Usinage CNC peut créer des pièces avec des exigences de tolérance strictes et des pièces détaillées de divers métaux ou plastiques, et constitue l'une des meilleures méthodes de traitement pour la production de pièces personnalisées et de prototypes. Lors de l'usinage CNC, la matière première est éliminée de manière sélective et précise pour produire une pièce de forme presque nette. Ce type de processus d’usinage est généralement également appelé fabrication soustractive. Étant donné que l'outil CNC élimine continuellement les matières premières pendant le processus d'usinage, des marques d'outil évidentes seront produites sur la surface de la pièce. Pour la définition de l'épaisseur de ces marques d'outils, nous l'appelons rugosité de surface des pièces d'usinage CNC et la divisons en différents degrés de rugosité. Dans le même temps, après l'usinage CNC de pièces métalliques de précision, nous effectuons généralement un traitement sur la surface des pièces pour améliorer leur résistance à l'usure, leur résistance à la corrosion, leur isolation, leur décoration ou d'autres exigences fonctionnelles particulières. Le traitement de surface est le processus de formation artificielle d'une couche superficielle ayant des propriétés mécaniques, physiques et chimiques différentes de celles du substrat grâce à une technologie de traitement spécifique sur la surface du substrat.
Une fois la surface de la pièce traitée par CNC, elle semble lisse, mais elle est inégale lorsqu'on la regarde à la loupe. Dans la vie quotidienne, les gens ont tendance à appeler cela « état de surface », mais en fait, la norme internationale unifiée l'appelle « rugosité de surface ». La rugosité de la surface fait référence à l'irrégularité des petits pas et des minuscules pics et vallées d'une surface usinée. La distance (distance des vagues) entre les deux pics ou deux creux est très petite (inférieure à 1 mm), ce qui appartient à l'erreur de reconnaissance de la géométrie microscopique. Plus la rugosité de la surface est faible, plus la surface est lisse.
La rugosité de surface est généralement formée par la méthode de traitement utilisée et d'autres facteurs, tels que le frottement entre l'outil et la surface de la pièce lors de l'usinage CNC, la déformation plastique du métal de la couche superficielle lorsque la puce est séparée et la vibration à haute fréquence dans le système de processus. En raison des différentes méthodes de traitement et matériaux de la pièce, la profondeur, la densité, la forme et la texture des traces laissées sur la surface traitée sont différentes.
Effet de la rugosité de surface sur les pièces
La rugosité de surface est étroitement liée aux propriétés d'adaptation, à la résistance à l'usure, à la résistance à la fatigue, à la rigidité de contact, aux vibrations et au bruit des pièces mécaniques, et a un impact important sur la durée de vie et la fiabilité des produits mécaniques. Une fois les pièces usinées, il y a de fines traces de traitement sur la surface, et plus la rugosité de la surface est faible, plus la surface est lisse. L'influence spécifique de la rugosité de surface sur les pièces peut se référer aux points suivants.
1. La rugosité de la surface affecte la résistance à l'usure des pièces. Plus la surface est rugueuse, plus la zone de contact efficace entre les surfaces de contact est petite, plus la pression est forte et plus l'usure est rapide.
2. La rugosité de la surface affecte la stabilité des propriétés d'ajustement. Pour un ajustement avec jeu, plus la surface est rugueuse, plus elle est facile à porter, de sorte que l'écart augmente progressivement au cours du processus de travail ; la force de la connexion.
3. La rugosité de la surface affecte la résistance à la fatigue des pièces. Il existe de grands creux à la surface des pièces rugueuses, qui sont sensibles à la concentration de contraintes comme des entailles et des fissures pointues, affectant ainsi la résistance à la fatigue des pièces.
4. La rugosité de la surface affecte la résistance à la corrosion des pièces. Une surface rugueuse peut facilement provoquer la pénétration de gaz ou de liquides corrosifs dans la couche interne du métal à travers les vallées microscopiques de la surface, provoquant une corrosion de surface.
5. La rugosité de la surface affecte l'étanchéité des pièces. Les surfaces rugueuses ne peuvent pas s'ajuster parfaitement et du gaz ou du liquide s'échappe par les espaces entre les surfaces de contact.
6. La rugosité de la surface affecte la rigidité de contact des pièces. La rigidité de contact est la capacité de la surface de joint des pièces à résister à la déformation de contact sous l'action d'une force externe. La rigidité d'une machine est largement déterminée par la rigidité du contact entre les pièces.
