Échelle de finition de surface pour l'usinage

En matière d’usinage, l’un des facteurs les plus importants est la finition de surface. Les problèmes pouvant résulter d’une mauvaise finition de surface comprennent : des taux d'usure plus élevés, une efficacité réduite et des pannes de pièces lors d'opérations vitales. Cela réduit non seulement les cycles de vie des pièces, mais entraîne également des pertes de temps et d'argent dues aux arrêts et aux réparations. La connaissance de l'échelle de finition de surface est cruciale pour décider des procédures d'usinage et des choix d'équipement appropriés pour les ingénieurs et les fabricants. Si vous surmontez ces préoccupations, vous serez en mesure d’améliorer la qualité des produits et la satisfaction des clients.

Compréhension des paramètres clés de finition de surface

Le surfaçage est un autre domaine d’usinage qui a un impact majeur sur le fonctionnement ainsi que sur la durabilité des produits usinés. Il fait référence à l’apparence, au toucher et à la douceur de la finition d’une surface de travail après plusieurs opérations d’usinage. Les principaux paramètres qui définissent l'état de surface sont les suivants :

Rugosité: Ce paramètre définit la densité des infimes irrégularités de la surface. Il joue un rôle clé dans la définition de l’interaction entre deux surfaces, notamment le frottement, l’usure et la fatigue. Les valeurs de rugosité plus élevées peuvent être associées à une rugosité plus élevée, ce qui peut être indésirable pour certaines applications impliquant un premier contact.

Ondulation : Ce paramètre définit les variations de plus en plus grandes à des intervalles plus grands par rapport à la surface nominale. Cela peut être dû aux vibrations ou aux déformations de l'outil résultant du processus d'usinage. L'ondulation est une condition qui peut avoir un impact sur la finition de surface et la fonctionnalité des pièces, en particulier dans les industries où les tolérances sont serrées.

Poser: Lay décrit l'orientation de la texture de la surface principale, qui peut être produite par la technique d'usinage appliquée. La connaissance de la pose est utile dans les applications où l'orientation de la surface est essentielle à l'écoulement des fluides, du lubrifiant ou de l'assemblage.

Unités de mesure couramment utilisées pour décrire la finition de surface

L’état de surface est quantifié à l’aide de diverses unités de mesure, les plus courantes étant :

Ra (rugosité moyenne arithmétique) : Il s'agit de la moyenne des écarts du profil de surface par rapport à la ligne moyenne de référence. Il est couramment utilisé pour définir la rugosité de la surface et est également assez simple à déterminer.

Rz (Hauteur Maximale Moyenne du Profil) : Ce paramètre estime quantitativement la quantité totale de relief dans la zone transversale définie en référence à une valeur particulière de longueur d'échantillonnage. Ils donnent une meilleure compréhension de la texture de la surface par rapport à Ra.

Rt (Hauteur Totale du Profil) : Il s’agit de la hauteur totale depuis le sommet de la colline la plus haute jusqu’au fond du ravin le plus profond au cours de la période d’évaluation. Il offre des informations sur la façon dont la surface peut fluctuer et peut être extrêmement précieux dans des utilisations spécifiques.

Échelle de finition de surface

L'échelle de finition de surface est utilisée pour comparer la qualité des finitions de surface à certaines qualités en fonction de la norme de fabrication requise. Cette échelle est importante car elle aide les fabricants à choisir les bons processus d'usinage et les bons matériaux pour la finition de surface requise. Ce n’est qu’avec une telle compréhension de cette échelle que les ingénieurs sont en mesure de vérifier les différentes pièces et de s’assurer qu’elles sont bien capables de fonctionner selon les spécifications requises, évitant ainsi les pannes lors d’utilisations critiques.

Une comparaison entre différents niveaux de finition de surface

L'échelle de finition de surface comporte normalement diverses classifications allant de la finition de surface rugueuse à la finition de surface polie. Par exemple:

Finition rugueuse (Ra > 3,2 µm) : Souvent utilisé là où l'apparence n'est pas un problème, comme dans le cas des goussets.

