Comprendre l'usinage de plaques : des procédés aux applications

L'usinage de plaques est une technique d'usinage CNC qui consiste à enlever de la matière à partir de plaques. Il est généralement utilisé pour les pièces de forme plane telles que les plaques de montage, les plaques de base, les panneaux structuraux, etc. Contrairement à la fabrication de tôles, l'usinage de plaques permet d'obtenir une excellente précision et une surface de haute qualité. Cet article vous permettra de découvrir ce qu'est l'usinage de plaques et quand l'utiliser.

Qu'est-ce que l'usinage de plaques ?

L'usinage de plaques planes, métalliques ou non métalliques, par perçage, fraisage, taraudage, etc., afin d'obtenir la forme souhaitée, est appelé usinage de plaques. Il s'agit d'un usinage soustractif permettant de fabriquer différents composants pour diverses industries, telles que l'aérospatiale, la construction, le médical, etc.

Usinage de plaques minces vs usinage de plaques épaisses

La principale différence entre ces plaques réside dans leur épaisseur. Par exemple, les plaques minces sont peu épaisses, tandis que les plaques épaisses le sont davantage. Une autre différence concerne la déformation par cisaillement transversal : négligeable pour les plaques minces et importante pour les plaques épaisses.

Quelles machines sont utilisées pour l'usinage des plaques ?

Différentes machines sont utilisées pour l'usinage des plaques. Le choix de la machine dépend du matériau, de son épaisseur et de la précision requise. Par exemple, pour un perçage de haute précision, on utilise des perceuses à commande numérique (CNC). Les machines de découpe laser CNC sont utilisées pour la découpe de dimensions et de profils. Fraiseuses CNC sont utilisées pour la fabrication de composants de formes complexes.

Caractéristiques typiques des pièces en plaque usinées

Quelles caractéristiques des pièces usinées peuvent être obtenues par usinage de plaques ? Les pièces usinées par commande numérique (CNC) sont souvent destinées à supporter des charges, à assurer l’alignement ou l’étanchéité structurelle, ce qui exige des pièces présentant des caractéristiques telles que :

1. trous de montage
2. surface plane
3. fentes ou poches
4. angles spéciaux
5. chanfrein et bord

Comment réaliser ces motifs sur des plaques ? Nous vous présentons ci-dessous les méthodes d’usinage les plus courantes.

Explication des procédés d'usinage de plaques courants

Voici les procédés couramment utilisés pour l'usinage des plaques dans la fabrication moderne :

Fraisage de face

Lorsque l'on a besoin de grandes surfaces planes et précises, de la manière la plus rapide et la plus efficace possible, le fraisage en bout est une option d'usinage idéale, car il excelle dans le maintien de la planéité des plaques.

Le fraisage en bout est utilisé pour l'usinage de plaques dans différentes industries importantes, telles que :

• Dans le secteur aérospatial, il est utilisé pour fabriquer des nervures d'aile, des cloisons, etc.
• Dans le secteur automobile, il est utilisé dans la fabrication des blocs-moteurs et des composants de freinage.
• Dans l'industrie des machines lourdes, il est utilisé pour les socles de machines, les supports de montage,

Fraisage de contour

Lorsque l'objectif est de créer des profils internes ou externes complexes sur une pièce, le fraisage de contour s'impose comme une technique d'usinage de choix. Dans ce procédé, l'outil de coupe se déplace simultanément selon les axes X, Y et Z, facilitant ainsi la réalisation de formes 3D. Ce procédé est utilisé dans la fabrication d'aubes de turbines, d'implants médicaux, de moules et matrices, ainsi que de cames.

Perçage et taraudage

Le procédé de forage est utilisé pour trous de perceuse Le taraudage est une opération de base permettant de réaliser des filetages sur des surfaces externes et internes. Il sert notamment à créer des filetages dans les trous destinés à recevoir des vis, des rivets et des goupilles pour l'assemblage.

Fraisage de poche

En usinage de plaques, pour réduire le poids, notamment dans le secteur aérospatial, on réalise souvent des cavités dans les composants. La fabrication de ces cavités repose sur le fraisage de cavités.

