L’usinage CNC est un procédé de fabrication industriel hautement précis et avec un fort degré d’exactitude, capable de réaliser des pièces mécaniques satisfaisant à des tolérances serrées, de l’ordre de 0,025 mm. Toutefois, en tant que méthode de fabrication soustractive, l’usinage CNC a tendance à laisser des marques de découpe (un grain), conférant à la surface du produit fini une certaine rugosité.
Qu’est-ce que le grain de surface ?
Dans le cas présent, le grain, ou état, de surface est défini comme une mesure de la moyenne de la texture d’une pièce, après que cette dernière ait été usinée via CNC. Différents paramètres sont utilisés pour l’évaluer, le plus communément utilisé étant rugosité Ra (Roughness Average, en anglais), calculé à partir des différences mesurées entre les profondeurs des creux et les hauteurs des saillies présentes à la surface d’une pièce, et généralement donné en micromètres (x 10-6 m).
À noter que le grain de surface d’une pièce usinée diffère du rendu de surface d’une pièce : en effet, le rendu de surface peut être amélioré par différents traitements et finitions (anodisation, microbillage, électrodéposition métallique, etc…). Le grain de surface, lui, définit la surface d’une pièce usinée telle qu’elle.
Comment peut-on garantir un grain de surface précis ?
Le grain de surface d’une pièce mécanique après usinage n’est généralement pas le fruit du hasard : différentes mesures sont prises afin d’assurer un grain spécifique. Par conséquent, les paramètres de rugositéde surface sont fixés à l’avance, même si ces derniers ne sont pas choisis arbitrairement.
Il existe certaines valeurs de rugosité Ra qui sont considérées comme des standards dans l’industrie d’aujourd’hui et qui sont spécifiées dans la norme ISO 4287. Ce sont ces valeurs-là, allant de 25 μm à 0,025 μm, que l’on peut spécifier en amont de l’usinage CNC, et qui s’appliquent à toutes les opérations, depuis la production jusqu’au post-usinage.
Chez Xometry Europe, nous vous proposons 4 niveaux différents d’état de surface, qui se trouvent également être des valeurs typiques dans les applications d’usinage CNC :
- 3.2 μm Ra
- 1.6 μm Ra
- 0.8 μm Ra
- 0.4 μm Ra
Les exigences en termes de grain de surface varient selon les applications. Plus la valeur est basse, plus l’effort demandé, les opérations d’usinage ou les contrôles qualités nécessaires seront importants. Par conséquent, des valeurs plus faibles ne devraient être spécifiées qu’en cas d’absolue nécessité, du fait qu’elles peuvent conduire à de forts surcoûts, sans parler de l’augmentation des délais de fabrication.
Les opérations de post-usinage ne sont généralement pas appliquées lorsqu’un état de surface précis a été spécifié en amont. La raison étant que ces opérations ne peuvent être contrôlées de façon précise et peuvent affecter les tolérances dimensionnelles d’une pièce usinée.
En raison de son influence sur le coefficient de frottement, le niveau de bruit, l’usure et l’adhérence des pièces en fonctionnement, le grain de surface peut affecter leurs fonctionnalités, leurs performances et leur durabilité de façon significative.
L’importance qu’il revêt varie en fonction de l’application finale, c’est pourquoi le grain de surface peut très bien n’avoir aucune incidence dans certains cas, tout en étant un paramètre critique dans beaucoup d’autres, parmi lesquels : fortes tensions ou contraintes appliquées, certains cas d’utilisation en vibrations, les assemblages et emboîtements de pièces mouvantes, les pièces soumises à des vitesses de rotation élevées et les implants médicaux. D’où la nécessité d’adapter les exigences d’état de surface à l’application considérée.
Les sections suivantes explorent en détail les différents niveaux de grain de surface offerts chez Xometry, afin de vous aider à choisir la bonne rugosité Ra pour votre application.
3.2 μm Ra
Il s’agit du grain standard pour les machines du commerce. Adapté à la plupart des pièces pour le grand public, suffisamment lisse mais comporte toutefois des marques de découpe visibles. En l’absence d’instructions contraires, c‘est également le niveau par défaut appliqué.
3.2 μm Ra est l’état de surface maximum recommandé pour les pièces soumises au stress, à des charges et aux vibrations. Pour des charges légères et des mouvements lents, on peut également l’utiliser pour les pièces mouvantes emboîtées. Il est réalisé à grande vitesse, avec des découpes légères et peu profondes.
1.6 μm Ra
Avec cette option, les marques de découpe sont généralement très peu visibles. Ce Ra est recommandé pour des emboîtements serrés et des pièces soumises à des contraintes plus importantes. Il convient pour les surfaces supportant des charges légères et se mouvant lentement. Il n’est, en revanche, pas adapté pour les pièces soumises à des vitesses de rotation élevées ou à des vibrations intenses. On obtient ce grain par usinage à grande vitesse, avec des découpes légères et peu profondes, opérées sous contrôle.
Prix : pour un alliage d’aluminium standard (par exemple : 3.1645), le surcoût s’élève à environ 2,5% de plus sur le prix de la fabrication. À noter que le surcoût peut être encore plus important selon la complexité de la pièce.
0.8 μm Ra
Considéré comme du haut de gamme, ce grain de surface exige d’opérer sous contrôle strict, ce qui se traduit par un surcoût plus important. Il est recommandé pour les pièces exposées à des concentrations de contraintes. Il peut aussi être utilisé pour les roulements, à condition que les charges soient légères et les mouvements, occasionnels.
Prix : pour un alliage d’aluminium standard (par exemple : 3.1645), le surcoût s’élève à environ 5% de plus sur le prix de la fabrication. À noter que le surcoût peut être encore plus important selon la complexité de la pièce.
0.4 μm Ra
C’est là l’état de surface le plus fin (comprendre, « le moins rugueux » en termes techniques) et de la qualité la plus haute que nous puissions offrir. Il convient pour les pièces soumises à de fortes contraintes et à des tensions très importantes. On le recommande également pour les pièces soumises à des vitesses de rotation élevées, comme les roulements ou les arbres de transmission et de renvoi. Ce grain de surface demande un effort considérable à réaliser et ne devrait être exigé que si la pièce en question se doit d’avoir une texture absolument lisse.
Prix : pour un alliage d’aluminium standard (par exemple : 3.1645) le surcoût s’élève à environ 11~15% de plus sur le prix de la fabrication. À noter que le surcoût peut être encore plus important selon la complexité de la pièce.
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Chez Xometry, nous avons la capacité de fabriquer vos pièces usinées en CNC suivant l’une de ces options d’état de surface. Il vous suffit d’importer votre fichier CAO 3D sur notre plateforme de devis instantané et de sélectionner le grain de surface désiré pour obtenir un devis en quelques secondes à peine.
