Usinage de l'acier inoxydable 101 : un guide ultime pour les débutants et les experts

Dans cet article, vous examinerez les nombreuses applications de l’usinage de l’acier inoxydable dans différentes industries. De l'aviation à l'écoénergie, révélons comment les pièces usinées en acier inoxydable aident d'autres technologies à développer des infrastructures modernes.

Qu'est-ce que Acier inoxydable?

L'acier inoxydable est un alliage métallique composé de nombreux éléments dont le fer, le nickel, le chrome, le molybdène, etc.

C'est l'un des métaux les plus populaires pour la plupart des applications en raison de ses propriétés de résistance à la corrosion, entre autres caractéristiques mécaniques et physiques.

Dessus en acier inoxydable usinable

· Acier inoxydable duplex

L'acier inoxydable 303 se caractérise par une aptitude à l'usinage et une efficacité de coupe élevée en raison de sa faible teneur en soufre. Cela le rend pratique lors du bris de copeaux. Son composant soufré facilite une finition avec des bords sans bavures et une usure minimale de l'outil.

Ce qui le rend adapté aux tâches d'usinage complexes et précises comme le filetage et le perçage.

Diagramme de phases duplex en acier inoxydable

Diagramme de phases duplex en acier inoxydable

· Acier inoxydable 316

L'usinage de l'acier inoxydable 316 peut sembler manifestement difficile car il est résistant et sujet à l'écrouissage. Le choix des outils de coupe et des conditions d’usinage optimisés pour éviter ou minimiser l’écrouissage. C'est exactement ce qui garantit des résultats d'usinage appropriés.

De plus, une application judicieuse des liquides de refroidissement et une exécution correcte des copeaux entre les copeaux et les arêtes de coupe rendent l'usinage plus efficace.

· Précipitation : acier inoxydable trempé

L'acier inoxydable 17-4 présente un certain niveau d'usinabilité, mais il peut être plus difficile à travailler que les autres nuances.

Un traitement thermique approprié juste avant les traitements d’usinage améliore la capacité d’usinage des matériaux. Vous pouvez l’utiliser pour réduire l’usure des outils et les problèmes d’écrouissage.

· Aciers inoxydables austénitiques

L'acier inoxydable 304 présente une bonne usinabilité, mais il possède également l'écrouissage qui se produit lors de l'usinage. Maintenir des vitesses de coupe, des buses et une utilisation de liquide de refroidissement précises et choisir les bons outils est le principal moyen de réduire l'écrouissage.

· Aciers inoxydables martensitiques

C'est tout un défi d'usiner l'acier inoxydable 440C, connu pour sa haute résistance à l'usure et son abrasivité. Pour ce processus, les outils en carbure à haute résistance à l'usure, habituellement utilisés pour l'usinage des alliages d'aluminium 440C, sont utilisés.

Garantir une coupe favorable en contrôlant les forces de coupe et les paramètres d’usinage optimaux est crucial pour produire une surface souhaitée.

Propriétés de l’acier inoxydable qui le rendent adapté à l’usinage.

Résistance à la corrosion: La capacité de l'acier inoxydable à résister à la corrosion garantit que les pièces usinées résistent à la dégradation, même dans des environnements extrêmes.

Force et robustesse: Les caractéristiques uniques de résistance et de ténacité de l'acier inoxydable lui permettent de résister aux forces d'usinage et de maintenir la stabilité dimensionnelle élevée des pièces finies.

Travail d'écrouissage: L'acier inoxydable peut connaître une augmentation de sa dureté et de sa résistance grâce au phénomène d'écrouissage lors de l'usinage. Mais le choix des outils et les paramètres de coupe appropriés sont très importants pour contrôler cet effet.

Conductivité thermique: La propriété de conductivité thermique de l'acier inoxydable diffère et dissipe la chaleur de l'outil, ce qui évite une usure excessive de l'outil et un comportement cohérent de la machine.

Techniques et procédés d'usinage de l'acier inoxydable

· Sélection d'outils de coupe

Vous tenez compte de la qualité et du type de revêtements et de formes des outils de coupe pour minimiser les dépenses et augmenter l'endurance. Pour fabriquer des pièces en acier inoxydable, les outils en carbure ou en acier rapide sont souvent sélectionnés avec des revêtements spécifiques comme TiN ou TiAlN car le matériau est dur et abrasif. Cela contribue à réduire l’usure des outils et garantit la précision dimensionnelle.

