Usinage de l'aluminium 7075 : Guide complet pour les opérations CNC

Guide d'usinage pour aluminium 7075

L'aluminium 7075 est un matériau de choix dans le secteur industriel grâce à sa haute résistance et à son excellente usinabilité. Il est particulièrement adapté aux marchés de l'aérospatiale et de l'automobile, ainsi qu'aux applications de haute performance. Cet alliage à haute résistance possède une limite d'élasticité comparable à celle de certains aciers. Il bénéficie de la légèreté et de l'excellente aptitude au formage des copeaux propres à l'aluminium. L'optimisation de ce matériau passe par la maîtrise des paramètres de coupe, le choix des outils et la mise en place des dispositifs de fixation.

ProLean Tech est l'une des principales entreprises proposant usinage CNC de l'aluminiumet elle possède une vaste expérience dans l'utilisation des alliages d'aluminium 7075, parmi d'autres alliages d'aluminium haute performance. Les composants sont toujours fabriqués avec une grande précision grâce à nos machines CNC et à nos machinistes hautement qualifiés. usinage aluminium sur mesure Les prestations que nous proposons en standard garantissent un travail réalisé dans les délais et avec une qualité optimale, qu'il s'agisse du développement d'un prototype ou d'une production en série.

Pourquoi l'aluminium 7075 est idéal pour l'usinage CNC

L'aluminium 7075 possède un rapport résistance/poids exceptionnel. Il est idéal pour les applications exigeant des pièces légères et performantes. Son usinabilité élevée permet de réaliser facilement des formes et des géométries complexes. L'aluminium possède une haute résistance à la fatigue et est idéal pour les industries où le poids est un facteur critique, comme l'aérospatiale.

Propriétés et composition chimique de l'aluminium 7075

Propriétés du matériau aluminium 7075sont dues à sa composition chimiqueIl s'agit d'un alliage de zinc occupant une place particulière parmi les alliages. Il rivalise avec l'acier en termes de résistance tout en conservant l'avantage de pouvoir être transformé en aluminium.

Composition chimique

L'alliage principal du 7075 est le zinc (5.1 à 6.1 %), car il contient également du cuivre (1.2 à 2.0 %), du magnésium (2.1 à 2.9 %) et chrome (0.18 %-0.28) qui renforcent l'alliage. Un traitement thermique de durcissement structural peut être appliqué à cette composition, qui est bien plus résistante que d'autres types d'aluminium.

L'état de trempe le plus courant, T6, utilisé pour l'usinage, atteint une résistance à la traction de 83 000 PSI et de 73 000 PSI. Ces valeurs sont identiques à celles des aciers à moyenne teneur en carbone, et l'aluminium conserve sa densité de 2.81 g/cm³. 

La teneur en fer est limitée à 0.50 % afin d'optimiser l'usinage. La teneur en silicium est maintenue à un faible niveau (0.40 %) pour garantir une usinabilité optimale. Ces niveaux d'impuretés contrôlés contribuent à la formation des surfaces de haute qualité obtenues lors de l'usinage de l'aluminium 7075 avec les techniques appropriées.

Propriétés mécaniques

Le grade 7075 est meilleur en termes de résistance de l'aluminium que toute autre nuance. Sa haute résistance à la traction, sa haute résistance à la fatigue et sa bonne résistance à la fissuration sous contrainte en font le matériau le plus adapté pour une utilisation comme composant structurel lorsqu'il est soumis à des contraintes extrêmes.

L'état T73 est utilisé pour les applications exigeant une grande durabilité et des sections épaisses. Il offre une excellente résistance à la fissuration par corrosion sous contrainte, malgré une résistance à la traction inférieure (78 000 PSI). Le choix du matériau et des spécifications du traitement thermique dépendra de votre application.

Tempérament T6 vs T73

Les alliages T6 et T73 sont des variantes de l'aluminium 7075. Ils partagent la même composition chimique, mais présentent des propriétés physiques différentes car ils sont élaborés selon des procédés différents. 

L'aluminium 7075-T6 est obtenu par traitement thermique. Il subit un vieillissement artificiel prolongé afin d'obtenir les meilleures propriétés mécaniques requises. L'alliage 7075-T73 est un état de trempe de l'aluminium obtenu après traitement thermique. Il est stabilisé par un vieillissement artificiel prolongé afin d'obtenir une résistance maximale à la corrosion sous contrainte.