7. Affecte la précision de mesure des pièces. La rugosité de la surface mesurée de la pièce et la surface de mesure de l'outil de mesure affecteront directement la précision de la mesure, en particulier dans les mesures de précision.
De plus, la rugosité de la surface aura divers degrés d'influence sur le revêtement de placage, la conductivité thermique et la résistance de contact des pièces, les performances de réflexion et de rayonnement, la résistance au flux de liquide et de gaz et le flux de courant à la surface des conducteurs.
Norme de qualité et sélection de la rugosité de surface
La rugosité de surface des pièces usinées CNC n'est pas une valeur accidentelle, car la rugosité de surface est contrôlable et doit seulement être préréglée avant l'usinage. Cependant, dans des circonstances normales, de nombreuses pièces n'ont pas d'exigences spécifiées en matière de rugosité de surface, à moins qu'elles ne soient requises dans certaines industries spécifiques, telles que certaines pièces rotatives, scènes de vibrations, implants médicaux.
Différents domaines d'application nécessitent des rugosités de surface différentes. Plus précisément, comment choisir une valeur de rugosité de surface pour vos pièces. La première chose à considérer est que la surface de la pièce doit non seulement répondre aux exigences fonctionnelles, mais également tenir compte de la rationalité économique. Pour une sélection spécifique, elle peut être déterminée par analogie en référence à des dessins existants de pièces similaires. Dans le but de répondre aux exigences fonctionnelles de la pièce, la valeur du paramètre de rugosité de surface la plus grande doit être sélectionnée autant que possible pour réduire le coût de traitement. D'une manière générale, la surface de travail, la surface de contact, la surface d'étanchéité, la surface de friction avec une vitesse de mouvement élevée et une pression unitaire élevée des pièces ont des exigences élevées en matière de douceur de la surface, et la valeur du paramètre doit être plus petite. Pour les surfaces non fonctionnelles, les surfaces non ajustées et les surfaces avec une faible précision dimensionnelle, les valeurs des paramètres peuvent être plus grandes pour réduire les coûts de traitement.
Selon le ISO2632/1-1975 norme de rugosité d'usinage, actuellement dans l'atelier d'usinage CNC AN-Prototype, nous mettons en œuvre les quatre valeurs de rugosité de surface suivantes pour fabriquer des pièces de haute qualité pour les clients.
Ra = 3.2 um. Il s'agit de la finition de surface par défaut pour les pièces usinées CNC et convient à la plupart des pièces. La surface des pièces Ra3.2um est très lisse, mais des marques de coupe sont toujours visibles et convient aux scènes soumises à des vibrations, des charges et des contraintes élevées.
Ra = 1.6 um. Ce niveau correspond à une rugosité de surface relativement bonne, traitée dans les conditions définies, mais de légères marques de coupe sont encore visibles. Les pièces de cette qualité s'adaptent étroitement aux autres composants et conviennent aux scénarios à mouvement lent et à faible charge, et non à une rotation rapide ou à des vibrations sévères. En prenant comme exemple l'aluminium 6061, le coût de fabrication du Ra1.6um est environ 5 % plus élevé que celui du Ra3.2, et il augmente avec la complexité des pièces.
Ra = 0.8 um. Il s'agit d'un haut niveau de finition de surface qui doit être fabriqué dans des conditions étroitement contrôlées et qui est plus facile à produire avec des meuleuses cylindriques, sans centre ou planes. Certaines parties de ce niveau fonctionnent généralement dans des scènes avec des charges légères ou des mouvements peu fréquents. En prenant comme exemple l'aluminium 6061, le coût de fabrication du Ra0.8um est d'environ 10 % supérieur à celui du Ra3.2, et il augmente avec la complexité des pièces.
Ra = 0.4 um. Cette qualité correspond à la rugosité de surface de la plus haute qualité. Les pièces de cette qualité nécessitent généralement un polissage ou un meulage à l'émeri. Pour les scènes qui nécessitent des surfaces très lisses, il faut choisir Ra0.4um, comme la paroi interne des roulements ou des implants médicaux. En prenant comme exemple l'aluminium 6061, le coût de fabrication du Ra0.4um est d'environ 15 % supérieur à celui du Ra3.2, et augmente avec la complexité des pièces.
