Les pièces usinées désignent des composants qui sont transformés à partir de matières premières (telles que les métaux, plastiques, bois, etc.) en formes, tailles et exigences de précision spécifiques par des méthodes de traitement mécanique. Voici une introduction détaillée aux pièces usinées :

Techniques de traitement courantes

◆ Usinage par tournage

Principe : Le tournage est l'une des méthodes de coupe des métaux les plus basiques et couramment utilisées, utilisant principalement le mouvement de rotation de la pièce et le mouvement linéaire ou courbe de l'outil sur un tour pour modifier la forme et la taille du brut, le transformant en pièces conformes aux exigences.

Application : Couramment utilisé pour traiter diverses surfaces de corps en rotation, tels que les arbres, disques et manchons. Par exemple, les vilebrequins des moteurs automobiles et les arbres d'entraînement des machines ordinaires sont tous produits par usinage par tournage.

◆ Usinage par fraisage

Principe : Le fraisage consiste à utiliser un outil rotatif à plusieurs arêtes pour couper la pièce sur une fraiseuse, où la rotation de l'outil est le mouvement principal et le mouvement linéaire de la pièce ou de l'outil est le mouvement d'avance.

Application : Peut usiner diverses formes de surfaces telles que surfaces planes, rainures, engrenages et filetages. Par exemple, le fraisage à plat des pièces mécaniques, l'usinage de rainures en queue d'aronde des dispositifs de fraiseuse, et l'usinage de cavités de moules complexes reposent tous sur des techniques de fraisage.

◆ Usinage par perçage

Principe : Le perçage est une méthode de création de trous utilisant un foret rotatif sur une perceuse. La rotation du foret est le mouvement principal, tandis que son mouvement axial est le mouvement d'avance.

Application : Principalement utilisé pour percer des trous ; c'est une méthode fondamentale pour créer divers trous, tels que les trous de montage sur les pièces de boîtier et les trous d'huile sur les pièces d'arbre.

◆ Usinage par meulage

Principe : Le meulage utilise des abrasifs pour effectuer une coupe sur la surface de la pièce. Les particules abrasives sur l'outil de meulage effectuent une coupe fine à grande vitesse sur la surface de la pièce, atteignant la précision dimensionnelle et la qualité de surface requises.

Application : Typiquement utilisé dans les situations où une haute précision de surface et une faible rugosité sont requises pour les pièces, telles que les paliers de vilebrequin dans les moteurs et les rails de guidage dans les machines-outils. Le meulage peut atteindre une très haute précision dimensionnelle et des surfaces lisses.

◆ Usinage par alésage

Principe : L'alésage consiste à utiliser un outil d'alésage sur une machine d'alésage pour agrandir ou affiner des trous existants dans une pièce. La pièce ou l'outil d'alésage effectue un mouvement principal de rotation tout en effectuant également un mouvement d'avance.

Application : Particulièrement adapté pour l'usinage de trous dans des structures complexes et des pièces plus grandes comme les trous de bloc-cylindres de moteur et les trous de boîte de broche dans les grandes machines-outils.

Sélection des matériaux

◆ Matériaux métalliques

Acier : Connu pour sa haute résistance, bonne ténacité et forte usinabilité, c'est l'un des matériaux les plus couramment utilisés pour les pièces usinées. Selon la teneur en carbone, il peut être classé en acier faiblement allié, acier moyennement allié et acier fortement allié. Différents types d'acier conviennent à différentes exigences de traitement et scénarios d'application. Par exemple, l'acier faiblement allié est souvent utilisé pour fabriquer des pièces ne nécessitant pas une haute résistance mais une bonne ténacité et usinabilité, comme les boulons et écrous ordinaires ; l'acier moyennement allié peut atteindre une meilleure résistance et ténacité après un traitement thermique approprié et est couramment utilisé pour des pièces mécaniques importantes comme les engrenages et arbres ; l'acier fortement allié a une très haute résistance et dureté et est souvent utilisé pour fabriquer des outils et ressorts nécessitant une dureté élevée.

Fonte : Connue pour sa bonne aptitude à la coulée, sa résistance à l'usure et ses propriétés d'absorption des chocs à des coûts relativement bas. Elle est couramment utilisée pour fabriquer des pièces de forme complexe nécessitant une haute résistance à l'usure, telles que les blocs-cylindres de moteurs et les bancs de machines-outils. Selon la morphologie du graphite, elle peut être classée en fonte grise et fonte ductile ; la fonte ductile possède des propriétés mécaniques supérieures à la fonte grise et est plus largement utilisée.

Métaux non ferreux : Tels que l'aluminium, le cuivre et leurs alliages ont une bonne conductivité électrique, conductivité thermique, résistance à la corrosion et usinabilité. Ils sont couramment utilisés pour fabriquer des pièces avec des exigences spéciales pour ces propriétés, comme des composants conducteurs dans les équipements électriques ou des pièces structurelles dans les applications aérospatiales. L'aluminium et ses alliages sont légers avec une haute résistance et sont largement utilisés dans la fabrication aérospatiale et automobile ; le cuivre et ses alliages ont une excellente conductivité électrique et thermique et sont souvent utilisés pour fabriquer des fils, câbles, composants électroniques, etc.

