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La rugosité de surface des pièces usinées CNC
L'usinage CNC permet de fabriquer des pièces aux tolérances serrées et des pièces de précision en divers métaux ou plastiques. C'est l'une des meilleures méthodes d'usinage pour les pièces sur mesure et la production de prototypes. Lors de l'usinage CNC , la matière première est enlevée de manière sélective et précise pour produire une pièce dont la forme se rapproche de la forme finale. Ce procédé d'usinage est également appelé fabrication soustractive. L'outil de coupe CNC enlevant continuellement de la matière, des marques de coupe visibles apparaissent à la surface de la pièce. La finition de ces marques est appelée rugosité de surface et se divise en différents degrés de rugosité.
Qu'est-ce que la rugosité de surface et ce qui l'a causée
La surface des pièces après usinage CNC, elle a l'air très lisse mais elle est inégale lorsqu'elle est touchée à la main. Dans la vie quotidienne, les gens ont souvent l'habitude de l'appeler "finition de surface". En fait, la norme internationale unifiée l'appelle « rugosité de surface ». La rugosité de surface fait référence au petit espacement et à l'irrégularité des petits pics et creux de la surface usinée. La distance (distance d'onde) entre les deux crêtes d'onde ou deux creux d'onde est très petite (inférieure à 1 mm), ce qui appartient à l'erreur de reconnaissance de forme géométrique microscopique. Et la valeur de la rugosité de surface est plus petite, plus la surface est lisse.
La rugosité de surface est généralement formée par la méthode de traitement utilisée et d'autres facteurs, tels que le frottement entre l'outil et la surface de la pièce pendant l'usinage, la déformation plastique du métal de surface lorsque les copeaux sont séparés et les vibrations à haute fréquence dans processus d'usinage. En raison des différentes méthodes de traitement et des différents matériaux de la pièce, la profondeur, la densité, la forme et la texture des marques d'outils de coupe laissées sur la surface usinée sont différentes.
Les effets de la rugosité de surface sur les pièces
La rugosité de surface est étroitement liée aux propriétés d'adaptation, à la résistance à l'usure, à la fatigue, à la rigidité de contact, aux vibrations et au bruit des pièces mécaniques, et a un impact important sur la durée de vie et la fiabilité des produits mécaniques. La pièce après l'usinage CNC et la surface de la pièce laisseront de fines marques d'usinage, et plus la rugosité de la surface est petite, plus la surface est lisse. L'influence spécifique de la rugosité de surface sur les pièces peut se référer aux points suivants.
1, la rugosité de surface affecte la résistance à l'usure des pièces. Plus la surface est rugueuse, plus la zone de contact efficace entre les surfaces de contact est petite, plus la pression est élevée et plus l'usure est rapide.
2, la rugosité de surface affecte la stabilité des propriétés d'ajustement. Pour un ajustement avec jeu, plus la surface est rugueuse, plus elle est facile à porter, de sorte que le jeu augmente progressivement au cours du processus de travail ; pour un ajustement serré, en raison de l'aplatissement des pics microscopiques lors de l'assemblage, l'interférence effective réelle est réduite, la force de connexion est réduite.
3, la rugosité de surface affecte la résistance à la fatigue de la pièce. Il existe de grandes vallées ondulées à la surface des pièces rugueuses, qui sont sensibles à la concentration de contraintes telles que les encoches et les fissures dans les angles aigus, affectant ainsi la résistance à la fatigue des pièces.
4, la rugosité de surface affecte la résistance à la corrosion de la pièce. La surface rugueuse permet aux gaz ou liquides corrosifs de pénétrer facilement dans la couche métallique interne à travers les minuscules vallées de la surface, provoquant une corrosion de surface.
5, la rugosité de surface affecte les performances d'étanchéité de la pièce. Les surfaces rugueuses ne peuvent pas être bien ajustées et du gaz ou du liquide fuit à travers les espaces entre les surfaces de contact.
6, la rugosité de surface affecte la rigidité de contact d'une pièce. La rigidité de contact est la capacité de la surface de joint d'une pièce à résister à la déformation de contact sous l'action d'une force externe. La rigidité de la machine est largement déterminée par la rigidité de contact entre les différentes pièces.
7, la rugosité de surface affecte la précision de mesure des pièces. La rugosité de surface de la surface mesurée de la pièce et la surface de mesure de l'outil de mesure affecteront directement la précision de la mesure, en particulier lors d'une mesure précise.
De plus, la rugosité de la surface aura divers degrés d'influence sur le revêtement, la conductivité thermique et la résistance de contact des pièces, la réflectivité et les performances de rayonnement, la résistance au flux de liquide et de gaz et le flux de courant sur la surface du conducteur.
Norme de qualité et sélection de la rugosité de surface
La rugosité de surface des pièces usinées par commande numérique n'est pas une valeur aléatoire, car elle est contrôlable et nécessite seulement d'être prédéfinie avant l'usinage. Cependant, la plupart des pièces ne sont pas soumises à des exigences spécifiques en matière de rugosité de surface, sauf dans certains secteurs d'activité particuliers, comme les pièces rotatives, les environnements soumis à des vibrations, les implants médicaux, etc.
