Finition de surface pour les pièces usinées CNC

La finition de surface fait partie de la fabrication, en particulier pour les pièces usinées à commande numérique. Elle fait appel à des techniques spécifiquement conçues pour modifier les caractéristiques de la surface d'un composant afin de répondre à des besoins fonctionnels, esthétiques ou liés aux performances. La finition de surface embellit la pièce et augmente ses caractéristiques de performance, telles que la résistance à la corrosion, la résistance à l'usure et la rugosité de la surface.

Qu'est-ce que le traitement de surface ?

La finition de surface est le processus par lequel on modifie la surface d'une pièce usinée au niveau de la texture, de l'apparence et de la fonctionnalité. En fonction de la pièce à traiter, la finition peut être mécanique, chimique ou électrochimique.

Usinage CNC permet d'obtenir une précision et une répétabilité élevées d'une pièce. Toutefois, les composants peuvent présenter des caractéristiques de surface qui ont un impact sur la forme et la finition.

Un problème courant est celui des marques d'outil - fines lignes ou rainures laissées par l'outil de coupe - qui peuvent affecter à la fois l'esthétique et la fonctionnalité. Des techniques telles que le polissage ou la finition secondaire peuvent aider à éliminer ces marques. Il se peut qu'elles ne soient pas souhaitables d'un point de vue esthétique ou qu'elles ne conviennent pas d'un point de vue fonctionnel.

Les caractéristiques usinées telles que les bavures, les bords surélevés, les particules ou les petites crêtes se formant à la limite des caractéristiques nécessitent des opérations d'ébavurage.

Les marques mineures qui peuvent prendre la forme de rayures sur la surface dues au processus d'usinage, à la manipulation ou au transport sont indésirables d'un point de vue esthétique. Elles peuvent être à l'origine de difficultés mécaniques ultérieures.

Techniques courantes de finition de surface pour les machines à commande numérique

La finition des surfaces joue un rôle essentiel dans la détermination de la qualité et des performances des pièces usinées par CNC. Nous examinons ici quelques processus de finition standard dans diverses industries.

Anodisation

Anodisation améliore efficacement la protection contre la corrosion, les propriétés mécaniques et l'aspect des produits, en particulier de l'aluminium. Ce procédé consiste à former un film d'oxyde robuste et inoxydable à la surface du métal. L'anodisation forme une couche d'oxyde qui entoure le métal. Ce procédé permet non seulement d'améliorer les caractéristiques du métal, mais il contribue également à la valeur esthétique du produit final.

Processus

1. Préparation de la surface : Le nettoyage des pièces a lieu avant l'application du processus d'anodisation. Un nettoyage approfondi permet d'éliminer les huiles et les saletés. Les opérateurs peuvent utiliser des techniques de prétraitement mécaniques ou chimiques telles que le polissage ou la gravure.
2. Immersion dans une solution électrolytique : Après le nettoyage, les techniciens placent la pièce dans un bain d'électrolyte, souvent acide, sulfurique ou chromique. Ce bain crée un processus électrolytique qui aboutit à la formation d'une couche d'oxyde. Dans ce processus, la pièce elle-même constitue l'anode du système. La cathode est constituée d'aluminium ou de fils situés juste en face de l'anode.
3. Application du courant électrique : Les techniciens font passer un courant continu (CC) à travers la pièce et la cathode, et un processus électrochimique se produit sur la pièce. Les ions de l'électrolyte réagissent avec les atomes d'aluminium à la surface de la pièce et produisent de l'oxyde d'aluminium (Al₂O₃). Cette couche d'oxyde est d'abord poreuse et facilite le traitement ultérieur du tissu, comme la teinture.
4. Coloration et scellement : La couche anodisée permet aux colorants de pénétrer, ce qui facilite la teinture de la pièce. Les colorants organiques ou inorganiques pénètrent dans les pores. Le scellement est le dernier processus permettant d'accroître la protection contre la corrosion et d'empêcher la couleur de s'estomper. Il s'agit de porter la pièce à un point d'ébullition où l'oxyde d'aluminium s'hydrate et ferme tous les pores. D'autres types de scellement comprennent des produits chimiques tels que l'acétate de nickel pour protéger davantage la surface.

Types d'anodisation

Anodisation à l'acide chromique (Type I )

Il utilise l'acide chromique comme électrolyte et forme une couche anodique fine et lisse. Cependant, sa résistance à l'abrasion est inférieure à celle des autres revêtements. Il est surtout utilisé dans les pièces aérospatiales où les propriétés fondamentales sont la résistance à la fatigue et la résistance à la corrosion. 

Anodisation à l'acide sulfurique (Type II)

Cette méthode utilise une solution d'acide sulfurique comme électrolyte. Les pièces de ce procédé sont plus épaisses que celles de l'anodisation à l'acide chromique. L'anodisation de type II est favorable à la teinture de la surface et convient à un usage esthétique. Elle est réputée pour la plupart des petits appareils, des accessoires automobiles et des bâtiments pour lesquels l'apparence, une résistance modérée à la rouille et la solidité sont souhaitables.

