Cet article vous fournit toutes les informations nécessaires sur l'usinage CNC de l'acier et les différents éléments à prendre en compte pour obtenir des résultats optimaux. L'acier est l'un des métaux les plus utilisés au monde. C'est un alliage de fer dont la composition et les propriétés sont déterminées par l'ajout de carbone et d'autres éléments. La teneur en carbone est d'environ 1 à 2 %, et les autres éléments d'alliage comprennent le manganèse, le silicium, le phosphore, le soufre et l'oxygène. Par exemple, le carbone augmente la dureté et la résistance de l'acier ; le manganèse est généralement présent pour réduire sa fragilité et accroître sa résistance.
L'acier et l'aluminium sont souvent les matériaux de choix pour de nombreuses applications dans des secteurs tels que l'automobile, l'aérospatiale et la robotique qui nécessitent des pièces durables et de haute performance. Cependant, l’acier et l’aluminium ont des propriétés physiques et des coûts complètement différents. Il est donc important de déterminer quel matériau convient le mieux aux pièces personnalisées. L’un de ces facteurs déterminants est souvent la méthode de fabrication, et le processus de choix pour les pièces métalliques personnalisées est généralement l’usinage CNC. Lors de l'usinage CNC de pièces métalliques, il existe quelques raisons principales pour lesquelles l'acier peut être un choix de matériau plus approprié que l'aluminium. Si l’aluminium est très léger, l’acier est plus résistant. De plus, l’aluminium peut être plus cher que l’acier. L'acier est facile à usiner et à souder, offrant ainsi un bon équilibre entre coût et fonctionnalité. Cependant, l’acier n’est pas sans inconvénients. L'acier s'oxyde avec le temps et nécessite des traitements de surface pour se protéger. Il est donc important d’évaluer soigneusement les différents aciers ainsi que leurs avantages et limites respectifs lors du processus de sélection des matériaux. L'équipe de Rapid Manufacturing doit connaître chaque acier afin de choisir le meilleur type d'acier pour le projet CNC du client.
Types d'acier d'usinage CNC
Comme vous le savez peut-être déjà, l’usinage CNC de pièces en acier est une méthode très polyvalente. Cependant, vous vous demandez peut-être quel type d'acier convient le mieux à votre projet et comment savoir si vous avez choisi le bon. Les propriétés des pièces en acier usinées CNC que vous devez prendre en compte ainsi que nos 10 meilleurs types d'acier pour l'usinage CNC afin de fournir un excellent choix pour votre prochain projet CNC pour les meilleurs résultats. AN-Prototype résume les caractéristiques de divers matériaux en acier sur la base de années d'expérience dans l'usinage CNC de l'acier.
Acier 4140
L'acier 4140 est un acier faiblement allié qui contient de faibles niveaux de chrome, de molybdène et de manganèse. Ces éléments d'alliage augmentent la résistance, la ductilité et la ténacité de la nuance d'acier. De plus, la teneur en chrome ajoutée rend l'acier 4140 plus résistant à la corrosion. Par conséquent, l’acier 4140 est utilisé dans de nombreuses industries en raison de sa bonne usinabilité et de sa bonne résistance à l’usure. Cependant, l’acier 4140 n’est pas le plus simple à souder et peut nécessiter des traitements pré- et post-chauffants. L'acier 4140 se trouve souvent dans les pièces en acier CNC utilisées dans les accouplements, les broches, les boulons, les écrous et les pièces automobiles.
Propriétés mécaniques de l'acier 4140
- Limite d'élasticité à la traction (MPa) : 655
- Module de cisaillement (GPa) : 80
- Allongement à la rupture (%) : 19
- Dureté (Brinell) : 197
- Densité (g cm-3) : 7.87
Acier 4140 PH
L'acier 4140 PH est une version pré-trempée de l'acier standard 4140 présentant d'excellentes propriétés de résistance mécanique et de dureté. Son pré-durcissement élimine le besoin de traitement thermique après l'usinage CNC. L'acier 4140 PH est idéal si le traitement thermique entraîne une déformation inacceptable de la pièce finie. Les applications typiques incluent les arbres, les mandrins et les matrices.