Caractéristiques d'usinabilité de l'aluminium 7075

Usinage CNC sur aluminium 7075

L'usinabilité de l'aluminium 7075 est en effet excellente, permettant un enlèvement de matière rapide et une finition propre. Les caractéristiques du matériau et des copeaux déterminent les conditions optimales d'usinage CNC à haute productivité.

Indice d'usinabilité et formation des copeaux

L'usinabilité de l'aluminium 7075 atteint 70 % de celle du laiton facile à usiner. Ce taux est supérieur à celui de la plupart des aciers et alliages d'aluminium. Un paramétrage précis, grâce à une maîtrise adéquate des paramètres, permet d'obtenir des vitesses de coupe plus élevées, une durée de vie des outils prolongée et une surface plus propre. Il en résulte une productivité accrue, des temps de cycle réduits et une qualité de coupe constante.

Après tournage et fraisage, l'alliage produit des copeaux courts et propres. Ceci réduit les risques de ressoudage et évite l'accumulation de copeaux filandreux. Un système simple de gestion des copeaux est utilisé, et un liquide de refroidissement haute pression améliore leur évacuation. L'utilisation d'outils en carbure (ou en PCD affûté) est recommandée pour la finition de l'arête rapportée. Le revenu T6 confère à l'alliage une fragilité supérieure à celle obtenue par recuit.

Comportement des bords accumulés

L'aluminium 7075 est très sujet à la formation d'arêtes rapportées. Ceci est dû à des vitesses d'avance élevées et à une vitesse de coupe relativement faible ou modérée. Les arêtes rapportées affectent la qualité de finition des produits et l'angle de dépouille de l'outil de coupe. L'état de trempe influe également sur la formation des arêtes : plus la trempe est dure, moins il y aura d'arêtes rapportées, et inversement. 

Comparaison avec d'autres alliages d'aluminium

L'usinabilité de l'aluminium 7075 est bonne, mais on peut la classer dans la catégorie « B » par rapport à l'alliage d'aluminium 6061. Le 6061 est plus facile à usiner, nécessite moins d'énergie et offre des finitions lisses, tandis que le 7075 requiert davantage d'énergie en raison de sa dureté légèrement supérieure à celle du 6061.

Paramètres de découpe CNC pour l'aluminium 7075

Usinage à grande vitesse

Les stratégies HSM tirent parti de l'usinabilité exceptionnelle de l'alliage 7075, permettant d'obtenir d'excellents taux d'enlèvement de matière. Il est ainsi possible de réaliser des applications aux caractéristiques complexes et aux états de surface de haute qualité. usinage de précision de l'aluminium outils de petit diamètre et vitesses de broche supérieures à 15 000 tr/min. 

La trajectoire trochoïdale assure une charge constante sur le copeau et réduit la surface de contact radiale. Ceci permet d'utiliser des avances importantes pour les passes profondes, sans sursolliciter les outils de coupe. Ce procédé a permis d'accroître l'enlèvement de matière de 300 à 500 % par rapport au fraisage latéral conventionnel, et la durée de vie de l'outil est également prolongée grâce à la réduction des efforts de coupe et de la chaleur générée. 

L'amélioration de la productivité passe également par les stratégies d'usinage adaptatives, qui ajustent automatiquement la vitesse d'avance en fonction du matériau. Ces trajectoires d'outil intelligentes maintiennent une charge constante sur la broche, évitant ainsi les surcharges d'outil liées à la programmation conventionnelle.

Les vitesses et les avances 

Pièces en aluminium 7075

Lors de l'usinage de l'aluminium 7075, optimisez la productivité en optimisant le rapport entre l'avance, la vitesse de coupe et la profondeur de passe. Grâce à son excellente usinabilité, ce matériau peut être usiné avec des paramètres qui, autrement, endommageraient l'outillage.

Ces paramètres constituent un bon point de départ pour effectuer des ajustements en fonction des capacités de la machine, du montage de la pièce et de l'état de surface souhaité. Les machines à grande vitesse actuelles peuvent atteindre ces limites supérieures avec l'outillage et le bridage appropriés.