Anodisation dure à l'acide sulfurique à basse température (Type III )

Comparable au type II mais à des températures plus froides et à des tensions plus élevées. Il produit une couche d'oxyde considérablement plus dense et plus rigide. Il est réputé pour sa grande résistance à l'abrasion et ses propriétés de dureté élevées. La couche anodique est plus épaisse, jusqu'à 100 microns, et présente des propriétés améliorées en matière d'usure et de corrosion. Il convient aux applications exigeantes telles que les produits aérospatiaux, les produits militaires et les équipements industriels. Ces applications exigent une durabilité maximale de la surface ou de l'ensemble du dispositif. Les applications possibles comprennent les pistons, les engrenages et d'autres pièces mobiles.

Sablage de perles

Le microbillage est une autre méthode de finition de surface qui consiste à projeter des billes de verre à base d'oxyde à haute pression sur la surface d'un matériau. L'ajustement du processus permet d'obtenir des surfaces lisses ou rugueuses à l'aide du média abrasif. Cette méthode est couramment utilisée pour l'embellissement, la préparation des surfaces ou le décapage des contaminants de surface tels que la rouille ou la peinture.

Processus

1. Préparation de la surface : Le lavage permet d'éliminer les huiles résiduelles ou d'autres contaminants facilement détachables.
2. Installation d'une cabine de sablage ou d'une machine : Les techniciens placent la pièce dans une cabine de microbillage ou dans un dispositif de fixation de la machine. L'armoire est un espace fermé dans lequel le grenaillage a lieu, et l'abrasif ne s'envole pas hors de l'armoire.
3. Air sous pression et produits abrasifs : Les opérateurs utilisent de l'air comprimé pour éjecter le matériau abrasif, principalement des billes de verre, contre la surface de la pièce. Le degré de traitement de la surface dépend de la pression de l'air et du type de matériau utilisé dans le processus.
4. Finition de surface contrôlée par l'IV : L'opérateur peut déterminer le niveau de pression, la proximité de la surface sur laquelle il est appliqué et l'angle d'application du support. Ceci est nécessaire pour un contrôle complet de la finition. Le microbillage permet de travailler sur différentes pièces de différentes manières, en fonction des besoins.
5. Nettoyage après dynamitage : Les opérateurs lavent la pièce après le grenaillage afin d'éliminer tout produit de grenaillage ou toute poussière restant sur la pièce. Cela permet d'éviter les interférences dues à la contamination par d'autres éléments avant que la pièce ne soit soumise à des opérations telles que le revêtement ou l'assemblage.

Types de microbillage

Sablage de perles de verre

Ce sablage utilise des billes de verre sphériques comme moyen d'abrasion. La finition de surface obtenue est comparativement lisse et uniforme. Cette méthode de sablage convient mieux à la fabrication d'une surface mate ou satinée sur la pièce. Les billes de verre sont moins abrasives que les autres abrasifs connus. Elles n'enlèvent que peu de matière, ce qui permet de les utiliser pour le polissage ou le nettoyage de surface et le lavage de la surface. Il est fréquemment utilisé pour les appareils ménagers, les intérieurs et les extérieurs de voitures, les meubles, les produits de l'industrie légère et d'autres pièces. Dans ces applications, un aspect lisse et beau est essentiel.

Décapage à l'oxyde d'aluminium

Employer un oxyde d'aluminium plus complexe et plus étendu. Ces matériaux sont plus rigides et plus petits que les premiers grains. En raison de leur dureté, l'oxyde d'aluminium enlève beaucoup plus de matière de la surface que les billes de verre. Il est utile lorsqu'une surface légèrement plus rugueuse ou un excellent enlèvement de matière est nécessaire.

Sablage de billes de plastique

Il utilise des billes de plastique comme moyen d'abrasion, ce qui minimise le traitement rigoureux des pièces. Grâce à la minceur des coquilles en plastique, elles n'entament que légèrement le métal. Ce procédé permet d'obtenir une finition de surface fine sans nuire à la solidité de la pièce. Le microbillage plastique est une option appropriée pour le nettoyage de métaux plus tendres ou de pièces délicates, souvent utilisé dans les domaines suivants fabrication de pièces automobiles et fabrication de composants aérospatiaux.

Décapage au carbure de silicium

L'une des techniques les plus agressives consiste à utiliser des particules de carbure de silicium. Le carbure de silicium est l'un des matériaux les plus durs de la famille des abrasifs. Il convient parfaitement aux matériaux rigides et à l'enlèvement agressif. Il permet d'obtenir une surface plus irrégulière et s'applique dans les situations où l'on souhaite maintenir la pièce en place ou la serrer. Parmi les applications, citons le nettoyage des pales de turbines, des pièces moulées, des pièces à haute intensité et bien d'autres qui nécessitent une surface robuste avant un traitement ultérieur.