Finition Moyenne (Ra entre 1,6 µm et 3,2 µm) : Usage général conçu pour être utilisé dans des applications d'ingénierie générale lorsqu'une tolérance étroite n'est pas nécessairement requise.

Finition Fine (Ra entre 0,4 µm et 1,6 µm) : Principalement utilisé dans les vannes ou les pièces hydrauliques qui nécessitent une dynamique des fluides.

Finition super fine (Ra < 0,4 µm) : Nécessaire pour les applications à contraintes élevées que l'on trouve généralement dans l'aérospatiale ou pour l'utilisation dans des dispositifs médicaux où la précision et l'interface sont essentielles.

Valeurs du tableau de rugosité de surface pour différents processus de fabrication 

Voici un tableau axé sur les valeurs de rugosité de surface (Ra) pour différents procédés de fabrication :

Surfaces standards du secteur industriel

Les pratiques commerciales jouent donc un rôle essentiel pour déterminer et maintenir les normes des finitions de surface. Les normes clés comprennent :

ISO (Organisation internationale de normalisation) : Propose différentes normes pour la mesure de l'état de surface, telles que les normes ISO 4287 et ISO 4288 pour la mesure des paramètres d'état de surface.

ASME (Société américaine des ingénieurs en mécanique) : Fournit des références telles que ASME B46.1 qui définissent et décrivent comment la rugosité et la texture de la surface doivent être mesurées. Ces normes sont essentielles pour normaliser les procédures dans les usines de fabrication.

Techniques de mesure courantes pour la rugosité de surface

Il est impératif que la finition de surface des composants soit déterminée avec précision pour répondre aux normes de qualité de fabrication. Deux techniques principales sont utilisées :

● Méthodes de contact : Ces techniques incluent des techniques de contact où le stylet est mis en contact avec la surface. Les talymètres sont fréquemment utilisés et dans le dernier type, le profil est dessiné par une pointe de diamant. Les mouvements verticaux sont mesurés pour fournir un profil de rugosité de surface de la bande en cours de formation.

● Méthodes sans contact : Ces méthodes utilisent des systèmes laser ou optiques pour mesurer l'état de surface sans avoir à entrer en contact physique avec la surface. Cela peut sembler évident, mais pour les pièces fragiles ou coûteuses, des méthodes telles que l'interférométrie en lumière blanche peuvent être utilisées pour mesurer avec précision la forme de la surface.

Outils utilisés pour mesurer la finition de la surface

Divers outils sont utilisés pour mesurer l'état de surface, notamment :

Profilomètres : Ce sont les instruments les plus couramment utilisés pour mesurer l’état de surface. Il peut présenter un profil de rugosité à un niveau de détail plus élevé et peut être de type avec ou sans contact.

Testeurs de rugosité de surface : Les instruments portatifs permettent des mesures rapides des paramètres de rugosité de surface (Ra, Rz) et sont utiles dans l'environnement de fabrication pour des évaluations immédiates.

Scanners laser : Ils sont sans contact et peuvent fournir des profils de surface haute densité et sont utiles dans les applications où une plus grande précision est nécessaire, telles que l'ingénierie inverse et l'inspection.

Utilisations de la finition de surface dans différents secteurs

Le rôle de la finition de surface dans l'industrie aérospatiale, automobile, médicale et électronique

Est essentiel, ayant un impact sur la fonctionnalité, la sécurité et l’esthétique :

Aérospatial: Dans les applications aérospatiales, un composant est nécessaire pour offrir des performances et une sécurité optimales. Les surfaces aérodynamiques ont une faible traînée et une meilleure économie de carburant, et agissent comme un revêtement protecteur pour les composants.

Automobile: Les composants du moteur des pièces automobiles doivent avoir des finitions de surface optimales pour contribuer à réduire l’usure et à fonctionner efficacement. La précision des finitions de surface est essentielle pour minimiser la friction et améliorer les performances globales du système.

