Méthodes courantes pour résoudre la déformation dans les pièces d'usinage en aluminium

En termes simples, un appareil se compose de six points (3+2+1 : trois surfaces fixes, deux lignes fixes et un point fixe). Lors de l'usinage, la déformation des pièces est inévitable, mais cette déformation doit être corrigée pour assurer le déroulement normal du processus d'usinage. Il existe de nombreuses raisons de déformation des pièces en aluminium, étroitement liées au matériau, à la forme et aux conditions de production des pièces. Celles-ci se manifestent principalement sous les aspects suivants : déformation provoquée par une contrainte interne dans l'ébauche, déformation provoquée par la force de coupe, déformation provoquée par la chaleur de coupe et déformation provoquée par la force de serrage.

Le vieillissement naturel ou artificiel, le traitement par vibration et d'autres méthodes peuvent éliminer partiellement les contraintes internes du flan. Le prétraitement est également une méthode de traitement efficace. Pour les ébauches plus grandes, en raison de la surépaisseur d'usinage plus importante, la déformation après usinage est également plus importante. Si les parties excédentaires de l'ébauche sont pré-usinées, réduisant ainsi la surépaisseur d'usinage de chaque pièce, non seulement la déformation de l'usinage CNC ultérieur peut être réduite, mais certaines contraintes internes peuvent également être libérées par préréglage pendant un certain temps.

Comme le montre la figure, le poids à blanc de la pièce en forme de poutre est de 60 kg (indiqué par les doubles lignes pointillées sur la figure), tandis que la pièce elle-même ne pèse que 3 kg. S'il est usiné en une seule fois comme le montrent les lignes pointillées, son erreur de planéité peut atteindre 14 mm ; s'il est prétraité comme le montrent les lignes pleines, puis vieilli naturellement pendant un certain temps avant d'être usiné dans la pièce en aluminium requise, son erreur de planéité peut être réduite à moins de 3 mm.

La figure ci-dessous montre une partie d'un perforateur de bouchons de bouteilles. L'épaisseur minimale dans cette zone n'est que de 3 mm, tandis que l'épaisseur du flan avant usinage CNC est de 20 mm. Cette pièce en aluminium peut être directement usinée à la taille requise en changeant le plateau de pression du centre d'usinage CNC, mais une fois retirée de la table de travail, le bas de la pièce en aluminium se déformera, entraînant de graves écarts, voire des rebuts.

Par conséquent, avant l'usinage CNC, des rainures de soulagement des contraintes sont d'abord découpées dans le flan (indiqué par les lignes pleines sur la figure), puis celui-ci est retiré de la table de travail et naturellement vieilli pendant 1 à 2 heures pour minimiser la déformation à ce moment-là. Ensuite, un processus de nivellement de la table est effectué pour rendre la surface de la pièce plate, réduisant ainsi considérablement la déformation de la pièce lors de l'usinage ultérieur.

Le matériau de l'outil et les paramètres géométriques ont un impact significatif sur la force de coupe et la chaleur de coupe. La sélection correcte des outils est essentielle pour réduire la déformation des pièces en aluminium.

Voici les paramètres géométriques raisonnables de l'outil :

① Angle de coupe

Tout en garantissant la résistance de la plaquette, l'angle de coupe doit être augmenté de manière appropriée. D’une part, l’augmentation de l’angle de coupe permet d’obtenir des arêtes de coupe plus nettes ; d'autre part, il réduit la déformation de coupe, facilite l'élimination des copeaux et abaisse ainsi la force de coupe et la température. Dans le même temps, les outils présentant des angles de coupe négatifs doivent être évités.

② Angle de dégagement

La taille de l'angle de dépouille affecte directement l'usure de la face de flanc de l'outil et la qualité de surface de l'usinage CNC. L'épaisseur de coupe est un facteur important dans le choix de l'angle de dépouille. Lors du fraisage grossier, en raison de la vitesse d'avance élevée, de la charge de coupe importante et de la génération de chaleur élevée, l'outil nécessite une bonne dissipation thermique ; par conséquent, un angle de dépouille plus petit doit être sélectionné. Lors du fraisage de finition, une arête de coupe tranchante est nécessaire pour réduire la friction entre la face du flanc de l'outil et la surface usinée CNC, réduisant ainsi la déformation élastique ; par conséquent, un angle de dépouille plus grand doit être sélectionné.

③ Angle d'hélice

Pour garantir un processus de fraisage fluide et réduire la force de fraisage, l'angle d'hélice doit être aussi grand que possible.

④ Angle de déflexion principal

Une réduction appropriée de l'angle de déviation principal peut améliorer la dissipation thermique et abaisser la température moyenne de la zone d'usinage CNC.

Pour les pièces en aluminium à paroi mince et peu rigides, les méthodes de serrage suivantes peuvent être utilisées pour réduire la déformation :

① Mandrin auto-centrant à trois mors

Pour les pièces de douilles à paroi mince, si un mandrin auto-centrant à trois mors ou une pince à ressort est utilisé pour le serrage radial, la pièce se déformera inévitablement lorsqu'elle sera relâchée après l'usinage. Dans ce cas, une méthode offrant une meilleure rigidité doit être utilisée pour le serrage axial des extrémités. Localisez le trou intérieur de la pièce, fabriquez un mandrin fileté, insérez-le dans le trou intérieur de la pièce, appuyez sur la face d'extrémité avec une plaque de recouvrement, puis serrez-la avec un écrou. Lors de l'usinage du cercle extérieur, la déformation de serrage peut être évitée, obtenant ainsi une précision d'usinage satisfaisante.

② Mandrin à vide

Lors de l'usinage CNC de pièces en plaques minces à paroi mince, il est préférable d'utiliser un mandrin à vide pour obtenir une force de serrage uniformément répartie, puis d'effectuer un usinage CNC pour réduire la quantité de coupe, ce qui peut empêcher efficacement la déformation de la pièce.

③ Utilisation de la méthode de remplissage

Pour améliorer la rigidité d'usinage des pièces à paroi mince, un fluide peut être rempli à l'intérieur de la pièce pour réduire la déformation pendant le serrage et la coupe. Par exemple, une matière fondue d'urée contenant 3 à 6 % de nitrate de potassium peut être injectée dans la pièce. Après l'usinage CNC, la pièce peut être immergée dans l'eau ou l'alcool jusqu'à ce que le mastic se dissolve, puis versé.

Lors de la coupe à grande vitesse, en raison de la grande surépaisseur d'usinage et de la coupe intermittente, le processus de fraisage génère souvent des vibrations, affectant la précision de l'usinage CNC et la rugosité de la surface. Par conséquent, le processus de découpe CNC à grande vitesse peut généralement être divisé en : ébauche-semi-finition-nettoyage d'angle-finition, etc.

Pour les pièces en aluminium exigeant une grande précision, une seconde semi-finition est parfois nécessaire avant la finition. Après l'ébauche, les pièces en aluminium peuvent être refroidies naturellement pour éliminer les contraintes internes générées par l'ébauche et réduire la déformation. La tolérance après ébauche doit être supérieure à la déformation, généralement de 1 à 2 mm. Pendant le processus de finition, la surface de finition de la pièce doit maintenir une surépaisseur d'usinage uniforme, généralement de 0,2 à 0,5 mm, pour garantir que l'outil est dans un état stable pendant l'usinage CNC, réduisant ainsi considérablement la déformation de coupe, obtenant une bonne qualité de surface d'usinage CNC et assurant la précision d'usinage des pièces en aluminium.