Usinage de plaques pour métaux courants

Ces matériaux servent à fabriquer des plaques faciles à usiner, stables et adaptées aux applications respectives. Parmi les matériaux courants, on trouve l'aluminium, l'acier, le titane et l'acier à outils.

Usinage de plaques d'aluminium

L'aluminium est un matériau couramment utilisé dans presque tous les secteurs industriels en raison de son rapport résistance/poids élevé, de sa bonne robustesse et de son excellente résistance à la corrosion. C'est un matériau très usinable. Pour usiner des plaques d'aluminium, choisissez les paramètres de coupe suivants :

Usinage de plaques d'acier

L'acier se présente sous différentes compositions. Il peut s'agir d'acier à faible teneur en carbone, d'acier inoxydable ou d'acier trempé. Les aciers faiblement alliés sont faciles à usiner, contrairement aux aciers inoxydables et trempés, plus difficiles à usiner en raison de leur haute résistance. Voici les paramètres de coupe utilisés pour l'acier :

Usinage de plaques de titane

Le titane est l'un des métaux les plus difficiles à usiner en raison de sa faible conductivité thermique et de sa haute résistance. Pour usiner des plaques de titane, utilisez les paramètres de coupe suivants :

Usinage de plaques d'acier à outils

L'acier à outils est difficile à usiner Après les traitements thermiques, en raison de leur teneur élevée en carbone et de leur dureté élevée, les plaques d'acier à outils sont généralement usinées selon les paramètres suivants :

Outils pour l'usinage de plaques

Lors de l'usinage de plaques, différents types d'outils sont utilisés, tels que des outils de coupe, de maintien et de mesure. Examinons-les plus en détail :

Outils de coupe

Ces outils servent à enlever la matière excédentaire de la pièce afin d'obtenir la forme souhaitée. Les outils de coupe dépendent généralement du procédé de coupe. Par exemple, on utilise des fraises à surfacer pour le surfaçage et des forets pour le perçage. Parmi les autres outils de coupe, on trouve la fraise à chanfreiner, la fraise à rainurer en T et la fraise à surfacer.

Outils de serrage

Pour les configurations d'usinage CNC ou conventionnelles, ces outils de maintien de pièce sont utilisés pour l'usinage de plaques :

• Etau machine
• Colliers à rainure en T
• Mandrin magnétique
• Mandrin à vide
• Plaque de fixation
• équerre
• pinces de serrage
• Parallels

Outils de mesure

Les outils de mesure servent à mesurer les dimensions des plaques pendant ou après les opérations d'usinage. Ces outils comprennent :

• Pied à coulisse
• Pied à coulisse numérique
• micromètre
• Jauge de hauteur
• Indicateur d'appel
• Surface de surface
• Essayez le carré
• Protecteur de biseau

Problèmes courants liés à l'usinage des plaques

L'usinage de plaques est généralement complexe car, souvent fines ou plates, elles ne possèdent pas toujours la rigidité nécessaire pour supporter des forces de coupe élevées. Les problèmes suivants se posent généralement lors de l'usinage de plaques :

Déformation des plaques

Le gauchissement des plaques se produit lorsqu'une plaque plane subit une courbure ou une déformation indésirable, de sorte que les plaques ne restent pas planes pendant ou après l'usinage. Ces problèmes surviennent en raison de contraintes résiduelles inégales, enlèvement de matière non uniforme, dilatation ou contraction due à la génération de chaleur, ou géométrie de plaque mince.

Mauvaise planéité

Dans ce cas, la plaque ne reste pas parfaitement plane dans les tolérances spécifiées. De ce fait, elle peut présenter une courbure, une torsion ou une ondulation. Ce problème survient lorsque la pièce présente des contraintes résiduelles, que la matière est enlevée de manière non uniforme, que le serrage est incorrect ou que l'épaisseur de la plaque est insuffisante.