Dégagement trochoïdal et adaptatif

L'ébauche par fraisage trochoidal et adaptatif est une méthode efficace pour l'ébauche de l'aluminium. Elle est privilégiée en raison de sa grande capacité à gérer la chaleur et à contrôler la force de coupe ; elle offre également une meilleure évacuation des copeaux que les méthodes conventionnelles.

Comparaison de l'aluminium 7075 avec d'autres matériaux

En comparant l'alliage 7075 à d'autres solutions, les ingénieurs peuvent mieux choisir le matériau le plus adapté à une application donnée. C'est le seul alliage qui offre un équilibre optimal entre résistance, poids et usinabilité.

Billet d'aluminium 7075 vs acier 4140

En comparant Aluminium 7075 usiné contre acier 4140, On observe certains compromis intéressants. Le procédé de trempe et de revenu L'acier 4140 possède une résistance à la traction comprise entre 90 et 150 ksi.Bien que son poids à volume égal soit presque trois fois supérieur, l'aluminium 7075 est préférable dans les situations où le rapport résistance/poids est un paramètre critique, comme dans l'aérospatiale et la course automobile. À contraintes égales, une pièce en aluminium 7075 pèse environ 60 % de celle en acier 4140. Ce calcul repose sur l'hypothèse que des modifications de conception sont apportées pour compenser la moindre rigidité de l'aluminium.

7075 contre 6061 contre 2024 contre 7050

Lors de l'usinage de l'aluminium 7075, il convient de le comparer aux autres nuances d'aluminium en termes de performances. Cet alliage, utilisé dans l'aérospatiale, est réputé pour ses hautes performances. Les aluminiums 6061, 2024 et 7050 peuvent le remplacer.

Le plus couramment utilisé nuances d'aluminium pour l'usinage:

• 6061-T6 : Moins puissant (45 000 PSI max) mais meilleur pour le soudage et moins cher.
• 2024-T3 : Même résistance (70 000 PSI maximum) mais avec une meilleure résistance à la fatigue. Les revêtements d'aéronefs sont courants et leur usinage s'avère plus complexe.
• 7050-T7451 : Résistance accrue à la corrosion sous contrainte. Une option plus coûteuse, mais de préférence avec une plaque plus épaisse.
• 7075-T6 Norme industrielle pour les composants soumis à de fortes contraintes ; combinaison optimale de résistance, d'usinabilité et de disponibilité.

L'usinabilité de l'aluminium 7075 est supérieure à celle de l'aluminium 2024 ; il est moins sujet à la formation d'arêtes rapportées et offre une bonne évacuation des copeaux. Grâce à sa résistance accrue par rapport à l'aluminium 6061, la conception des composants peut être allégée. Cet avantage compense le coût légèrement supérieur du matériau dans les applications critiques en termes de performances.

Choisir l'outil adapté à l'usinage de l'aluminium

Usinage sur mesure de l'aluminium 7075

Lors de l'usinage de l'acier 7075, l'utilisation d'outils adaptés permet d'optimiser la productivité et la finition de surface. Les caractéristiques de ce matériau requièrent des géométries d'outils et des revêtements différents de ceux utilisés pour les aciers ou d'autres métaux.

Géométries d'outils en carbure pour l'acier 7075

Les outils en carbure sont les plus utilisés pour l'usinage de l'aluminium. Ils offrent une excellente résistance à l'usure et la rigidité nécessaire pour garantir une précision dimensionnelle optimale même à des cadences élevées. Leurs performances dépendent de leur géométrie : les outils conçus spécifiquement pour l'aluminium sont plus performants que les outils à usage général.

Un angle de coupe positif de 10 à 15 degrés permet de réduire la consommation d'énergie et les efforts de coupe tout en améliorant l'état de surface. Il est particulièrement efficace sur l'aluminium, du fait de sa matrice tendre. En revanche, il s'écaillerait immédiatement sur des matériaux plus durs.

Le nombre de dents influe sur le débit d'évacuation des copeaux et la vitesse d'avance. Les fraises à deux et trois dents sont optimales pour l'ébauche, notamment pour les passes profondes. En finition, les fraises à quatre et cinq dents offrent des vitesses d'avance plus élevées. La variabilité du pas et de l'hélice améliore la qualité de surface pour l'usinage de précision de l'aluminium.