Électropolissage

L'électropolissage est un processus électrochimique précis qui permet de dissoudre légèrement la surface des pièces métalliques. Cette technique est à l'opposé de la galvanoplastie et s'apparente davantage à la dissolution, au polissage et au lissage. L'électropolissage s'applique principalement aux alliages de fer-chrome, d'aluminium, de titane et de nickel. Il est donc utile pour les secteurs qui nécessitent des niveaux élevés de propreté et de pureté des surfaces, comme l'industrie alimentaire, les équipements médicaux et les produits pharmaceutiques.

Processus

1. Préparation de la surface : Avant l'électropolissage, les pièces métalliques sont nettoyées pour être dégraissées. Le nettoyage permet d'éliminer toute substance susceptible d'entraver le processus électrochimique.
2. Submersion dans un bain électrolytique : Les opérateurs plongent la pièce métallique dans un bain d'électrolyte. Le bain comprend une solution acide, plus souvent une solution d'acide sulfurique et d'acide phosphorique. Dans la partie électrochimique du système, la ‘pièce’ joue le rôle d'anode, tandis que la cathode est un matériau inerte tel que l'acier inoxydable ou le plomb.
3. Application du courant électrique : Les opérateurs appliquent un courant électrique entre l'anode et la cathode de la pièce. Le courant provoque la dissolution de la couche d'oxydation de la pièce dans une solution aqueuse. L'enlèvement de matière augmente rapidement pour les pics incurvés situés à la surface de la cathode plutôt que pour les vallées incurvées. Cet enlèvement sélectif contribue à aplanir la surface, ce qui permet de polir la pièce pour obtenir une surface lisse.
4. Dissolution des matériaux : Le processus d'électropolissage enlève une couche fine et précise de matériau (généralement de l'ordre de 0,001 à 02 mm). Ils s'accumulent sur l'électrolyte jusqu'à ce que la bonne finition de surface soit atteinte. L'état de surface final semble supérieur et raffiné par rapport à d'autres procédés de polissage mécanique.
5. Lissage et polissage des surfaces : L'électropolissage laisse la surface lisse, brillante et ‘éclatante’ par rapport à son état d'origine. Outre son aspect esthétique, il minimise considérablement la rugosité au niveau microscopique et contribue à réduire les risques de corrosion.
6. Nettoyage et inspection après polissage : Après le traitement d'électropolissage, la pièce de finition de surface est lavée à l'eau pour éliminer la solution électrolytique. Le contrôle de la pièce de finition de surface garantit que le matériau approprié a été enlevé.

Comparaison des méthodes de finition de surface

La meilleure finition de surface pour les pièces usinées CNC dépend de caractéristiques telles que le type de matériau utilisé, les exigences de l'application et les conditions de travail de la pièce. La décision la plus cruciale est la sélection des finitions de surface, car elles déterminent les performances, l'endurance et, finalement, le prix de la pièce. Tous les matériaux étudiés réagissent différemment à des procédures de finition spécifiques, et des procédures telles que l'anodisation sont généralement standard pour l'aluminium. De même, il est nécessaire de tenir compte de la fonction de la pièce en question. Par exemple, si la résistance à l'usure est réelle, les composants doivent être anodisés et résistants.

D'autre part, l'électropolissage peut être bénéfique pour les pièces situées dans des environnements extrêmement stériles. L'exposition à l'environnement est également un facteur essentiel, en particulier pour les pièces soumises à des environnements corrosifs, à des températures élevées ou basses, ou à des produits chimiques. L'esthétique influe également sur le choix, principalement dans les secteurs de l'électronique grand public et de l'automobile, entre autres, qui utilisent des techniques telles que le polissage et l'anodisation. Les considérations budgétaires sont essentielles dans le choix de la finition de surface, car les options plus protectrices et visuellement attrayantes ont souvent un coût plus élevé. Dans ce cas, il est indispensable de comparer les exigences de performance et les coûts pour prendre la bonne décision.

Conseils : Si vous souhaitez en savoir plus sur la gamme complète des procédés de finition de surface, cliquez sur “Autres procédés de finition de surface” pour continuer.

Conclusion

La finition de surface est un élément essentiel de la fabrication globale lorsqu'il s'agit de pièces usinées par CNC, car elle a une grande influence sur les facteurs de fonctionnalité et d'apparence.

Les procédés d'anodisation, de microbillage et d'électropolissage améliorent les propriétés telles que la corrosion, la résistance à l'usure et la finition de la surface, donnant aux composants un aspect esthétique.

Chaque méthode de finition répond à des exigences ou à des préoccupations liées au matériau de la pièce et à l'utilisation prévue. Le choix de la bonne technique de finition de surface est lié à l'efficacité et à la durabilité des pièces usinées par CNC.

D'autres attributs, y compris les conditions exogènes, influencent ce processus de décision en raison des exigences de performance du produit. Les coûts de production sont un autre facteur essentiel.

Il est essentiel de comprendre les spécificités d'une méthode de finition de surface particulière pour faire les bons choix en fonction de leurs besoins individuels basés sur la fonctionnalité, le coût et l'esthétique de leurs produits spécifiques.