Qu'est-ce qu'une barre d'acier en usinage CNC ?

Dans les industries manufacturières, les matières premières sont fournies sous différentes géométries standardisées : barres, tiges ou plaques. Le choix de la forme dépend du type d’usinage. Par exemple, on utilise des barres rondes pour les pièces cylindriques et des plaques ou des tôles pour les pièces plates. Cet article traite des barres et de leur rôle dans l’usinage CNC.

Qu'est-ce qu'une barre de stock ?

Une barre est un produit long et solide à section transversale constante. Sa longueur est nettement supérieure à sa largeur. Ces barres peuvent être rondes, hexagonales, plates ou carrées. La section transversale des barres reste uniforme sur toute leur longueur. Le terme « barre » désigne la matière première livrée brute pour la fabrication et l'usinage CNC.

À quoi sert un stock de barres ?

Ces barres servent ensuite à obtenir des produits finis après découpe, usinage et mise en forme. Par exemple, on fabrique des arbres à partir d'une barre ronde. Au cours du processus de fabrication, d'autres procédés, tels que le soudage ou le cintrage, sont également utilisés.

De quoi est faite une barre d'acier ?

Tout dépend des applications. Les barres peuvent être en titane, en aluminium, en acier, etc. Pour certaines applications, on utilise même du plastique.

Quelles sont les différentes formes des barres d'acier ?

Dans cette section, nous allons examiner une à une les différentes formes de barres. Ces formes sont importantes en fonction de la précision requise et des applications.

Barre ronde

La figure suivante montre à quoi ressemble une barre ronde :

Le diamètre des barres rondes est variable (10 mm, 20 mm, etc.). Leur fabrication s'effectue par laminage à chaud, étirage à froid et forgeage, selon la précision et les propriétés recherchées. Ces barres sont faciles à usiner pour obtenir des arbres, boulons, goupilles, etc.

Barre hexagonale

Ce sont des barres hexagonales. Ces barres ne présentent pas de diamètre, mais leur longueur entre plans (A/F) correspond à la distance entre deux faces planes opposées. Elles sont utilisées pour la fabrication de raccords, de vannes, d'entretoises et de supports.

Barre carrée

Ce type de barre possède quatre côtés égaux et une section carrée. Ses dimensions sont exprimées par la longueur de son côté, par exemple 10 mm x 10 mm. Ces barres sont couramment utilisées dans la fabrication de composants de machines, de supports de structure, ainsi que dans les travaux de forgeage et de fabrication. Pour une meilleure compréhension, veuillez consulter l'image suivante :

Barre plate

On l'appelle aussi barre rectangulaire car sa section transversale est rectangulaire. Elle est large et mince. On la privilégie lorsque la surface est plus importante que la résistance à la compression. On la retrouve notamment dans les supports, les cadres, les ressorts à lames, etc.

Comment sont fabriquées les barres de métal ?

Les barres d'acier sont produites par divers procédés de fabrication primaires, et chaque procédé donne lieu à des propriétés mécaniques, un état de surface et une précision dimensionnelle différents.

Laminage à chaud

Pour le laminage à chaud, on utilise des billettes ou des blooms. Celles-ci sont d'abord chauffées au-dessus de leur température de recristallisation, par exemple entre 900 et 1200 °C pour l'acier. Elles passent ensuite dans une série de laminoirs. Les forces de compression réduisent leur section et les transforment en barres. Grâce à cette température élevée, l'opération se déroule sans fissures. Ce procédé entraîne une précision dimensionnelle moindre et une surface rugueuse.

Dessin à froid

Après le laminage à chaud, l'étirage à froid est appliqué comme procédé de finition. La barre est étirée à travers une filière à température ambiante, ce qui réduit son diamètre et améliore ses propriétés. Grâce à l'écrouissage, la résistance et la dureté augmentent tandis que la ductilité diminue légèrement.

Extrusion

Ce procédé utilise la force et une matrice pour produire des barres de formes complexes, comme des profils hexagonaux ou personnalisés. Les billettes, à haute température, sont passées à travers les matrices sous l'effet de la force. Ce procédé est courant pour les métaux à bas point de fusion, tels que l'aluminium. Il permet d'obtenir un excellent état de surface et une grande précision dimensionnelle.

Forger

Le forgeage à chaud est couramment utilisé pour produire des barres dont la structure granulaire est affinée, ce qui accroît la résistance et la ténacité. Les billettes incandescentes sont placées sous une presse ou un marteau, et les forces de compression les transforment en barres.

Comment la forme des barres influence-t-elle l'usinage CNC ?

La forme des barres influence le choix du processus d'usinage CNC. Voyons en quoi la forme d'une barre est importante pour l'usinage CNC :

Sélection d'usinage CNC

La forme d'une barre est déterminante pour la précision, la facilité d'usinage et la rentabilité du processus. Les capacités de chaque opération CNC étant différentes, le choix de la forme appropriée est primordial.