Problèmes courants de rugosité de surface
Méthodes d'évaluation et de mesure de la rugosité des surfaces. L'évaluation de la rugosité est principalement divisée en méthodes d'évaluation qualitatives et quantitatives. L'évaluation dite qualitative consiste à comparer la surface à tester avec l'échantillon de comparaison de rugosité de surface connu et à juger de sa qualité par inspection visuelle ou au moyen d'un microscope ; et L'évaluation quantitative consiste à mesurer les principaux paramètres de la rugosité de la surface mesurée à travers certaines méthodes de mesure et instruments correspondants, ces paramètres sont Ra, Rq, Rz, Ry. Actuellement, les méthodes de mesure de rugosité de surface couramment utilisées comprennent principalement la méthode de comparaison d'échantillons, la méthode de coupe lumineuse, la méthode d'interférence, la méthode du stylet, etc.
La signification des paramètres de rugosité de surface Ra, Rq, Rz, Ry. Ra est l'écart moyen arithmétique du contour, c'est-à-dire la moyenne arithmétique de la somme des valeurs absolues des écarts de contour mesurés dans la longueur d'échantillonnage. Rq est l'écart quadratique moyen du profil : la valeur quadratique moyenne du décalage du profil dans la longueur d'échantillonnage. Rz est la hauteur en 10 points de rugosité microscopique : la somme des valeurs moyennes des cinq plus grandes hauteurs de pic de contour et des cinq plus grandes profondeurs de vallée de contour dans la longueur d'échantillonnage. Ry est la hauteur maximale du profil : la distance maximale entre la ligne de sommet du profil et la ligne médiane de la ligne inférieure de la vallée du profil dans la longueur d'échantillonnage.
Facteurs affectant la rugosité de surface. De nombreux facteurs affectent la rugosité de surface des pièces, parmi lesquels les plus importants sont la vitesse de coupe, la profondeur d'engagement, la quantité de coupe, l'angle géométrique de l'outil de coupe, la vibration de l'outil de coupe, la dureté du matériau traité, la rigidité de la pièce, la fixation. et machine-outil lors de l'usinage CNC Rigidité, utilisation de fluide de coupe, etc.
Traitement de surface des pièces usinées CNC
Dans le domaine de l'usinage de précision CNC, pour les pièces qui nécessitent une résistance et une ténacité relativement élevées, leurs performances de travail et leur durée de vie sont étroitement liées à leurs propriétés de surface, et l'amélioration des propriétés de surface ne peut pas être obtenue simplement en s'appuyant sur les matériaux. C'est très peu économique, mais dans le traitement réel, ses performances doivent être conformes aux normes. A l’heure actuelle, nous devons recourir à diverses technologies de traitement de surface. Le traitement de surface est le processus de formation artificielle d'une couche superficielle sur la surface d'un substrat grâce à une technologie de traitement spécifique différente des propriétés mécaniques, physiques et chimiques du substrat. De plus, pour l'usinage CNC de pièces métalliques de précision, afin de répondre à la résistance à l'usure, à la corrosion, à l'isolation, à la décoration, d'augmenter la durée de vie des pièces ou d'ajouter d'autres fonctions spéciales, nous adoptons généralement un traitement de surface spécifique pour répondre aux exigences. Pour le traitement de surface des pièces de quincaillerie, nous voyons couramment l'anodisation, la galvanoplastie, l'électropolissage, le revêtement de conversion, la passivation, le tréfilage, le sablage, la peinture et la pulvérisation de poudre, etc.
Anodisation, oxydation électrochimique de métaux ou d'alliages. L'aluminium et ses alliages forment une couche de film d'oxyde (isolation) sur le produit en aluminium (anode) sous l'électrolyte correspondant et dans des conditions de processus spécifiques sous l'action d'un courant appliqué. L'anodisation, sauf indication contraire, fait généralement référence à l'anodisation à l'acide sulfurique. Afin de surmonter les défauts de dureté de surface des alliages d'aluminium, de résistance à l'usure, etc., d'élargir le champ d'application et de prolonger la durée de vie, la technologie de traitement de surface est devenue un élément indispensable de l'utilisation des alliages d'aluminium, et la technologie d'oxydation anodique est le plus utilisé et le plus économique. de. Il existe actuellement deux principaux types d'anodisation : l'anodisation à l'acide sulfurique de type II et l'anodisation dure de type III (revêtement dur)
L'anodisation à l'acide sulfurique de type II est la méthode d'anodisation la plus couramment utilisée. Les films de processus d'anodisation à l'acide sulfurique sont disponibles dans une plage d'épaisseur de 0.0001″ à 001″. Le revêtement résultant avait une épaisseur totale de pénétration de 67 % dans le substrat et une augmentation de 33 % par rapport à la taille originale de la pièce. Il est particulièrement adapté aux applications nécessitant dureté et résistance à l’usure.