Propriétés mécaniques de l'acier 4140 PH
- Résistance à la traction : 1241
- Module de cisaillement (GPa): 80
- Allongement à la rupture (%) : 14
- Dureté (Brinell):429
- Densité (g/cm^3) : 7.8
Acier 4130
Comparé à d'autres aciers, l'acier 4130 contient plus d'éléments d'alliage, notamment du fer, du carbone, du chrome, du manganèse, du molybdène, du phosphore, du silicium et du soufre. Ces éléments d'alliage déterminent la ténacité, l'usinabilité CNC et la compatibilité thermique de l'acier 4130. En raison de sa capacité à résister à des contraintes élevées, l’acier 4130 est couramment utilisé dans diverses industries de la construction. De plus, l’acier 4130 est également utilisé dans les supports de moteurs d’avions. Les constructeurs rapides préfèrent souvent l'acier 4130 à l'acier de qualité aérospatiale, car il est moins cher et tout aussi efficace.
Bien que facile à traiter thermiquement, l’acier 4130 n’est pas facile à souder.
4130 propriétés mécaniques de l'acier
- Limite d'élasticité à la traction (MPa) : 460
- Module de cisaillement (GPa) : 80
- Allongement à la rupture (%) : 20
- Dureté (Brinell) : 217
- Densité (g cm-3) : 7.87
Acier 1018
L'acier 1018 est généralement considéré comme un acier à faible teneur en carbone et ses éléments d'alliage comprennent le fer, le carbone, le manganèse, le phosphore et le soufre. Le plus grand avantage de l'usinage CNC de l'acier 1018 est sa haute soudabilité, ce qui en fait le choix par défaut pour la cémentation des pièces en acier CNC. Notez cependant que le soudage n’est recommandé qu’après carburation. En plus d’être très facile à souder, l’acier 1018 possède également une excellente usinabilité. C'est la base de son utilisation dans les processus d'usinage de précision CNC tels que le tournage CNC de l'acier et le fraisage CNC. En général, l'acier 1018 est souvent appliqué aux tirants, aux mandrins, aux arbres et à de nombreux autres composants de moules.
Le principal inconvénient de l’acier 1018 est qu’il est incompatible avec de nombreux procédés de finition et relativement coûteux.
1018 propriétés mécaniques de l'acier
- Limite d'élasticité à la traction (MPa) : 310
- Module de cisaillement (GPa) : 78
- Allongement à la rupture (%) : 15
- Dureté (Brinell) : 131
- Densité (g cm-3) : 7.87
Acier 1045
L'acier 1045 est un acier à moyenne teneur en carbone dont les éléments d'alliage sont le fer, le carbone, le silicium, le manganèse, le soufre ou le phosphore. L'acier 1045 est l'une des nuances d'acier les plus polyvalentes utilisées par les fabricants rapides pour l'usinage de pièces en acier CNC. L'acier 1045 est solide et résistant, ce qui justifie son utilisation dans de nombreux projets d'usinage CNC de l'acier où la résistance à l'eau est essentielle. De plus, l'acier 1045 est usinable et soudable, deux considérations importantes pour les fabricants lors de l'usinage de l'acier. Les applications de l'acier 1045 comprennent les boulons, les engrenages, les arbres et les goujons. Bien que l'acier 1045 soit relativement résistant, il n'est pas recommandé pour les applications très résistantes en raison de sa résistance à la traction et de sa trempabilité modérées.
1045 propriétés mécaniques de l'acier
- Limite d'élasticité à la traction (MPa) : 450
- Module de cisaillement (GPa) : 60
- Allongement à la rupture (%) : 12
- Dureté (Brinell) : 170
- Densité (g cm-3) : 7.87
Acier 1215
Les éléments d'alliage de l'acier 1215 contiennent du fer, du carbone, du manganèse, du phosphore et du soufre. En raison de sa teneur en soufre relativement élevée, l’acier 1215 est considéré comme un acier facile à couper CNC. L'acier 1215 forme de petits copeaux lors de l'usinage CNC, permettant des cadences d'usinage plus élevées et évitant les enchevêtrements dans la machine. Cependant, l'acier 1215 est peu soudable. De plus, en raison de sa teneur en carbone relativement faible, il n’est pas aussi résistant que les autres qualités d’acier. Dans l'industrie, l'acier 1215 convient à la fabrication de goujons, goupilles, vis, raccords et raccords de durites.
1215 propriétés mécaniques de l'acier
- Limite d'élasticité à la traction (MPa) : 415
- Module de cisaillement (GPa) : 80
- Allongement à la rupture (%) : 10
- Dureté (Brinell) : 167
- Densité (g cm-3) : 7.87
Acier A36
L'acier A36 est bon marché et facile à souder, c'est donc un acier doux très courant. L'acier A36 est couramment utilisé pour fabriquer des pièces appliquées au support structurel.