Médical: En génie médical, la finition de surface est essentielle dans l’interface des biomatériaux entre les implants et les dispositifs et les tissus vivants. Des surfaces bien polies minimisent les risques de croissance bactérienne et augmentent les chances que les implants se mélangent au corps.

Électronique: Dans le cas des composants électroniques, l’état de surface détermine le flux de courant et la dissipation de la chaleur. Les surfaces bien finies assurent un contact constant et améliorent également les performances des gadgets électroniques.

Comment les améliorations de surface influencent les performances des produits dans différents contextes de fabrication : études de cas

● Fabrication de composants aérospatiaux : Une grande entreprise aérospatiale commerciale a décidé d'améliorer les contrôles de finition de surface des aubes de turbine, ce qui a permis d'améliorer les performances du profil aérodynamique et de réduire les dépenses de maintenance. Grâce à l'utilisation d'un meulage de haute technologie, l'entreprise a pu obtenir des finitions de surface qui dépassaient les références actuelles de l'industrie.

● Pièces de moteur automobile : Une étude de cas a été réalisée auprès d'un grand fournisseur automobile ; l'entreprise a réussi à améliorer l'usinage des segments de piston, ce qui a permis d'obtenir de bien meilleures finitions de surface. La réduction de la friction a ainsi amélioré l'économie de carburant et la durabilité du moteur, ce qui a mis en évidence le rôle de la finition de surface sur les marchés automobiles compétitifs.

● Production de dispositifs médicaux : Un fabricant d'implants orthopédiques souhaitait améliorer la finition de surface d'un dispositif médical. Pour atteindre la biocompatibilité, la société a appliqué des méthodes de polissage spécialisées, améliorant ainsi les taux de réussite globaux des chirurgies implantaires.

Méthodes d'amélioration de la qualité de la surface

Certaines méthodes efficaces comprennent :

Polissage: Le polissage est une activité érosive qui utilise des abrasifs pour préparer une surface à une finition lisse. Cette procédure peut être effectuée à la main ou à l'aide de machines contenant des tampons de polissage. Le procédé est le plus adapté au traitement des métaux et des plastiques ; il élimine les défauts mineurs de surface et augmente la réflectivité du matériau.

Revêtement: L'utilisation de peinture, de vernis ou une immersion dans l'un des produits chimiques de surface peut améliorer l'apparence d'un objet en plus d'améliorer ses performances. Les revêtements offrent une couche qui peut aider à minimiser ou éliminer le contact entre la surface et d'autres surfaces, améliorant ainsi la finition de surface et la durée de vie utile du composant.

Post-traitement : Les propriétés d'une surface peuvent être encore améliorées par galvanoplastie, anodisation ou traitement chimique après fabrication. Ces procédures peuvent améliorer la protection contre la corrosion et l’endurance générale ainsi qu’obtenir une meilleure finition. Lors de la galvanoplastie, la surface est plaquée d'une couche de métal qui peut masquer des défauts mineurs et améliorer l'apparence générale du produit final.

Approches optimales dans la sélection des paramètres d'usinage pour une finition de surface optimale

Pour obtenir les meilleurs états de surface, il est nécessaire de choisir les bons paramètres d’usinage. Les pratiques clés comprennent :

Vitesse de coupe : Il a également été noté qu'augmenter la vitesse de coupe nous permet d'obtenir une meilleure finition car à des vitesses élevées, l'outil passe un minimum de temps à indenter le matériau. Cependant, ceux-ci doivent être mis en balance avec les taux d'usure des outils et les propriétés du matériau de la pièce à usiner.

Taux d'alimentation : On constate généralement que lorsque l’avance est lente, la finition obtenue est également meilleure. La vitesse à laquelle le matériau est amené à l'outil de coupe peut être modifiée par les fabricants pour déterminer l'étendue du matériau à enlever dans un processus donné, et donc l'état de surface.

Profondeur de coupe: Les incisions légères sont normalement plus bénéfiques lorsqu'il s'agit d'obtenir des finitions de surface améliorées. La réduction de la profondeur de coupe soulage la charge sur l'outil et la pièce améliore la finition de surface et réduit la déflexion de l'outil.

