Je vais préfacer cet article en disant que je ne suis pas un expert en la matière ! Plus d’un outil de coupe coûteux a rencontré sa fin alors que je l’ai « utilisé » pour usiner de l’aluminium. Il existe sur Internet une tonne de bonnes informations provenant du monde des machinistes sur la découpe de l’aluminium. Presque tout est fait avec de vraies fraises à métaux et des centres d’usinage. Même une minuscule fraiseuse à métaux est beaucoup plus rigide et moins sujette aux vibrations qu’une défonceuse lourde. Il s’agit d’une discussion autour de la façon d’obtenir des résultats décents et de ne pas gâcher les choses tout en utilisant un outil qui est correct mais pas idéal pour un travail.

Les cinq grands défis que j’ai eu avec la coupe de l’aluminium diverses routeurs que j’ai eu sont :

• sélection de l’alliage
• rigidité de la machine
• sélection du chemin d’outil / de la stratégie
• avances et vitesses
• dégagement/refroidissement des copeaux
• fixation

L’obtention de chacun de ces triages fera une énorme différence dans votre succès !

Sécurité!

D’abord un peu de sécurité – parce que la coupe du métal apporte quelques préoccupations réelles que vous n’avez pas en coupant du bois ou du plastique ! Il y a une raison pour laquelle les centres d’usinage de métaux commerciaux ont des enceintes. Les copeaux et le liquide de refroidissement qui s’envolent font des dégâts considérables et représentent un réel danger pour les opérateurs. L’Internet regorge de vidéos de machines qui projettent des pièces hors de l’étau et de fraises qui se détachent et s’envolent. Avec l’usinage des métaux, les copeaux sont plus lourds, plus tranchants et plus chauds. Portez des lunettes de sécurité en tout temps lorsque vous usinez de l’aluminium !

Maintenir votre matériau en toute sécurité est très important. En raison de la résistance de l’aluminium et des forces de coupe accrues, les petites pièces et les chutes peuvent être mandrinées avec beaucoup de force et de vitesse – ce qui est super effrayant. Il n’est pas déraisonnable de monter un bouclier ou un rideau pour se protéger !

Sélection de l’alliage : Quel type d’aluminium?

L’aluminium est le plus souvent allié à d’autres métaux pour améliorer des propriétés spécifiques. Un aperçu peut être trouvé ici : Alliages d’aluminium 101. En général, les meilleurs alliages d’usinage sont ceux de la série 6xxx. C’est une bonne chose car ils sont très courants et faciles à obtenir. La plupart des extrusions sont en alliage 6xxx. Le « xxx » signifie qu’il existe de nombreux sous-types d’aluminium de la série 6. Le 6061 est très courant et constitue une bonne option pour l’usinage. J’ai usiné des feuilles de la série 5xxx – une fois lorsqu’un client me les a apportées – et c’était un désastre sur une toupie. Très gommeux et enclin à charger les fraises. J’en ai tiré une leçon. Si possible, tenez-vous en aux alliages de la série 6xxx.

Le traitement thermique (pour les alliages où il fonctionne) affecte également la dureté du matériau. Le traitement thermique est indiqué par un nombre suivant la lettre « T » – comme « 6061-T6 ». En général, les alliages traités thermiquement seront meilleurs (plus durs et moins gommeux) pour l’usinage. Le matériau non traité thermiquement sera désigné par « T3 » ou « T4 » et le matériau traité thermiquement (ou vieilli) sera « T5 » ou « T6 » – donc, toutes choses égales par ailleurs, si vous voulez l’usiner, assurez-vous d’obtenir un matériau traité thermiquement. Le matériau traité thermiquement est également un peu plus résistant. Toute personne qui vend du métal sera beaucoup plus au courant des détails que moi – alors demandez avant d’acheter.

Si je devais choisir quelque chose à usiner, ce serait le « 6061-T6 » pour les trucs d’usage général ou la plaque moulée « Mic-6 » pour les choses qui doivent être stables ou bénéficier d’un stock initial plat. Mic-6 est une désignation de produit Alcoa, mais le nom est souvent utilisé comme « Kleenex » ou « Xerox » pour signifier simplement « plaque coulée ». Elle est coulée en feuille au lieu d’être extrudée, de sorte que les contraintes internes sont minimales et qu’elle ne se déforme pas lors de l’usinage. Il est également rectifié super plat – mais il est plus cher !

