Dans le cas de productions à grand volume, cela n'est pas adapté.
2. Une consommation d’énergie plus élevée et des coûts d’électrodes augmentent le prix des pièces.

Micro-perçage Kovar

Le perçage est utilisé pour percer des trous dans les composants médicaux et électroniques. Le micro-perçage permet de réaliser des trous précis avec une tolérance inférieure à 1 mm.

Avantages :

1. Il permet d'obtenir des rapports hauteur/largeur élevés, par exemple 10:1 profondeur/diamètre, avec une déflexion minimale.
2. Processus important pour les ports de dispositifs chirurgicaux.

Inconvénients :

Les inconvénients sont:

1. L’usure rapide des outils augmente les coûts de maintenance.
2. Les copeaux sont difficiles à évacuer. Vous pouvez utiliser le perçage par perçage ou un liquide de refroidissement haute pression.

Comment mieux usiner l'alliage Kovar ?

Comme vous le savez déjà, le Kovar est un matériau complexe en raison de sa dureté et de son abrasivité superficielle. Il est donc essentiel de l'usiner avec le plus grand soin. Voici quelques paramètres essentiels lors de l'usinage de l'alliage Kovar.

Conseil n°1 : Choisir les bons outils

Il existe deux types d'outils de coupe courants dans l'usinage des composants, à savoir les outils en acier rapide et en carbure.

• Outillage HSS vs. Carbure

Le tableau suivant couvre tous les points importants liés à ces outils de coupe :

Astuce 2 : Vitesses et avances de démarrage

Lorsque vous utilisez des vitesses de démarrage et des avances équilibrées, vous pouvez éviter l'écrouissage et l'usure de l'outil.

Pour une fraise en carbure revêtue TiAlN Ø10 mm en Kovar recuit :

Astuce 3 : Liquides de refroidissement haute pression

L'usinage du Kovar présente un autre problème : il retient la chaleur pendant l'usinage. Il ne la laisse pas passer. Voici donc les recommandations :

1. Utiliser un liquide de refroidissement haute pression de 1000 1450 à 70 100 psi (15 à XNUMX bars) avec un débit ≥ XNUMX L/min.
2. Utilisez un liquide de refroidissement synthétique.
3. Ces recommandations peuvent être utiles pour évacuer efficacement les copeaux et réduire les températures de la zone de coupe.

Options de finition de surface et de post-usinage

Après l'usinage des composants, il est toujours judicieux d'appliquer des procédés de post-usinage. Ces procédés augmentent la durabilité des pièces en améliorant l'état de surface et la résistance à la corrosion.

Électropolissage

L'électropolissage est un procédé électrochimique utilisé pour éliminer les imperfections de surface.

Mécanisme de travail

• La pièce Kovar est plongée dans un bain électrolytique d'acide typique.
• Un courant continu traverse l'électrolyte et dissout les microfissures de la surface et la rend lisse.

Vous pouvez obtenir une finition de surface semblable à un miroir, c'est-à-dire 0.1-0.3 Ra, à travers cette opération.

Placage au nickel et à l'or

Ce processus de post-usinage ajoute quelques couches fonctionnelles aux pièces Kovar.

Soulagement du stress sous vide

L'usinage induit souvent des contraintes au sein de la structure du matériau. La décompression sous vide est un procédé de traitement thermique qui supprime les contraintes induites par l'usinage.

Mécanisme de travail

Le matériau Kovar est chauffé à plus de 750^oC, c'est-à-dire sous température de recristallisation, sous vide poussé ≤10⁻⁵ mbar pour éviter l'oxydation.

• Il empêche la distorsion des composants à parois minces.

Comment réaliser un contrôle dimensionnel et une métrologie

Pour les applications critiques, il est impératif de compromettre la précision dimensionnelle. Voici les technologies permettant de vérifier cette précision :

Pour les tolérances de parois minces

Utilisez des passes de finition lentes et légères pour obtenir une précision dimensionnelle de ± 0.025 mm sans déviation.

Métrologie sans contact

Vous pouvez utiliser l'interférométrie à lumière blanche pour inspecter la rugosité de surface < 1 µm.

Pour vérifier les caractéristiques internes, vous pouvez utiliser la tomodensitométrie.

Test de fuite d'hélium

Il permet de détecter de très petites fuites, soit 1×10⁻⁹ cc/sec. C'est un test essentiel pour les assemblages soumis à des pressions critiques.

Étude de cas industrielle des pièces usinées Kovar

Cette section couvre les applications industrielles des pièces usinées Kovar. Commençons par ses applications dans le secteur aérospatial.

Boîtiers IMU aérospatiaux

Les pièces usinées en Kovar sont utilisées dans les boîtiers des centrales de mesure inertielles des avions et des satellites. Le Kovar offre une stabilité thermique exceptionnelle sur des températures comprises entre -65 °C et +150 °C. Il assure également un blindage magnétique et une herméticité.

Traversées médicales

Pour les raisons suivantes, nous utilisons des pièces usinées Kovar dans les traversées médicales :

• Biocompatibilité
• Compatibilité IRM
• Fiabilité de l'étanchéité

Forfaits RF 5G

Les pièces usinées en Kovar sont utilisées dans les stations de base 5G et les systèmes radar pour les modules RF haute fréquence. Le Kovar assure une bonne adaptation du CTE, une intégrité stable du signal et une bonne gestion thermique.

Conseils d'approvisionnement mondial pour l'usinage Kovar

De nombreux facteurs, tels que le coût, la qualité et les délais de livraison, influencent l'achat de pièces usinées Kovar, quel que soit le pays. Voici comment trouver un bon fournisseur :

1. Certification ASTM F15

Assurez la composition et la traçabilité du matériau Kovar et assurez-vous que le fournisseur respecte la certification ASTM F15.

2. Externalisation locale ou chinoise

D'après le tableau comparatif suivant, pour des volumes importants, des conceptions simples et des économies de budget, la Chine est préférable. Si vous avez besoin de prototypes ou de pièces à tolérances serrées, privilégiez les options locales ou américaines.

3. Ateliers avec fours à vide

Privilégiez toujours les fournisseurs équipés de fours sous vide, car leurs pièces usinées seront exemptes d'oxydation.

Comment TUOFA CNC Machining maîtrise la fabrication d'alliages Kovar

Pour vos services d'usinage Kovar, faites appel à TUOFA Precision Machining. Nous proposons un usinage précis pour des tolérances serrées. Nous sommes équipés de fours sous vide pour produire des pièces sans contrainte et sans oxydation. Nous vous garantissons des délais de livraison rapides et des propriétés d'usinage optimales.

Conclusion

Le Kovar est un matériau fondu sous vide, utilisé dans des applications critiques en raison de sa faible dilatation thermique, de sa bonne stabilité thermique et de son étanchéité. Cependant, son phénomène d'écrouissage et son abrasivité de surface nécessitent un usinage très spécialisé et minutieux.

FAQ sur l'usinage Kovar

Quel matériau est équivalent au Kovar ?

Pour le cas de dilatation thermique, Fernico et l'alliage 42 sont équivalents au Kovar.

Quel fluide de coupe convient le mieux à Kovar ?

Vous pouvez utiliser des liquides de refroidissement synthétiques à haut pouvoir lubrifiant. Cela réduira la température et donc l'usure de l'outil.