Propriétés de l'acier A36
- Résistance à la traction : 250
- Module de cisaillement (GPa): 79.3
- Allongement à la rupture (%) : 20
- Dureté (Brinell):119
- Densité (g/cm^3) : 7.85
Acier à outils A2
L'acier à outils A2 est un acier pour travail à froid durcissant à l'air avec une bonne résistance à l'usure et une déformation minimale lors du traitement thermique ou du durcissement. Comparés à d’autres types d’aciers à outils, les aciers A2 sont relativement faciles à usiner CNC. L'acier à outils A2 est l'une des nuances d'acier les plus couramment utilisées pour fabriquer des outils tels que des poinçons, des matrices de détourage et de formage, des lames de cisaillement et des matrices.
Propriétés mécaniques de l'acier à outils A2
- Résistance à la traction : 415
- Module de cisaillement (GPa): 78
- Allongement à la rupture (%) : 21
- Dureté : 57-62 HRC
- Densité (g/cm^3) : 7.86
Acier à outils O1
L'acier O1 est un acier travaillé à froid, trempé à l'huile. Il se caractérise par une forte résistance à l’abrasion et la capacité de conserver les arêtes vives. Les aciers à outils O1 sont couramment utilisés dans la fabrication d'outils de poinçonnage, de coupe et d'emboutissage, ainsi que de lames et autres outils de coupe.
Propriétés mécaniques de l'acier à outils O1
- Résistance à la traction : 400
- Module de cisaillement (GPa): 77
- Allongement à la rupture (%) : 20
- Dureté : 63-65 HRC
- Densité (g/cm^3) : 7.83
Avantages et défis de l'usinage CNC de pièces en acier
L'usinage CNC de pièces en acier nécessite beaucoup d'expérience et de compétences pour obtenir des résultats fiables à chaque fois. Les avantages tirés de l’utilisation de pièces en acier dépassent souvent les défis de l’usinage CNC.
Avantages de l'acier d'usinage CNC
Aujourd'hui, la plupart des pièces en acier usinées CNC sont bien usinables, c'est-à-dire qu'elles peuvent être facilement coupées ou formées pour donner de bons résultats. Des facteurs tels que la dureté, l'énergie et la contrainte de cisaillement peuvent affecter l'usinabilité de l'usinage CNC de l'acier. Un autre avantage de l’usinage CNC de pièces de machines en acier est que les produits sont très résistants à la corrosion et à l’usure. De plus, les pièces en acier usinées CNC sont souvent compatibles avec de nombreuses finitions de surface.
Les défis de l'acier d'usinage CNC
Malgré les nombreux avantages des pièces en acier, l'usinage CNC de pièces en acier présente encore certains défis. D’une part, toutes les pièces en acier ne sont pas faciles à usiner CNC. Par conséquent, cela signifie qu’il peut être difficile d’utiliser certaines nuances d’acier pour des projets CNC aux géométries complexes. De plus, différentes qualités d’acier ont des sensibilités thermiques différentes. Certaines nuances d'acier ne conviennent pas aux pièces en acier CNC qui sont soumises à beaucoup de chaleur car elles peuvent fondre et se déformer.
Traitement en acier
Certaines des propriétés les plus utiles de l'acier proviennent d'une manipulation et d'un usinage supplémentaires. Ces méthodes peuvent être appliquées avant l'usinage CNC pour modifier les propriétés et rendre l'acier plus facile à usiner. Gardez à l’esprit que le durcissement du matériau avant l’usinage CNC augmente les temps d’usinage et augmente les risques d’usure des outils. L'acier peut également être traité après usinage CNC pour augmenter la résistance ou la dureté du produit fini. Cela dit, il est important de réfléchir dès le départ aux traitements planifiés que vous devez appliquer pour obtenir les propriétés nécessaires au traitement des pièces en acier.
Traitement thermique
Le traitement thermique fait référence à plusieurs processus différents qui impliquent de contrôler la température de l'acier pour modifier ses propriétés matérielles. Un exemple est le recuit, qui est utilisé pour réduire la dureté de l’acier et augmenter la ductilité, rendant l’acier plus facile à usiner CNC. Le processus de recuit chauffe lentement l’acier à la température souhaitée et l’y maintient pendant un certain temps. Le temps et la température nécessaires dépendent de l'alliage d'acier spécifique et diminuent avec l'augmentation de la teneur en carbone. Enfin, le métal est lentement refroidi dans un four ou entouré d'un isolant.
Le traitement thermique de normalisation permet de réduire les contraintes internes de l'acier tout en conservant une résistance et une dureté supérieures à celles de l'acier recuit. Lors de la normalisation, l'acier est chauffé à haute température puis refroidi à l'air afin d'obtenir une dureté accrue.