Méthodes d'usinage

  • Tournant: Vous faites pivoter la pièce tout en tenant l'outil à pointe unique pour créer une pièce de forme ronde. Le tournage peut être très polyvalent en offrant une tolérance étroite et une bonne qualité de surface qui le rendent adapté à la fabrication d'arbres, de bagues ou de cylindres.
  • Fraisage: Enlevez la matière de la pièce à usiner avec des outils de coupe rotatifs pour fabriquer pratiquement plusieurs formes, fentes et reliefs. Le fraisage aide à la production de formes complexes et est très efficace dans la fabrication de composants tels que des engrenages, des supports et des boîtiers en petites quantités.
Fraiseuse CNC

Fraiseuse CNC

  • Forage: Vous faites des trous dans la pièce à travailler en faisant tourner les forets. Le perçage est l’opération principale d’assemblage et d’usinage des composants ; il crée des trous prédimensionnés dans les pièces en acier inoxydable telles que les vannes, les brides et les raccords.
Perceuse CNC

Perceuse CNC

  • Découpe au laser: Vous utilisez un faisceau laser bien ciblé que vous chauffez ou évaporez l'acier inoxydable pour obtenir des côtelettes très précises qui entraînent une perte de matière minimale. La découpe laser est rapide et précise, ce qui en fait l'outil idéal pour créer des formes complexes en feuilles minces.
  • GED (Usinage par décharge électrique): Vous utilisez cette méthode de décharge électrique pour vaporiser et couper le matériau de la pièce, créant ainsi des formes avancées avec une extrême précision. L'EDM s'est avéré très efficace sur les matériaux difficiles à usiner, tels que l'acier trempé, créant ainsi des matrices, des moules et des outillages complexes pour les processus de fabrication.
Machine d'électroérosion

Machine d'électroérosion

  • Affûtage: Vous extrayez du matériau de la surface d'une pièce en le rectifiant à l'aide de meules dures, ce qui entraîne des tolérances étroites et une qualité de surface élevée. Le meulage, en revanche, est vital pour les composants de précision où la précision dimensionnelle et la qualité de la surface sont essentielles.
  • Usinage CNC: Vous êtes en mesure d'avoir un contrôle total sur les opérations d'usinage qui permettent la complexité de la géométrie et de la taille des pièces, ou les plus serrées. Ce processus d'usinage CNC offre une répétabilité et une efficacité précises, ce qui permet de réduire considérablement le temps de traitement et les frais généraux.

Considérations relatives à l'usinage de l'acier inoxydable

Le choix de l'équipement et l'application appropriée des liquides de refroidissement, ainsi que les méthodes de serrage, sont également des facteurs décisifs pour l'usinage CNC, et ces facteurs ne sont pas anodins.

La charge que doivent supporter les copeaux est réduite et la finition de surface est perfectionnée avec la génération de chaleur et la gestion de l'évacuation des copeaux au cœur de celle-ci.

Facteurs influençant l’usinage de l’acier inoxydable.

  • Composition du matériau de la pièce: Vous comptez à la fois la composition de l'alliage de l'acier inoxydable, qui comprend du chrome et du nickel, pour l'usinabilité et la tendance à l'écrouissage.
  • Géométrie de la pièce: Vous réfléchissez à la taille de la pièce et décidez ainsi de la meilleure stratégie d'usinage à utiliser qui répondra aux variables de la machine.
  • Paramètres de coupe: Vous contrôlez la vitesse de coupe, l'avance et la profondeur de coupe en fonction de la qualité de l'acier inoxydable, de l'outillage et de l'état de surface en modifiant la nuance, les outils de coupe et l'état de surface. Usure des outils et aucune augmentation du matériau car le meilleur matériau durable est appliqué, que vous utiliserez.
  • Rigidité des machines: Production de la machine-outil en mettant l'accent sur sa stabilité et sa rigidité, pour résister aux grandes forces de coupe dure de l'acier inoxydable. Cela sert également à réduire les vibrations et la déflexion, ce qui conduit à une plus grande précision en termes de précision dimensionnelle et de finition de surface.

Défis et solutions dans l'usinage de l'acier inoxydable.

· Travail d'écrouissage

Le durcissement à froid pendant l'usinage est un facteur gênant. Cela donne à l'outil une durée de vie plus longue et un matériau de travail solide, ce qui fait que le matériau de travail devient moins usiné. Vous devrez rationaliser les paramètres d'ébauche pour réduire la génération de chaleur et choisir des outils en acier rapide ou en cobalt ainsi que des revêtements de surface appliqués.