Épaisseur inégale

L'expression « épaisseur irrégulière » désigne des plaques présentant des épaisseurs différentes à divers endroits. Les causes de ce problème sont les suivantes :

1. Contraintes résiduelles dans la matière première
2. Usure ou déformation de l'outil
3. Sous l'effet de la chaleur, une plaque peut se contracter ou se dilater en différents points.
4. Élimination non uniforme des matériaux

Position imprécise du trou

Un positionnement imprécis des trous entraîne des défaillances fonctionnelles. Ce problème survient en raison d'une programmation CNC incorrecte, de jeux dans la machine, d'un déplacement de la pièce pendant l'usinage ou le perçage, d'une déviation du foret ou d'un mauvais réglage de la référence.

Comment optimiser l'usinage des plaques ?

Lors de l'usinage de plaques, différents problèmes peuvent survenir, comme indiqué dans la section précédente. Pour les éviter, l'usinage des plaques peut être optimisé grâce aux conseils suivants :

Améliorer la stabilité du maintien en place

Il s'agit d'une condition essentielle pour l'usinage de toute pièce et la principale cause des problèmes survenant pendant ou après ce processus. Ainsi, le principe de base de l'usinage de plaques est que la plaque doit être fixée fermement et uniformément afin d'éviter tout mouvement, vibration ou déformation pendant l'usinage. Cette stabilité de fixation garantit des dimensions précises, un meilleur état de surface, une réduction des vibrations et des broutages, ainsi qu'une durée de vie accrue de l'outil.

Optimisation de la séquence d'usinage

Les opérations d'usinage doivent être organisées de manière efficace et logique afin d'obtenir une production d'une précision maximale. La séquence d'usinage typique peut être la suivante :

1. Face à
2. Usinage grossier
3. Semi-finition
4. Forage Horizontaux
5. Usinage de profils
6. Processus de finition finale

Utiliser une stratégie de coupe par couches

Au lieu d'enlever la matière excédentaire en une seule passe profonde, il convient de procéder par plusieurs passes superficielles. Cette approche présente divers avantages : réduction des efforts de coupe, minimisation de la déformation de l'outil, meilleure précision dimensionnelle, état de surface amélioré et durée de vie de l'outil prolongée.

Contrôle de la chaleur et de la charge de coupe

Lors de l'usinage de plaques, il est essentiel de maintenir la température de coupe et les forces d'usinage dans des limites de sécurité. Un échauffement excessif peut provoquer une dilatation ou une contraction, tandis que des forces de coupe trop importantes peuvent entraîner une déformation de l'outil et de la pièce. Pour ce faire, il convient de sélectionner des paramètres de coupe optimaux, d'utiliser des outils bien affûtés et d'appliquer une lubrification adéquate.

À quoi sert l'usinage de plaques ?

Les plaques métalliques plates sont usinées, percées et façonnées pour obtenir des composants de précision, qui sont ensuite utilisés dans différentes industries. Notamment, dans le domaine des énergies nouvelles, comme les systèmes de batteries au lithium, ces plaques servent à la fabrication de plateaux de batteries, de plaques de refroidissement, etc.

Industrie aérospaciale

Dans l'industrie aérospatiale, on utilise des plaques car ce secteur exige une grande précision dimensionnelle, répondant à des tolérances strictes et aux normes de sécurité les plus exigeantes. L'usinage de plaques est utilisé pour la fabrication de pièces critiques, telles que les plaques de montage, les supports de haute précision et les composants structuraux légers. Les plaques de montage servent notamment à fixer les systèmes avioniques, les capteurs, etc.

Industrie automobile

Dans ce domaine, les plaques usinées sont utilisées dans la production de composants haute résistance et fiables, tels que les plaques de connexion et les supports moteur.

• Les plaques de connexion servent à relier les ensembles structurels et mécaniques.
• Le support moteur sert à fixer le moteur au châssis du véhicule.

Industrie des machines

Dans ce domaine, les plaques sont transformées en plaques de base de machines, en structures porteuses et en plaques de liaison.