Les charges de coupe

Vous pouvez tester la (non-)rigidité de votre machine en vous procurant un comparateur et en le plaçant pour lire la déviation dans un certain axe quelque part près de la tête. Saisissez la machine (sans broche) et tirez dessus aussi fort que vous l’osez. À moins que vous n’ayez une machine très robuste, elle bougera beaucoup. J’ai eu une machine qui coupait le bois très bien et avec précision mais qui déviait de 0,06″ (1,5 mm) avec la seule pression que je pouvais exercer avec mes mains. En réalité, si vous faites les choses correctement, un outil de coupe effectuant une opération d’usinage normale crée beaucoup moins de charge sur la machine que vous ne le pensez ! Associez cela avec le logiciel des commandes de la machine qui est conçu pour contrôler les accélérations avec grâce – et une machine assez souple peut faire des coupes très précises.

Lorsque vous faites le saut de la coupe du bois (densité jusqu’à 50lbs/pied cube) à l’aluminium (environ 170lbs/pied cube), vous coupez quelque chose de quatre fois plus dense. Comme vous pouvez vous y attendre, les charges de coupe augmentent considérablement si vous prenez le même cutter à la même vitesse – donc ne faites pas ça !

Pour en savoir plus sur l’usinage de l’aluminium avec des machines légères, consultez cette excellente vidéo de NYCCNC : Shapeoko Feeds &Vitesses et conseils d’usinage !

Stratégies de coupe

Avec une machine souple, vous devez garder les charges sur l’outil faibles et uniformes ou cela laissera une surface laide. Les progiciels de FAO modernes ont des stratégies de parcours élégantes pour maintenir une charge uniforme sur l’outil. Pour l’ébauche, ces stratégies (appelées « Adaptive » pour les produits Autodesk, « Dynamic » pour Mastercam, etc.) sont très efficaces et donnent de bien meilleurs résultats. Ceci est particulièrement visible dans les coins ou les poches où les stratégies traditionnelles obligent la fraise à prendre une énorme bouchée juste au moment où elle change de direction !

La profondeur axiale de coupe (la profondeur à laquelle vos cannelures de fraise sont engagées) est également importante. Si vous avez une broche de faible puissance avec beaucoup de RPM, vous pouvez trouver qu’il est mieux d’aller plus vite mais de prendre une coupe de profondeur moins que complète avec une stratégie de coupe de style « adaptatif ». Le dégagement des copeaux sera plus facile et vous pouvez obtenir une meilleure fiabilité du processus au prix d’un peu de vitesse seulement.

Pour les opérations de finition, en particulier celles en 3D avec une fraise à boule – une approche de « pré-finition » aidera vraiment à rendre la surface finale agréable. Pour ce faire, il suffit de faire un ensemble d’opérations qui sont les mêmes que vos chemins de finition, mais qui laissent un petit peu de matière (.02″ / 0.5mm) et utilisent un step-over plus grand de 2 à 4X. Ces trajectoires laisseront une couche de matériau très uniforme que les opérations de finition finales pourront enlever. Dans les coins, cela réduira le volume de matériau à enlever et éliminera les étapes d’une passe d’ébauche qui peuvent mettre une charge inégale sur votre fraise. Essayer de forcer une finition brute étagée avec un outil de finition peut faire dévier la mèche (ou la machine) en télégraphiant les étapes d’ébauche dans la pièce finie.

Pour en savoir plus sur les approches de base de l’usinage 3D, consultez mon article : INTRODUCTION À L’USINAGE CNC DES SURFACES

Les avances et les vitesses

Il existe des formules pour calculer la bonne plage de paramètres de coupe pour un outil donné dans un matériau donné et les machinistes mettent beaucoup d’efforts à calculer les « avances et les vitesses. » La plupart des fournisseurs d’outils auront des directives spécifiques qui sont très utiles. Voici quelques bonnes ressources pour vous aider dans ce domaine :

• Harvey Tool Blog : Vitesses et avances 101
• NYC CNC : Vitesses &Tutoriel sur les avances pour les machines CNC ! WW164

Voici un aperçu rapide de ce que vous devez savoir pour choisir une vitesse d’avance et un RPM raisonnables pour votre situation (Désolé, pas encore de métrique !) :

Pieds de surface par minute (SFM) : C’est la distance parcourue par un point de la surface – disons la pointe d’une cannelure de l’outil en une minute. Imaginez que vous faites rouler l’outil sur une surface à côté d’une règle. SFM est la distance parcourue par l’outil en une minute. Ce n’est pas quelque chose que nous calculons – c’est plutôt une métrique pour dire « à quelle vitesse » nous coupons. De bonnes directives peuvent être tirées d’un tableau fourni par un fabricant d’outils – ou de directives approximatives pour un matériau. Pour les outils en carbure dans l’aluminium, ce taux est d’environ 600-1500 – plus élevé pour la finition, plus bas pour l’ébauche. Pour les aciers inoxydables et autres trucs lourds, le SFM idéal peut être inférieur à 100.