Cependant, la présence éventuelle de résidus acides corrosifs n'est pas souhaitable lorsque les pièces sont soumises à des contraintes considérables, comme par exemple les pièces d'avion. La porosité du film d'acide sulfurique avant scellage est particulièrement intéressante dans le traitement de surface coloré de l'aluminium et de ses alliages.
L'alumine poreuse absorbe bien les colorants et le scellement ultérieur aide à prévenir la perte de couleur lors de l'utilisation. Bien que les films anodisés teints soient assez rapides, ils ont tendance à blanchir lorsqu'ils sont exposés à la lumière directe du soleil pendant une période prolongée. Certaines des couleurs sont : le noir, le rouge, le bleu, le vert, le gris urbain, le marron coyote et l'or. Les pièces peuvent être traitées chimiquement ou mécaniquement avant l'anodisation pour obtenir une finition mate (non réfléchissante).
Avantages de l'anodisation à l'acide sulfurique :
- Moins cher que les autres types d’anodisation en termes de produits chimiques utilisés, de chauffage, de consommation électrique et de temps pour obtenir l’épaisseur souhaitée.
- Plus d'alliages peuvent être finis.
- Plus dur que l'anodisation au chrome.
- Une finition plus claire permet de teindre dans une plus grande variété de couleurs.
- L'élimination des déchets est plus facile que l'anodisation au chrome, ce qui contribue également à réduire les coûts.
Applications d'anodisation de l'acide sulfurique :
- Armes militaires
- Composants optiques
- Corps de vanne hydraulique
- Matériel mécanique
- Boîtiers informatiques et électroniques
L'anodisation dure de type III (revêtement dur), bien que généralement réalisée dans des électrolytes à base d'acide sulfurique, est plus épaisse et plus dense que l'anodisation à l'acide sulfurique plus traditionnelle. Les revêtements durs conviennent aux pièces en aluminium dans des applications extrêmement abrasives nécessitant une résistance à l'usure supérieure ou dans des environnements corrosifs nécessitant des revêtements plus épais, plus durs et plus durables. Il est également utile lorsqu’une isolation électrique améliorée est requise. Étant donné que l’anodisation dure peut aller jusqu’à quelques millièmes dans certains cas, ce type d’anodisation est idéal pour récupérer des composants usés ou mal usinés.
Propriétés d'anodisation dure :
- Non conductrice
- Améliorer la résistance à l'usure
- Peut réparer les surfaces usées sur l'aluminium
- Améliorer les surfaces des pièces pour les applications coulissantes
- Peut être teint en noir ; les autres couleurs sont moins décoratives
- Le traitement de surface est plus dur que l'acier à outils
Applications d'anodisation dure :
- Came
- Engrenage
- Valves
- Piston
- Pièces coulissantes
- Mécanisme de charnière
- Joints rotatifs
- Panneau isolant
- Bouclier anti-déflagrant
Galvanoplastie.
La galvanoplastie est le processus consistant à appliquer une ou plusieurs couches de métal sur une pièce en faisant passer un courant chargé positivement à travers une solution contenant des ions métalliques dissous (anode) et un courant chargé négativement à travers la pièce à plaquer (cathode). Datant des anciens Égyptiens, ils recouvraient les métaux et les non-métaux d'or ou d'un procédé appelé « dorure », le premier traitement de surface connu. Certains métaux sont appliqués plus uniformément que d'autres, mais l'utilisation de l'électricité signifie que le métal déposé s'écoule plus facilement vers les zones à courant élevé ou les bords de la pièce. Cette tendance est particulièrement visible avec des formes complexes ou lorsque l'on essaie de plaquer l'intérieur ou la partie ID d'une pièce. En plus d'appliquer des métaux uniques, des alliages de matériaux tels que l'étain et le plomb ou le zinc et le fer peuvent être galvanisés simultanément pour obtenir les propriétés personnalisées souhaitées.
Polissage électrolytique.
L'électropolissage est le processus de lissage anodique et/ou d'avivage des surfaces métalliques dans des solutions acides ou alcalines concentrées. , configuré pour l'exécuter sur de l'acier inoxydable ou d'autres alliages riches en nickel. Bien que cette opération puisse être réalisée sur de nombreux métaux de base en tant qu'opération de pré-placage, elle est généralement réalisée sur l'acier inoxydable en tant que finition finale. Il fournit une surface chimiquement et physiquement propre et élimine toute rugosité mécanique de surface qui pourrait nuire à la production d'une surface plaquée uniforme et sans piqûres ou aux performances et à l'apparence futures des produits en acier inoxydable. Il aide à ébavurer les bords et les trous usinés et à éliminer tout fer incrusté du processus de fabrication. Le courant est plus important sur les bords extérieurs et les coins de la pièce, qui sont particulièrement lisses.