Barre ronde tournée CNC

Dans les industries manufacturières, les barres rondes sont considérées comme les plus adaptées aux opérations de tournage CNC, car :

• La géométrie est déjà axisymétrique.
• Il faut enlever moins de matière pour fabriquer des produits comme des arbres, etc.
• En fonctionnement, il tourne en douceur, donc sans déséquilibre

Ces avantages des barres rondes pour les opérations de tournage CNC se traduisent par une excellente finition de surface, une usure des outils réduite et des coûts d'usinage inférieurs.

Barre carrée usinée CNC

Les machinistes privilégient les barres carrées pour les opérations de fraisage CNC en raison de l'exigence de planéité de leur surface. De plus, ces barres sont utilisées pour fabriquer des pièces telles que des clés, des supports et des blocs. Elles se fixent facilement dans un étau. Grâce à leur surface plane, l'usinage nécessaire est réduit. Un autre avantage important est un meilleur contrôle dimensionnel des faces.

Fraisage et tournage CNC de barres hexagonales

Les barres hexagonales sont privilégiées pour les opérations de fraisage et de tournage CNC en raison de leur efficacité d'usinage, de leur maintien et de leur fonctionnalité. En tournage CNC, une barre hexagonale sert à produire :

• Noix
• Têtes de boulon
• Installations

Pour les opérations de fraisage CNC, les barres hexagonales offrent les avantages de surfaces planes déjà disponibles, d'un serrage facile et d'un indexage aisé.

Fraisage CNC de barres plates

Les fraiseuses CNC sont particulièrement performantes sur les surfaces planes, les arêtes et les profils. Les barres plates étant considérées comme des pièces quasi-finies, la quantité de matière à enlever est réduite. Elles constituent un choix idéal pour les opérations de fraisage telles que le surfaçage, le rainurage, le fraisage de poches et le profilage.

Barres d'acier : Pièces usinées CNC

Cette section met en lumière des éléments de différents modèles obtenus grâce aux différentes formes de barres.

Pièces cylindriques

Certaines de ces pièces cylindriques sont fabriquées grâce à des barres rondes et à des opérations de tournage CNC :

• Arbres et essieux (arbres de transmission, arbres de moteur et arbres de pompe)

Ces pièces sont utilisées dans l'industrie automobile, les machines de production et les centrales électriques.

• Bagues et manchons

Les bagues lisses et les entretoises sont des exemples courants de ces pièces. On les retrouve dans les machines lourdes, l'industrie textile et les engins de chantier.

Pièces à surface plane

Pour la fabrication de pièces à surface plane, telles que des porte-outils, des brides et des dispositifs de fixation, des composants de clavette et de rainure de clavette, ainsi que des collecteurs hydrauliques, à partir de barres carrées par fraisage CNC. Ces pièces sont utilisées dans divers secteurs industriels, notamment l'usinage CNC, la construction automobile et la transmission de puissance.

Pièces à formes hexagonales

Les pièces à structure hexagonale comprennent :

• Écrous à tête hexagonale et écrous hexagonaux,
• Raccords hydrauliques et pneumatiques
• Corps de vanne

Les secteurs de la construction, du pétrole et du gaz, ainsi que de la chimie, utilisent ces pièces à structure hexagonale. Leur fabrication repose sur l'utilisation de barres hexagonales.

Pièces de support à partir de barres plates

Les supports plats sont utilisés pour produire des pièces usinées CNC :

• Équerres (ou supports en L), utilisées dans la construction et l'ameublement
• Supports en U, utilisés dans les secteurs du pétrole et du gaz et de la plomberie
• Supports de montage utilisés dans les systèmes automobiles et électriques

On utilise des barres plates car elles présentent déjà des surfaces larges et planes ; il suffit donc de les cintrer et de les usiner par commande numérique pour obtenir la forme finale.

Limitations liées à l'utilisation de barres d'acier dans les machines CNC

Les barres présentent plusieurs avantages en matière d'usinage grâce à leur géométrie ; cependant, elles présentent également certaines limitations selon la conception de la pièce. Ces inconvénients incluent :

Déchets de matériaux élevés

Les pertes importantes de matière sont dues à une inadéquation de forme entre la barre et le produit final. Par exemple, dans le cas d'une pièce rectangulaire à géométrie complexe obtenue par moulage ou forgeage, le gaspillage de matière est considérable si les barres sont rondes. Pour les pièces rectangulaires, la section transversale n'est pas entièrement utilisée, ce qui entraîne un gaspillage important de matière. De plus, l'usinage par enlèvement de matière réalisé sur des machines à commande numérique (CNC), comme le perçage, le fraisage, etc., engendre également des pertes de matière.

Limitations de forme

La géométrie des barres limite le type de matériau utilisé. Par exemple, les barres rondes sont le meilleur choix en raison de leur section uniforme sur toute leur longueur et sont utilisées dans… fabrication d'arbres, etc. Mais les composants modernes présentent des variations de section transversale dues à une géométrie complexe, de sorte que les barres rondes ne sont pas le choix idéal si la géométrie souhaitée des pièces ne peut être obtenue à partir de barres brutes.