Révolutions par minute (RPM) : Il s’agit simplement de la vitesse à laquelle l’outil tourne. La trotteuse d’une horloge fait 1 RPM. Avec un peu de chance, votre outil sera plus rapide. Les défonceuses ont généralement beaucoup de plage de RPM, mais pas beaucoup de couple à bas régime, donc vous ferez probablement mieux dans la plage de 8 000 à 25 000 RPM.

Diamètre de coupe (D) : C’est le diamètre de la partie coupante de l’outil de coupe.

Nombre de dents de l’outil de coupe (T) : Combien de cannelures/dents l’outil de coupe possède-t-il ? Pour l’aluminium, moins il y en a, mieux c’est. Deux est presque toujours suffisant, et pour la coupe de la feuille ou l’ébauche sans liquide de refroidissement de l’inondation, les fraises à une seule cannelure sont géniales ! (voir ci-dessous pour en savoir plus)

Pour faire quelques calculs utiles, nous allons commencer avec une norme de 1000 SFM pour notre aluminium et D – le diamètre de notre outil. Imaginons que nous ayons une belle fraise en carbure à deux cannelures de 1/4″ en spirale ascendante. Donc D sera de .25″ et T sera de 2.

En utilisant cette formule, nous pouvons calculer le RPM que nous utiliserons :

RPM = (3.8 x SFM) / D

15200 = (3.8 x 1000) / .25

Donc nous avons notre RPM théorique ! Maintenant, nous pouvons calculer à quelle vitesse il faut faire tourner la machine, en utilisant deux variables supplémentaires :

Chip-load Per Tooth (CPT) : Il s’agit de la taille de la morsure que prend chaque dent à la pleine vitesse d’avance programmée. Généralement exprimée en millièmes de pouce, par exemple notre fraise en carbure 1/4″ pourrait bien fonctionner avec 0,002″ CPT.

Pouces par minute (IPM) : C’est la vitesse de coupe – la vitesse à laquelle la broche se déplace dans le matériau.

Donc, nous pouvons calculer la vitesse d’avance (IPM) à partir du RPM, de la charge de copeaux par dent (CPT) et du nombre de dents (T) sur l’outil :

IPM = RPM x CPT x T

Avec notre vitesse de 15 200 RPM et 0.002″ CPT sur un outil à deux goujures:

60,8 =15200 x 0,002 x 2

Notre vitesse d’avance sera de 60,8 pouces par minute!

C’est un bon début – et cela fonctionnera probablement bien. Vérifier avec les données publiées par le fabricant sur SFM et la charge de copeaux vous permettra d’utiliser des chiffres plus spécifiques à l’outil et d’obtenir de meilleurs résultats. La charge de copeaux de 0,002″ que nous utilisons dans cet exemple est sur le côté bas pour l’ébauche avec un outil de 1/4″, et vous pouvez être en mesure de le manivelle un peu plus dans le département de vitesse d’avance sans problèmes.

N’essayez pas de faire en sorte que les choses aillent mieux en allant vraiment lentement ! C’est presque aussi mauvais que d’aller trop vite parce qu’au lieu de casser votre couteau immédiatement – il va frotter et générer de la chaleur et s’encrasser – et ensuite se casser. Résistez à la tentation de trop ralentir. Vous devez vous assurer que les copeaux qui se détachent de la coupe sont de vrais copeaux. Prenez un pied à coulisse et mesurez-en un – idéalement, l’épaisseur à la « grosse extrémité » devrait être proche de la charge de copeaux par valeur de dent que vous avez choisie.

Egalement, vous devriez être en train de « monter la coupe » par défaut – une option dans votre logiciel de FAO. Cela prendra la partie grasse du copeau en premier et évitera le frottement et la génération de chaleur. Consultez cet article rapide de Harvey Tool sur la différence entre la coupe par escalade et le fraisage conventionnel.