État et sélection de l'outil : Il a été observé que le type d’outil de coupe et son état ont un impact direct sur l’état de surface. Des outils bien rangés et aux bords vifs réduisent la formation de bavures et de surfaces rugueuses. Les performances de l'outil peuvent également être améliorées en sélectionnant des outils dotés d'un revêtement adapté à l'application concernée et à la finition de surface souhaitée.

Résumé

L'échelle de finition de surface est un concept important dans les processus de fabrication actuels car elle influence la qualité et la fonction des produits finis. La finition de surface requise peut minimiser l’usure, augmenter la fonctionnalité et augmenter la beauté. Il est donc possible d’améliorer la qualité des pièces grâce à l’utilisation appropriée des processus d’usinage et des procédures de fabrication.

Un rôle important dans l’efficacité d’un produit est accordé à la qualité de la finition de surface. Qu’il s’agisse de diminuer la résistance des roulements ou de garantir la non-toxicité des implants, l’état de surface a un impact à la fois sur les performances et la durabilité. Dans la conception et la production, donner la priorité à la finition des surfaces entraîne une grande satisfaction des clients et une plus grande compétitivité sur le marché.

FAQ sur l'état de surface dans l'usinage

T1. Qu’est-ce que la finition de surface et pourquoi en avons-nous besoin ?

L'état de surface est la mesure de la rugosité ou du lissé d'une surface produite sur un matériau après usinage. C'est important car il détermine la facilité d'utilisation, la durabilité et même l'apparence d'un composant. Une meilleure finition de surface signifie moins de friction et une meilleure lubrification et les performances finales de cette pièce s'améliorent.

Q2. Quels sont les paramètres habituels de finition de surface ?

D'autres paramètres importants de la finition de surface sont la rugosité, l'ondulation et la pose. La rugosité caractérise les caractéristiques dimensionnellement petites de la surface nominale, tandis que l'ondulation définit de plus grandes irrégularités sur la surface et la pose définit la direction du motif de surface principal.

Q3. De combien de manières l’état de surface est-il mesuré ?

Le paramètre commun de l'état de surface est mesuré à l'aide d'instruments tels que des profilomètres, qui entrent en contact avec et sans contact. D'autres références de mesure incluent Ra (rugosité moyenne), Rz (hauteur maximale moyenne du pic à la vallée) et Rt (hauteur totale du pic de la surface).

Q4. Comment améliorer la finition de surface et quelles stratégies faut-il utiliser ?

Les méthodes utilisées pour améliorer la finition de surface comprennent le polissage, le revêtement et le post-traitement. Le polissage affine la surface, le revêtement applique des couches de protection supplémentaires et le post-traitement tel que l'anodisation améliore la robustesse et l'apparence du produit.

Q5. Comment les différents processus d'usinage influencent l'état de surface des composants.

Il est de plus en plus fréquent que différentes méthodes d'usinage, notamment le tournage, le fraisage et la rectification, aboutissent à différents niveaux de finition de surface. Par exemple, le meulage est généralement utilisé pour produire de meilleurs états de surface que les opérations de tournage en raison de la prise en compte de l'action de coupe et de la manière dont l'outil engage la pièce.

Q6. Dans quelle mesure la finition de surface dépend-elle des propriétés du matériau ?

Ceci est déterminé par la dureté et la fragilité du matériau usiné ; on ne peut pas s'attendre à ce qu'un matériau dur et cassant produise une finition soignée sur la pièce. Les matériaux à plus haute résistance à la traction peuvent nécessiter des outils et des conditions de coupe différents, car à grande vitesse, ils peuvent user l'outil et ne garantissent pas la qualité de la finition requise.

Q7. Quels documents normatifs réglementent les exigences en matière de finition de surface ?

Les normes suivantes précisent et classifient les états de surface : norme ISO 1301 et norme ASME B46.1. Ces normes donnent des exigences concernant les paramètres de finition de surface ainsi que des méthodes de mesure pour favoriser l'uniformité dans les industries.