• Les bâtis de machines offrent des fondations stables et sans vibrations pour les équipements lourds.
• Les structures porteuses sont conçues pour supporter les forces statiques et dynamiques.
• Les plaques de liaison transmettent le mouvement et les forces entre les composants interconnectés

Industrie de la robotique

Les plaques de cadre, les plaques fonctionnelles et les dispositifs de précision sont fabriqués par usinage de plaques.

• Les plaques de châssis constituent l'ossature structurelle des systèmes robotiques.
• Les dispositifs de précision permettent un assemblage, un étalonnage et un positionnement précis des composants robotiques
• Les plaques fonctionnelles servent à monter les actionneurs, les capteurs et les unités de commande.

Usinage de plaques par rapport à d'autres procédés d'usinage

Cette section présente les différences entre l'usinage de plaques et les autres procédés d'usinage.

Usinage de plaques vs usinage 3D

L'usinage 3D est une opération permettant de produire des formes complexes en 3D après élimination de la matière superflue. Le tableau suivant récapitule les différences entre l'usinage de plaques et l'usinage 3D :

Usinage de plaques vs usinage au tour

En tournage, la pièce tourne tandis que les outils de coupe restent fixes et enlèvent la matière. Ce tableau présente les principales différences entre l'usinage de plaques et l'usinage au tour :

Usinage de plaques vs fabrication de tôles

En tôlerie, les pièces sont produites par des opérations telles que le pliage, le formage et la découpe. Les différences entre l'usinage de plaques et la tôlerie sont les suivantes :

Facteurs de choix des services d'usinage de plaques

Lors du choix d'un service d'usinage de plaques, tenez compte des facteurs suivants.

Géométrie de plaque plane

Une plaque non uniforme ou une plaque dont la planéité est insuffisante peut entraîner un enlèvement de matière irrégulier, ce qui se traduira par des variations d'épaisseur, une mauvaise finition de surface et des dimensions inexactes.

Haute précision et tolérance serrée

Ce facteur est important car il garantit un ajustement parfait, un assemblage sans faille et des performances fiables dans les secteurs critiques tels que l'aérospatiale, l'automobile, le médical, etc.

Exigences relatives à la capacité de charge

Une prise en compte adéquate des exigences de charge permet un support sûr contre les charges statiques, d'impact et dynamiques, tout en maintenant la stabilité dimensionnelle et la fiabilité à long terme en service.

Conclusion

L'usinage de plaques est largement utilisé dans presque tous les secteurs industriels en raison des exigences de haute précision et de performance des composants. Différentes opérations d'usinage, telles que le perçage, le fraisage et le taraudage, sont mises en œuvre pour obtenir les produits souhaités. L'aluminium, l'acier, le titane et l'acier à outils sont des matériaux couramment utilisés pour l'usinage de plaques, du fait de leurs propriétés mécaniques. Lors de ce processus, plusieurs problèmes peuvent survenir, comme le gauchissement des plaques et les effets thermiques. Ces problèmes peuvent être résolus par l'optimisation des paramètres d'usinage et l'utilisation d'une lubrification appropriée.

Avec plus de 20 ans d'expérience dans la fabrication, Tuofa possède des techniques d'usinage de plaques éprouvées., ce qui peut aider le client à produire rapidement des composants de précision en forme de plaque.

QFP

Comment usiner des plaques ?

L'usinage des plaques peut se faire par différents procédés, comme le perçage, le fraisage, etc. Cela dépend du niveau de précision requis et de la forme de la pièce.

Quelles machines sont utilisées pour l'usinage des plaques ?

Les tours à commande numérique (CNC), les perceuses à commande numérique (CNC), les machines de découpe laser à commande numérique (CNC), les taraudeuses à commande numérique (CNC), etc., sont utilisés pour l'usinage des plaques. Le choix de la machine dépend de la forme et de la précision requises pour le produit.

À quoi servent les plaques d'aluminium ?

Les plaques d'aluminium sont reconnues pour leur excellent rapport résistance/poids et leur résistance à la corrosion, c'est pourquoi elles sont utilisées dans les industries aérospatiale et automobile.