◆ Matériaux non métalliques

Plastiques : Connus pour être légers, résistants à la corrosion, posséder de bonnes propriétés d'isolation et être faciles à mouler ; leur application en usinage est de plus en plus répandue. Certains plastiques techniques comme le polyamide (nylon), le polyoxyméthylène (POM), le polycarbonate (PC), etc., ont une haute résistance et résistance à la chaleur adaptées à la fabrication de diverses pièces mécaniques comme engrenages, roulements, boîtiers, etc. Comparés aux matériaux métalliques, les pièces en plastique ont des coûts de traitement plus faibles avec une efficacité de production plus élevée tout en offrant de bonnes propriétés d'absorption des chocs et d'auto-lubrification.

Matériaux composites : Fabriqués à partir de deux matériaux ou plus combinés par des procédés composites qui présentent des performances supérieures par rapport aux matériaux uniques. Par exemple, les composites renforcés de fibres combinent des fibres (comme les fibres de verre ou de carbone) avec des matériaux matriciels (comme les résines) pour obtenir des caractéristiques telles qu'une haute résistance, un module élevé, une faible densité ; ils sont couramment utilisés pour fabriquer des composants structurels haute performance comme les ailes d'avion ou les carrosseries de voiture. Lors de l'usinage des matériaux composites, il est nécessaire de choisir des techniques et outils de traitement appropriés en fonction de leur composition et caractéristiques de performance.

Avantages et limites

◆ Avantages

Haute précision : Grâce à des équipements de traitement précis et un contrôle des processus, une très haute précision dimensionnelle et de forme peut être atteinte pour répondre aux diverses exigences de fabrication des pièces mécaniques de précision. Par exemple, certains composants critiques dans l'aérospatiale nécessitent une précision au niveau micron voire nanomètre qui peut être fabriquée avec précision par usinage.

Capacité à usiner des formes complexes : Capable de fabriquer diverses pièces de formes complexes qu'elles aient des structures concaves, des structures à parois fines ou des surfaces courbes spéciales ; cela peut être réalisé par des combinaisons de différentes techniques de traitement. Par exemple, diverses cavités dans la fabrication de moules sont usinées par plusieurs techniques d'usinage aboutissant à des formes complexes diverses répondant aux différents besoins de formage des produits.

Large applicabilité : Peut usiner divers matériaux incluant les métaux, matériaux non métalliques ainsi que les matériaux composites couvrant presque tous les matériaux d'ingénierie ; ainsi ses domaines d'application sont très larges allant de la fabrication aérospatiale aux équipements mécaniques en passant par les dispositifs médicaux électroniques parmi de nombreuses industries.

Haute efficacité de production : Avec le développement continu de la technologie de traitement automatisé, l'efficacité de production de l'usinage s'est grandement améliorée. En utilisant des équipements de traitement CNC et des lignes de production automatisées, un traitement continu de plusieurs opérations peut être réalisé, réduisant l'intervention manuelle et améliorant la vitesse de traitement ainsi que la stabilité de la qualité des produits. Par exemple, dans la production de masse de pièces automobiles, une ligne de production d'usinage automatisée peut produire rapidement et efficacement un grand nombre de pièces conformes aux normes.

◆ Limites

Coût élevé des équipements et outils : L'usinage nécessite divers équipements de traitement spécialisés, tels que tours, fraiseuses, perceuses, meuleuses, etc., ainsi que des outils, dispositifs et instruments de mesure de support. Les coûts d'acquisition de ces équipements et outils sont relativement élevés, en particulier pour certains équipements de traitement haute précision et haute performance, qui sont encore plus coûteux. Pour certaines petites entreprises ou unités avec des besoins de traitement plus faibles, le coût d'investissement peut être important et pourrait limiter leur développement.

Déchets générés lors du traitement : Pendant le processus d'usinage, une certaine quantité de déchets est produite car un excès de matériau doit être coupé à partir de la matière première pour obtenir la forme et la taille désirées des pièces. Cela entraîne non seulement un gaspillage de matériau mais aussi une augmentation des coûts de traitement et des charges environnementales. Cela est particulièrement évident dans le traitement de matériaux précieux où la perte de déchets est plus prononcée.

Exigences élevées en compétences pour les opérateurs : Les opérations d'usinage nécessitent certaines connaissances professionnelles et compétences. Les opérateurs doivent être familiers avec les performances et les méthodes de fonctionnement des différents équipements de traitement, ainsi que maîtriser la technologie de traitement et les compétences en programmation. Les opérateurs manquant d'expérience ou de compétences peuvent entraîner des problèmes de qualité dans l'usinage, tels que des écarts dimensionnels ou le non-respect des normes de rugosité de surface, et peuvent même provoquer des accidents d'équipement et des incidents de sécurité.