Barres de production vs autres formes de matériaux

Cette section donne un aperçu des différences entre les barres et les autres formes.

Barre vs Plaque

Une barre est une pièce métallique longue à section uniforme, tandis qu'une pièce métallique de grande surface et d'épaisseur importante est appelée une plaque. D'autres différences sont présentées dans le tableau suivant :

Bar vs Tube

Un tube est une pièce métallique de forme cylindrique creuse et d'épaisseur de paroi uniforme. D'autres différences sont présentées dans le tableau suivant :

Barres vs fil métallique

Un fil métallique est un produit métallique fin de très petit diamètre. D'autres différences sont présentées dans le tableau suivant :

Comment choisir la barre d'acier adaptée à l'usinage CNC

Un mauvais choix de profils de barres peut entraîner une perte de matière importante, ce qui n'est pas économique. Pour compenser ou éviter cette perte lors de l'usinage CNC, suivez les conseils suivants :

Définir la géométrie de la pièce

La géométrie de la barre étant directement liée à la forme finale du produit, il convient de tenir compte de la géométrie de la première pièce. Par exemple, pour les produits cylindriques, comme les arbres, ou nécessitant une section transversale uniforme sur toute leur longueur, il faut prévoir des barres rondes. Pour les composants rectangulaires, il faut prévoir des barres plates, et ainsi de suite.

Choisissez les formes de barres appropriées

La forme de la barre doit être choisie en fonction de la forme du produit final. Par exemple, pour la fabrication de rainures de clavette, les barres doivent être carrées ou plates. Pour la production d'écrous hexagonaux, la barre doit être hexagonale.

Choisissez le bon matériau

Pour choisir le matériau adéquat, il est essentiel de connaître l'application du produit. Par exemple, si la dureté est le critère principal, les barres devront être en acier à haute teneur en carbone, en alliage de nickel, etc. Pour des exigences élevées en termes de rapport poids/résistance, l'aluminium et le titane sont les matériaux idéaux pour les barres.

Choisissez la taille appropriée

Pour éviter des pertes de matière importantes, le diamètre des barres doit être soigneusement évalué. Par exemple, si le diamètre requis pour un arbre est de 25 mm, il convient de choisir une barre de 27 à 28 mm ; ainsi, les pertes de matière seront réduites et la précision dimensionnelle accrue.

Évaluer le coût

Après avoir soigneusement évalué les facteurs ci-dessus, évaluez le coût final. Prenez en compte le prix des matières premières, le temps d'usinage, les déchets, l'outillage et l'efficacité opérationnelle.

Avantages de l'utilisation de barres de production dans le prototypage

Dans les industries manufacturières, avant de lancer la production d'un nouveau produit, on réalise d'abord un prototype. Voyons en quoi l'utilisation de barres est avantageuse à cette étape :

Usinabilité immédiate

Pour les produits cylindriques, comme les arbres, il est très facile de réaliser un prototype à partir d'une barre, car celle-ci est déjà quasiment à sa forme finale. L'usinabilité immédiate est donc possible, ce qui permet de gagner du temps et de l'énergie lors de la production des prototypes.

Aucun outillage sur mesure requis

Les géométries de barres standard éliminent le besoin de préformes ou de matrices sur mesure, permettant ainsi d'usiner directement les pièces à l'aide d'outils de coupe à usage général.

Dimensions prévisibles

Comme les dimensions des barres restent constantes dans toute la structure, elles deviennent prévisibles. Cela permet de réduire le temps d'usinage et d'améliorer la précision et l'exactitude.

Conclusion

Pour les produits de haute précision, les barres d'ébauche jouent un rôle essentiel car leurs dimensions sont constantes. Ces barres peuvent être carrées, rectangulaires, rondes, etc. Leur forme standardisée réduit le besoin d'usinage. Cependant, si la forme du produit final est différente, le gaspillage de matière est important. Les barres d'ébauche sont également utilisées pour le prototypage car elles ne nécessitent pas d'outillage sur mesure et leurs dimensions sont prévisibles. Tuofa tourne les barres matériaux de formes variées telles que cylindre, cône, disque, manchon et avec des caractéristiques comme le filetage.

QFP

Comment cintrer une barre plate ?

On peut cintrer une barre plate manuellement, à l'aide d'une presse plieuse, d'un rouleau cintré ou de cintreuses hydrauliques.

Qu'est-ce qu'une barre ronde en aluminium 6061 ?

Il s'agit d'un stock de barres rondes en aluminium 6061. L'aluminium 6061 est un alliage d'aluminium à haute résistance.

Quel est le coût des barres de production ?

Le prix des barres varie selon leur forme et leur matériau. Si la barre est en acier doux, son prix est de 1 $ par kg.