La trempe de l'acier est un autre traitement thermique qui le durcit et augmente sa résistance, mais le rend également plus cassant. Ce procédé consiste à chauffer lentement l'acier, à le maintenir à haute température, puis à le refroidir rapidement par immersion dans un liquide comme de l'eau, de l'huile ou une solution saline.
Le revenu est un traitement thermique permettant d'atténuer la fragilité de l'acier trempé. Il est presque identique à la normalisation : chauffage lent jusqu'à une température prédéfinie, suivi d'un refroidissement à l'air. La différence réside dans la température de revenu, plus basse que pour les autres procédés, ce qui réduit la fragilité et la dureté de l'acier revenu.
Durcissement par précipitation
Le durcissement structural augmente la limite d'élasticité de l'acier. Certaines nuances d'acier inoxydable peuvent contenir le préfixe PH dans leur désignation, indiquant qu'elles possèdent des propriétés de durcissement structural. La principale différence entre les aciers à durcissement structural réside dans la présence d'éléments supplémentaires : cuivre, aluminium, phosphore ou titane, etc. Pour activer ces propriétés, l'acier est mis en forme puis subit un traitement de vieillissement. Ce traitement consiste à chauffer le matériau pendant une période prolongée, ce qui provoque la précipitation des éléments ajoutés et la formation de particules solides de différentes tailles, augmentant ainsi la résistance du matériau.
Le 17-4PH (également connu sous le nom d’acier 630) est un exemple courant d’acier inoxydable à durcissement par précipitation. L'alliage contient 17 % de chrome, 4 % de nickel et 4 % de cuivre pour faciliter le durcissement par précipitation. En raison d'une dureté, d'une résistance et d'une résistance élevées à la corrosion accrues.
Fonctionnement à froid
Les propriétés de l’acier peuvent également être modifiées sans appliquer de grandes quantités de chaleur. Par exemple, les aciers travaillés à froid sont renforcés grâce à un processus d’écrouissage. L'écrouissage se produit lorsque les métaux subissent une déformation plastique. Cela peut être fait intentionnellement en martelant, en roulant ou en étirant le métal. L'écrouissage peut également se produire involontairement pendant l'usinage si l'outil de coupe ou la pièce devient trop chaud. Le travail à froid améliore également l’usinabilité CNC de l’acier. L'acier doux convient très bien au travail à froid.
Options de finition de surface pour les pièces en acier d'usinage CNC
Le traitement de surface est le processus de traitement de surface des pièces en acier après usinage CNC, et son objectif est d'améliorer la fonction et l'esthétique des pièces en acier. Pour les pièces en acier, les traitements de surface courants suivants s'appliquent.
Nickelage : Les pièces en acier au carbone peuvent être nickelées uniformément afin d’améliorer leur résistance à la corrosion et à l’usure. Ce procédé consiste à déposer une couche de nickel de 0.1 mm d’épaisseur sur la surface de la pièce.
Revêtement en poudre : Le revêtement en poudre offre une finition de surface résistante et son épaisseur est généralement comprise entre 0.1524 mm (0.006″) et 0.3048 mm (0.012″). Les pièces en acier étant sujettes à la rouille, le revêtement en poudre peut en retarder la formation.
Cémentation : Certains aciers peuvent être considérablement améliorés par cémentation, qui consiste à injecter du carbone supplémentaire en surface, augmentant ainsi la dureté et la résistance à l’usure des pièces en acier.
Rectification : La rectification de précision permet d’obtenir une surface plus lisse sur les pièces en acier et d’éliminer les irrégularités. Les fabricants de pièces automobiles utilisent des meules à cet effet.
Services d'usinage CNC en acier d'AN-Prototype
Les pièces en acier CNC sont aujourd'hui courantes dans de nombreuses industries. Avant d'usiner un acier CNC, un fabricant rapide doit déterminer la meilleure qualité d'acier. Cela implique d'évaluer diverses propriétés de qualité d'acier par rapport aux besoins du projet CNC. Lorsque tous les facteurs sont pris en compte, des services d’usinage CNC de qualité sont de la plus haute importance.
Chez AN-Prototype, nous avons des spécialistes dédiés à l'usinage CNC de l'acier qui peuvent gérer tous vos services d'usinage CNC de l'acier. Nous pouvons garantir la précision, la qualité et l’économie des composants de votre projet. Plus précisément, nous nous occupons du fraisage, du tournage, de la rectification de l'acier CNC, de l'électroérosion et de l'électroérosion à fil. Téléchargez votre fichier CAO maintenant pour une assistance individuelle et recevez une réponse dans les 12 heures.