Coupeurs

Le choix du coupeur fait une grande différence, surtout si vous êtes limité dans votre utilisation du liquide de refroidissement. De nombreuses fraises standard sont optimisées pour être utilisées avec du liquide d’arrosage dans un centre d’usinage fermé. Si vous n’utilisez pas de liquide de refroidissement ou seulement de l’air comprimé, vous devrez faire attention à ne pas charger vos fraises avec du métal frotté ou gommeux. Évitez tout ce qui comporte plus de deux cannelures. Si vous faites de la finition, un embout à boule à trois cannelures peut convenir, mais il est plus susceptible de se charger. Les cannelures supplémentaires augmentent la rigidité de la fraise cependant, ce qui peut être utile.

Les outils à simple cannelure sont une aide énorme pour couper de l’aluminium sur une toupie. Typiquement, vous avez beaucoup de tours de broche mais pas beaucoup de rigidité, et le dégagement des copeaux est un problème. Les fraises à simple cannelure sont les mieux adaptées à ce scénario. Regardez ceci – la double cannelure s’est gommée et la simple cannelure a fonctionné comme un champion !

Vous voudrez également limiter le « stick-out » de vos outils au minimum. Déterminez la profondeur à laquelle vous devez couper, puis ajoutez une petite marge – peut-être 0,125″ / 3mm – juste pour ne pas vous écraser. Les outils courts « stub-length » sont géniaux !

Elimination des copeaux et refroidissement

Une fois que vous opérez avec des « avances et des vitesses » raisonnables, vous allez arriver au problème suivant – comment éliminer les copeaux de la coupe, et comment garder l’outil de coupe au frais ? Dans un monde idéal, les copeaux seraient proprement découpés et jetés loin de la coupe, emportant avec eux toute la chaleur générée par le processus de coupe. Cela n’est pas susceptible d’arriver… mais vous avez des options!

Votre option la moins salissante est l’air comprimé – souffler les copeaux hors de la coupe et garder l’outil dégagé. L’air lui-même n’absorbe pas beaucoup de chaleur, donc cela ne fonctionnera que pour une coupe légère sans poches profondes… idéalement avec une fraise à une seule cannelure ou avec une stratégie d’usinage qui n’implique pas de rainurage en une seule passe. Il y a des « pistolets à air froid », fabriqués par Vortec et d’autres qui fonctionnent bien, mais n’importe quel souffle d’air focalisé pouvant être étranglé devrait fonctionner ok.

En remontant de l’air seul, vous pouvez utiliser un brouillard de liquide de refroidissement, ou un système de « lubrification à quantité minimale ». Fogbuster, Koolmist, et beaucoup d’autres sont des ajouts communs aux routeurs CNC. Vous avez juste besoin d’un réservoir, d’une buse et d’une conduite d’air comprimé vers la zone de la broche. Il y a assez de liquide de refroidissement pour fournir une certaine lubrification et pour évaporer la chaleur qui s’échappe. Il est combiné à l’air pour éliminer les copeaux. C’est salissant, mais vous pouvez généralement mettre en place un système de drainage pour éviter que le liquide n’atteigne les pièces électriques et de mouvement importantes. Les systèmes de lubrification à quantité minimale sont plus légers en termes d’air et visent davantage à fournir un lubrifiant à la coupe qu’à éliminer les copeaux. Selon l’application, cela peut être suffisant.

Si vous avez une machine lourde et qu’elle est configurée pour le supporter, le liquide de refroidissement par inondation est excellent. C’est la norme pour le fraisage des métaux en général et certaines défonceuses peuvent gérer l’écoulement de l’excès de liquide de refroidissement de la table et le retour à la pompe de refroidissement. Pour les travaux légers à moyens en aluminium, vous n’en avez probablement pas besoin. Sur un routeur, il est peu probable que ce soit la question de faire ou de casser parce que les machines ne sont généralement pas assez puissantes ou rigides pour prendre des coupes lourdes.

Fixation

Comment allez-vous la maintenir ? Selon votre machine et votre choix de liquide de refroidissement et d’options d’évacuation des copeaux, vous avez un tas de façons de le faire…

Vous pouvez voir ci-dessus l’option la plus simple – percer quelques trous là où vous n’usinerez pas et le visser à une feuille de contreplaqué ! Ici, j’ai également posé une feuille de plastique pour protéger le banc en MDF de la machine. Cette option n’est pas prête pour la production, mais si vous devez la réaliser avant l’heure du déjeuner, elle vaut la peine d’être tentée. Vous devrez peut-être utiliser des languettes (probablement une option dans votre logiciel de FAO) pour maintenir les petites pièces en place.