Différents domaines d'application nécessitent différentes rugosités de surface. Comment choisir une valeur de rugosité de surface pour votre pièce, la première chose que nous devons considérer est que la surface de la pièce doit non seulement répondre aux exigences fonctionnelles, mais aussi tenir compte de la rationalité économique. La sélection spécifique peut être déterminée par analogie en référence aux dessins de pièces similaires existants. Dans l'optique de répondre aux exigences fonctionnelles de la pièce, une valeur de paramètre de rugosité de surface plus grande doit être sélectionnée autant que possible pour réduire le coût d'usinage CNC. D'une manière générale, la surface de travail, la surface de contact, la surface d'étanchéité, la surface de friction avec une vitesse de déplacement élevée et une pression unitaire élevée des pièces ont des exigences élevées en matière de douceur et de douceur de la surface, et la valeur du paramètre doit être plus petite. Pour les surfaces non fonctionnelles, les surfaces non concordantes et les surfaces avec une faible précision dimensionnelle, les valeurs des paramètres peuvent être plus grandes pour réduire les coûts d'usinage.
Conformément à la norme de rugosité d'usinage ISO2632/1-1975, dans l'atelier d'usinage CNC DDPROTOTYPE, nous fabriquons des pièces de haute qualité pour les clients selon les quatre valeurs de paramètre de rugosité de surface suivantes.
Ra = 3.2 µm. Il s'agit de la finition de surface standard pour les pièces usinées CNC, adaptée à la plupart des applications. La surface d'une pièce avec Ra = 3.2 µm est très lisse, mais les marques d'usinage restent visibles, ce qui convient aux environnements soumis à des vibrations, des charges et des contraintes élevées.
Ra = 1.6 µm. Cette nuance présente une rugosité de surface relativement bonne, obtenue par usinage dans des conditions optimales, malgré la présence de légères marques de coupe. Les pièces de cette nuance peuvent être ajustées avec précision à d'autres composants et conviennent aux applications à faible vitesse et faible charge, mais pas aux rotations rapides ni aux fortes vibrations. À titre d'exemple, pour l'aluminium 6061, le coût de fabrication d'une rugosité Ra de 1.6 µm est environ 5 % supérieur à celui d'une rugosité Ra de 3.2 µm, et ce surcoût augmente avec la complexité des pièces.
Ra = 0.8 µm. Ce niveau de rugosité de surface élevé exige une fabrication dans des conditions rigoureusement contrôlées et est plus facile à obtenir avec des rectifieuses cylindriques, sans centre ou planes. Les pièces de cette catégorie sont généralement utilisées dans des applications à faibles charges ou à faible fréquence de mouvement. Prenons l'exemple de l'aluminium 6061 : le coût de fabrication d'une pièce avec Ra = 0.8 µm est environ 10 % supérieur à celui d'une pièce avec Ra = 3.2 µm, et il augmente avec la complexité de la pièce.
Ra = 0.4 µm. Ce grade correspond à la finition de surface de la plus haute qualité. Les pièces de ce grade nécessitent généralement un polissage diamant ou un meulage. Pour des surfaces extrêmement lisses, il est indispensable d'opter pour un Ra de 0.4 µm, comme la paroi interne des roulements ou les implants médicaux. Prenons l'exemple de l'aluminium 6061 : le coût de fabrication d'une pièce avec un Ra de 0.4 µm est environ 15 % supérieur à celui d'une pièce avec un Ra de 3.2 µm, et ce surcoût augmente avec la complexité des pièces.
Problèmes courants de rugosité de surface
Évaluation et mesure de la rugosité de surface. L'évaluation de la rugosité se divise principalement en méthodes qualitatives et quantitatives. L'évaluation qualitative consiste à comparer la surface à mesurer à des échantillons de référence de rugosité connue et à déterminer son degré par inspection visuelle ou au microscope. L'évaluation quantitative consiste à mesurer les principaux paramètres de rugosité de la surface étudiée à l'aide de méthodes et d'instruments de mesure spécifiques. Ces paramètres sont Ra, Rq, Rz et Ry. Actuellement, les méthodes de mesure de la rugosité de surface les plus couramment utilisées comprennent la méthode de comparaison avec des échantillons, la méthode de la section optique, la méthode interférentielle et la méthode du stylet.
Signification des paramètres de rugosité de surface Ra, Rq, Rz et Ry. Ra représente l'écart moyen arithmétique du contour : la moyenne arithmétique de la somme des valeurs absolues des écarts mesurés sur la longueur d'échantillonnage. Rq représente l'écart quadratique moyen du contour : la racine carrée de la moyenne des carrés des décalages du contour sur la longueur d'échantillonnage. Rz représente la hauteur de microrugosité (10 points) : la somme des moyennes des 5 plus grandes hauteurs de pics et des 5 plus grandes profondeurs de creux sur la longueur d'échantillonnage. Ry représente la hauteur maximale du profil : la distance maximale entre la ligne de pic et la ligne médiane du creux sur la longueur d'échantillonnage.
Facteurs influençant la rugosité de surface. De nombreux facteurs affectent la rugosité de surface des pièces, parmi lesquels les plus importants sont la vitesse de coupe, la profondeur de passe, la quantité de matière enlevée, l'angle géométrique de l'outil, les vibrations de l'outil de coupe, la dureté du matériau usiné, la rigidité de la pièce, le montage et la rigidité de la machine-outil lors de l'usinage CNC, ainsi que l'utilisation d'un fluide de coupe, etc.