Passivation.
La passivation est utilisée pour améliorer l'état de surface de l'acier inoxydable en dissolvant le fer incrusté dans la surface par formage, usinage ou autres étapes de fabrication. Le fer se corrodera s’il n’est pas contrôlé et des taches de rouille, grandes ou petites, apparaîtront souvent sur l’acier inoxydable. Pour éviter cela, les pièces finies sont passivées. Ce traitement consiste à immerger les pièces en acier inoxydable dans une solution d'acide nitrique exempte de sels oxydants pendant un certain temps, ce qui dissoudra le fer incrusté et restaurera la surface d'origine résistante à la corrosion en formant un mince film d'oxyde transparent. La passivation est utilisée comme opération de nettoyage des pièces moulées, embouties et des pièces de machines finies par immersion des pièces.
Caractéristiques et avantages:
- Fournit une surface de nettoyage supérieure
- L'acier inoxydable ne rouille pas et ne se décolore pas pendant l'utilisation
- Préparation de surface pour d'autres finitions telles qu'un apprêt ou une peinture en aérosol
- L'acier inoxydable n'a pas besoin d'être plaqué pour une protection maximale contre la corrosion
- L'acier inoxydable passivé ne réagira pas avec d'autres matériaux en raison de la contamination par le fer
Brossé.
Le traitement de surface par brossage est une méthode de traitement de surface qui forme des lignes sur la surface de la pièce en broyant des produits pour obtenir un effet décoratif. Parce que le traitement de surface brossé peut refléter la texture des matériaux métalliques, il est apprécié par de plus en plus d'utilisateurs et est devenu de plus en plus largement utilisé. La méthode de traitement du dessin de surface doit choisir différentes méthodes de traitement en fonction des exigences de l'effet de dessin et de la taille et de la forme des différentes surfaces de la pièce. Il existe deux manières de dessiner : le dessin manuel et le dessin mécanique
Sablage
Processus de nettoyage et de rendu rugueux de la surface du substrat par l'impact d'un écoulement de sable à grande vitesse. L'air comprimé est utilisé comme puissance pour former un jet à grande vitesse pour pulvériser le matériau de pulvérisation (minerai de cuivre, sable de quartz, corindon, sable de fer, sable de Hainan) sur la surface de la pièce à traiter à grande vitesse, de sorte que l'apparence ou la forme de la surface extérieure de la surface de la pièce change. , en raison de l'impact et de l'effet de coupe de l'abrasif sur la surface de la pièce, la surface de la pièce peut obtenir un certain degré de propreté et une rugosité différente, de sorte que les propriétés mécaniques de la surface de la pièce puissent être améliorées, ainsi améliorer la résistance à la fatigue de la pièce, l'augmenter et le revêtement. L'adhérence entre les couches prolonge la durabilité du film de revêtement et est également bénéfique pour le nivellement et la décoration du revêtement.
Revêtement en poudre
La pulvérisation de poudre utilise le phénomène de décharge corona pour que le revêtement en poudre soit adsorbé sur la pièce. Le processus de pulvérisation de poudre est le suivant : le pistolet de pulvérisation de poudre est connecté à l'électrode négative, la pièce est mise à la terre (électrode positive), le revêtement en poudre est envoyé au pistolet de pulvérisation par le système d'alimentation en poudre via le gaz d'air comprimé, et le haut la tension générée par le générateur électrostatique haute tension est ajoutée à l'avant du pistolet pulvérisateur. En raison de la décharge corona, une charge dense est générée à proximité. Lorsque la poudre est pulvérisée depuis la buse, elle forme un circuit pour former une particule de peinture chargée. Il est attiré par la force électrostatique vers la pièce de polarité opposée. À mesure que la poudre pulvérisée augmente, la charge Plus elle s'accumule, lorsqu'elle atteint une certaine épaisseur, en raison de la répulsion électrostatique, elle ne continuera pas à absorber, de sorte que la pièce entière obtiendra une certaine épaisseur de revêtement en poudre, puis le la poudre sera fondue, nivelée et solidifiée par la chaleur, c'est-à-dire qu'à la surface de la pièce, elle forme un film de revêtement dur.