Si votre machine dispose d’une table à vide, c’est une bonne option si vous avez une capacité de vide suffisante pour maintenir la feuille vers le bas alors que vous découpez de plus en plus de trous à travers elle. Le vide est excellent pour la découpe de production, où vous pouvez mettre en place une fixation avec joint qui ne maintient que la partie où elle ne sera pas découpée. Étant donné que l’aluminium est cher et qu’il est très difficile de réindexer une feuille qui s’est déplacée, il peut être bon d’utiliser une approche « ceinture et bretelles » et aussi de fixer ou d’indexer mécaniquement les grandes feuilles (surtout minces) contre des butées fixes en plus d’utiliser le vide.

La façon que je préfère (si possible) est de serrer réellement le matériau vers le bas avec une sorte d’arrachement de pince à sangle. Cela fonctionne mieux pour les matériaux plus épais. Ci-dessous, une photo de moi coupant une plaque de 3/8″ sur une machine avec une plaque d’aluminium épaisse comme table. Cette table a des trous taraudés tous les quelques pouces, ce qui permet d’utiliser des serre-joints. Le meilleur. table. Jamais ! Vous pouvez voir des serre-joints métalliques standard comme ceux que l’on trouve dans un atelier d’usinage ainsi qu’un serre-joint en MDF fait maison qui a une plus grande portée et amortit les vibrations. J’utilise une fraise en bout à simple cannelure de 1/4 de pouce avec un souffle d’air froid.

Il y a quelques autres choses étranges visibles sur la photo ci-dessus – tout d’abord, les bâtonnets d’agitation de peinture glissés sous la plaque tous les pieds ou presque. Ceux-ci me permettent de couper à travers la pièce de travail sans couper dans la table de la machine en aluminium. Ils aident également à faire tomber les copeaux des fentes au fur et à mesure qu’ils sont coupés. L’autre chose étrange est la brique de plomb recouverte de ruban plastique. Le ruban plastique permet de ne pas toucher le plomb, et le plomb est là pour amortir les vibrations de la plaque. L’opérateur doit la déplacer et la maintenir à l’écart de la tête de coupe, mais elle empêche la plaque de claquer, d’autant plus que les grandes pièces sont coupées presque librement – sauf là où elles sont maintenues par des languettes. Pas très joli, mais ça a bien marché cependant !

Vous pouvez aussi utiliser des étaux comme sur un centre d’usinage. J’ai (très rarement) boulonné une paire d’étaux à la table dans une rangée et les ai utilisés pour tenir l’extrusion pour l’usinage. D’autres personnes le font tout le temps et cela a bien fonctionné pour moi aussi – mais mon expérience est limitée ! Les machinistes de l’internet ont couvert cela.

Conclusions

Maintenant vous savez ce que je sais. Ce n’est pas exhaustif mais c’est un début, et j’espère que cela vous évitera une fraise cassée ou un autre mal de tête !

Liens:

• NYC CNC : Avances Shapeoko & Vitesses et conseils d’usinage !
• Harvey Tool : Attaquer l’aluminium : Un guide d’usinage
• Blogue de l’outil Harvey : Vitesses et avances 101
• NYC CNC : Vitesses &Tutoriel sur les avances pour les machines à commande numérique ! WW164

Note :

Cet article contient des informations qui reflètent mes opinions – je ne fais aucune promesse quant à son utilité ! Il peut contenir des erreurs (faites-moi savoir si vous en trouvez !) et comprendra des préjugés basés sur mon expérience limitée. Si vous n’êtes pas d’accord avec quoi que ce soit, n’hésitez pas à me contacter. Il ne s’agit pas seulement pour moi de partager ce que je sais, mais d’apprendre des autres. J’insérerai volontiers des informations supplémentaires et des opinions divergentes afin que les lecteurs soient plus conscients de la diversité des « bonnes » réponses !

Journal des modifications:

Mise à jour : 12/5/19 – Traitement thermique et Mic 6, montée des coupes, ralentissement de l’avertissement et correction des erreurs de calcul.

Mise à jour : 1/9/21 – Ajout de coupes, sections de stratégies, liens.