· Contrôle des copeaux

La coupe peut conduire à une formation incontrôlée de copeaux et à des éruptions impliquant l'outil et parfois le composant endommagé. Les fraises abrasives utilisent des brise-copeaux, des pulvérisations de liquide de refroidissement appropriées et des vitesses d'alimentation bien ajustées pour déchiqueter le matériau et expulser efficacement les restes. Cela garantit que les copeaux ne se fendront pas et qu'une usure minimale des outils de coupe sera assurée lors du traitement de l'acier inoxydable dans les deux opérations.

· Usure et durée de vie des outils

Ce problème d'usure des outils est lié à la coupe à grande vitesse de l'acier inoxydable qui entraîne une modification à la fois du volume de produits fabriqués et du budget. Grâce à des approches telles que la sélection des matériaux et des revêtements des outils, la sélection des vitesses de coupe et des avances et l'utilisation de techniques de contrôle des copeaux, la durée de vie des outils peut être prolongée.

Meilleures pratiques d’usinage de l’acier inoxydable

1. Préparation du matériel

Vous travaillez à garantir que les outils sont ronds, que la texture de la surface est propre et que le travail est suffisamment intense pour rendre les trous exempts de défauts sur les surfaces et les trous.

2. Conception des luminaires

Il est de votre responsabilité de concevoir des montages présentant des caractéristiques de stabilité élevée et de vibrations minimes, afin qu'il soit possible d'améliorer la précision et la répétabilité de l'usinage.

3. Optimisation du parcours d'outil

Les trajectoires de coupe façonnées de cet outil d'optimisation s'efforcent de minimiser l'engagement de l'outil et également de réduire la force de coupe, ce qui à son tour bénéficie d'une meilleure finition de la pièce et également d'une durée de vie plus longue de l'outil.

4. Refroidissement et lubrification

Vous y parvenez grâce à un refroidissement et une lubrification efficaces pour minimiser la création de chaleur ainsi que la friction qui entraînerait une surchauffe de la pièce et l'usure des outils lors de l'usinage de l'acier inoxydable.

5. Ébavurage et finition

Mais à l'aide de différents outils, comme un set d'ébavurage ou un brossage, vous éliminez les bavures et les défauts sur la couche superficielle et obtenez des pièces d'une qualité parfaite et d'un fonctionnement sans faille.

6. Contrôle

Vous examinez manuellement les pièces pour les adapter à la taille et à la surface conformément aux dessins et dessins donnés pour les spécifications et la norme de qualité.

Applications de l'usinage de l'acier inoxydable

  • Aéronautique : aubes de turbine et systèmes d'échappement, ainsi que des fixations aérospatiales comme des boulons et des vis.
  • Automobile : Systèmes d’échappement, pièces de moteur, composants de transmission et renforts de châssis.
  • Dispositifs médicaux : instruments chirurgicaux, implants orthopédiques, outils dentaires et équipements de diagnostic.
Dispositifs médicaux en acier inoxydable

Dispositifs médicaux en acier inoxydable

  • Équipement de transformation des aliments : bandes transporteuses, cuves de mélange, lames de coupe et raccords sanitaires
Lames de coupe en acier inoxydable

Lames de coupe en acier inoxydable

  • Pétrole et gaz : vannes, pompes, tuyaux et forage
Robinet à tournant sphérique en acier inoxydable

Robinet à tournant sphérique en acier inoxydable

  • Marine : construction navale, construction offshore et systèmes de propulsion marine
  • Traitement chimique : le traitement de l'acier inoxydable est une étape de production cruciale pour fabriquer des dispositifs utilisés dans les industries chimiques, tels que des réacteurs, des échangeurs de chaleur, des réservoirs et des canalisations.
  • Énergie renouvelable : les composants fabriqués en acier inoxydable usiné sont utilisés dans l'industrie des énergies renouvelables, telles que la production d'énergie éolienne et solaire, les composants de turbine, les cadres de panneaux solaires et les structures de montage.

Conclusion

Au cœur de toutes les industries se trouve l’utilisation omniprésente de l’usinage de l’acier inoxydable, qui rappelle son rôle irremplaçable. Avec l'évolution de la technologie et des industries, l'usinage de l'acier inoxydable restera une force impérative répondant aux besoins dynamiques de la société.

Davantage de ressources:

Perçage de l'acier inoxydable – Source : TSINFA

Outils d'usinage CNC – Source : TSINFA

Usinage de l'acier inoxydable – Source : 3ERP