L'usinage CNC de l'aluminium fait progresser les solutions légères pour l'industrie

Imaginez un avion planant dans le ciel, son fuselage léger mais robuste fabriqué à partir de composants en aluminium de précision. À une époque où le rendement énergétique et la performance sont primordiaux, la technologie d'usinage CNC de l'aluminium joue un rôle de plus en plus vital. Mais comment cette technologie permet-elle exactement la production rapide et rentable de pièces complexes tout en favorisant les avancées en matière d'allègement dans toutes les industries ?

L'usinage CNC (Commande Numérique par Ordinateur) de l'aluminium est devenu une technologie courante dans la fabrication. Son principal avantage réside dans la production efficace et économique de composants complexes et légers. Comparé aux matériaux traditionnels comme l'acier et le titane, l'aluminium se travaille plus rapidement, ce qui le rend idéal pour la production en grande série.

L'aluminium est l'élément métallique le plus abondant dans la croûte terrestre. Sur le plan industriel, il est principalement extrait du minerai de bauxite, qui contient de 30 % à 60 % d'oxyde d'aluminium. Le processus d'extraction comprend deux étapes clés :

• Extraction de l'alumine : Le procédé Bayer est la méthode la plus utilisée dans le monde. Il consiste à broyer la bauxite, à la mélanger avec de l'eau et de la soude caustique, et à la faire réagir à des températures élevées. La soude caustique dissout l'alumine, qui est ensuite séparée des impuretés par filtration. Des cristaux d'hydroxyde d'aluminium sont ajoutés à la solution d'alumine, qui est ensuite chauffée et séchée pour produire de l'alumine pure.
• Fusion de l'aluminium : L'alumine est dissoute dans un bain fondu à base de fluorure et décomposée en aluminium métallique et en oxygène par électrolyse. L'aluminium fondu est collecté, mélangé à de l'aluminium recyclé et coulé sous diverses formes telles que des tôles, des billettes, des barres, des tubes, des plaques, des bandes et des fils. Ces produits semi-finis sont ensuite transformés en composants finaux.

L'usinage CNC combine les techniques de fabrication traditionnelles avec des systèmes contrôlés par ordinateur. Il permet de couper et de façonner des matières premières en pièces complexes qui seraient impossibles, longues ou coûteuses à produire manuellement. Les principaux avantages de cette technologie sont une précision, une cohérence, une productivité, un contrôle, une flexibilité de conception et une réduction des déchets exceptionnels.

Les premières machines CNC sont apparues à la fin des années 1940 en adaptant des équipements existants avec des moteurs. L'avènement des ordinateurs dans les années 1960 a favorisé le développement des systèmes CNC modernes. Les machines CNC courantes comprennent les fraiseuses, les perceuses, les tours, les découpeurs plasma, les découpeurs laser et les jets d'eau, qui utilisent tous des méthodes de fabrication soustractives.

L'aluminium pur offre une excellente ductilité, une résistance à la corrosion, des propriétés non magnétiques et une conductivité thermique/électrique. Cependant, sa faible résistance limite les applications commerciales. Pour améliorer les performances, l'aluminium est allié à des éléments tels que le cuivre, le lithium, le magnésium, le manganèse, le silicium et le zinc. Ces alliages améliorent la résistance tout en conservant les avantages inhérents de l'aluminium.

L'usinage CNC utilise principalement trois catégories d'alliages d'aluminium :

• Alliages d'aluminium moulé : Produits en versant du métal en fusion dans des moules, ces alliages sont rentables, polyvalents, légers et durables. L'industrie automobile est leur plus grand consommateur, représentant les deux tiers de l'utilisation de l'aluminium dans les véhicules. Cependant, ils présentent généralement une résistance à la traction plus faible et une usure des outils plus importante que les alliages corroyés.
• Alliages aluminium-lithium (Al-Li) : La faible densité du lithium rend ces alliages beaucoup plus légers que l'aluminium pur, ce qui est idéal pour les applications aérospatiales telles que les revêtements d'ailes, les fuselages et les aubes de ventilateur. Cependant, ils offrent une usinabilité et une ténacité à la rupture réduites, ainsi que des coûts plus élevés en raison d'une production limitée.
• Alliages d'aluminium corroyé : Formés à l'état solide par laminage, forgeage ou extrusion, ces alliages dominent l'usinage CNC en raison de leurs propriétés mécaniques supérieures, de leur intégrité structurelle, de leur état de surface et de leur durée de vie des outils. Ils sont plus faciles à usiner que les alliages moulés.

Lors du choix entre l'aluminium et l'acier pour l'usinage CNC, tenez compte des aspects clés suivants :

• Coût : Bien que l'acier au carbone soit souvent moins cher que l'aluminium, l'acier inoxydable a tendance à être plus cher. La durabilité à long terme doit également être prise en compte dans les calculs de coûts.
• Résistance à la corrosion : L'aluminium et l'acier inoxydable résistent naturellement à la rouille, tandis que les autres aciers nécessitent des revêtements protecteurs, ce qui ajoute du poids et des coûts de maintenance.
• Poids : L'aluminium est deux à trois fois plus léger que l'acier, ce qui favorise la tendance à l'« allègement » dans toutes les industries.
• Résistance : L'acier surpasse l'aluminium en termes de durabilité et de résistance à la déformation sous l'effet des contraintes, de la chaleur ou du poids.
• Usinabilité : La faible densité de l'aluminium permet des vitesses d'usinage plus rapides, une réduction du temps de refroidissement et une usure moindre des outils par rapport à l'acier.

Les fabricants utilisent diverses techniques CNC pour traiter l'aluminium :

• Fraisage CNC : La méthode la plus polyvalente, utilisant des outils de coupe rotatifs pour façonner des blocs de matériau stationnaires. Les centres d'usinage modernes sont dotés de configurations à 3 à 5 axes pour les géométries complexes.
• Tournage CNC : Fait tourner la pièce pendant que les outils de coupe enlèvent de la matière, idéal pour les pièces cylindriques avec des opérations telles que le perçage et le taraudage.
• Découpe plasma CNC : Utilise de l'air comprimé surchauffé pour faire fondre rapidement et avec précision des tôles épaisses.
• Découpe laser CNC : Fait fondre ou vaporise la matière avec un faisceau laser de haute puissance, offrant une précision exceptionnelle pour les tôles fines.
• Découpe au jet d'eau CNC : Utilise de l'eau à ultra-haute pression (avec des abrasifs pour les matériaux durs) pour couper sans déformation thermique, ce qui permet un emboîtement serré des matériaux et un gaspillage minimal.