Outillage PCD pour les séries de production

L'outillage est un excellent choix pour l'usinage de l'aluminium avec du diamant polycristallin. Le PCD peut améliorer la durée de vie de plusieurs fois, voire d'un ordre de grandeur, par rapport au carbure cémenté (généralement de 5 à 20 fois, selon les conditions de fonctionnement).

Les diamants possèdent un coefficient de frottement extrêmement faible et sont très durs. Ils peuvent usiner l'aluminium sans s'user. Leurs arêtes de coupe restent affûtées, garantissant ainsi des surfaces uniformes même lors de longues séries de production. Cette caractéristique est particulièrement utile dans l'aérospatiale, où la régularité dimensionnelle est essentielle pour les grandes séries de pièces.

Le PCD est le matériau de finition idéal pour obtenir des surfaces de haute qualité. Il permet d'atteindre des rugosités de 8 à 16 Ra lorsque les vitesses et avances sont optimisées. L'élimination des opérations de rectification et de polissage secondaires permet de réduire les coûts de fabrication.

Stratégies relatives aux liquides de refroidissement et aux lubrifiants

Pièces usinées en aluminium 7075

Lors de l'usinage de l'aluminium 7075, un usage approprié du liquide de refroidissement améliore la durée de vie de l'outil, la qualité de surface et la précision dimensionnelle. Malgré la conductivité thermique élevée de l'aluminium, les besoins en refroidissement sont moindres que pour le titane ou l'acier ; le choix du liquide de refroidissement et son mode d'application restent donc essentiels.

Types et concentrations de liquide de refroidissement

Ces liquides de refroidissement sont élaborés à partir de composés synthétiques et semi-synthétiques hydrosolubles, spécialement conçus pour l'aluminium. Ils combinent refroidissement et lubrification, évitant ainsi la corrosion et les taches sur l'aluminium.

Le dosage recommandé pour l'usinage de l'aluminium 7075 est de 5 à 8 %, contre 8 à 12 % pour l'acier. Un dosage plus faible assure un refroidissement et une lubrification suffisants, et minimise les résidus sur les pièces usinées. Un dosage supérieur peut entraîner la formation de dépôts blancs qu'il convient d'éliminer des surfaces en aluminium.

Le pH du liquide de refroidissement doit être maintenu entre 8.5 et 9.5 afin d'éviter la corrosion de l'aluminium. Un contrôle et un ajustement réguliers du pH, de la concentration et de la contamination bactérienne permettent d'optimiser la durée de vie du liquide de refroidissement et d'améliorer la régularité d'usinage. Le système d'élimination des huiles étrangères contribue à prévenir la contamination par l'huile de coupe, qui peut nuire aux performances du liquide de refroidissement.

contrôle du pH et de la contamination

L'aluminium forme naturellement une couche d'oxyde à sa surface. Celle-ci lui confère une résistance aux contaminants et à la corrosion. Son pH optimal se situe entre 7 et 8. À ce pH neutre, l'aluminium conserve une résistance optimale aux contaminants agressifs tels que les chlorures.

Considérations relatives au maintien et à la fixation des pièces

Pièces usinées en vrac en aluminium 7075 

Le bridage doit être effectué correctement lors de l'usinage de l'aluminium 7075, notamment pour les pièces à parois minces ou les géométries complexes où les forces de coupe risquent d'entraîner des déformations. De plus, les pièces en aluminium sont susceptibles de se plier sous charge, car leur module d'élasticité est faible comparé à celui de l'acier.

Distribution des pièces à parois minces

L'un des problèmes liés à la fixation de pièces aérospatiales à parois minces est le déplacement et la déformation des contraintes internes lors de l'usinage, dus à l'enlèvement de matière. L'utilisation d'une séquence d'usinage symétrique et l'usinage de la matière sur l'autre face ne présentent pas de difficultés majeures.

Les dispositifs de maintien sous vide ou la cire à bas point de fusion permettent de supporter des parois minces sans effort important. Un traitement thermique préalable des pièces usinées peut améliorer la stabilité dimensionnelle des pièces critiques par relaxation des contraintes. Celles-ci sont réparties uniformément à l'aide de mors souples épousant la géométrie de la pièce, un serrage hydraulique ou pneumatique permettant d'éliminer les déformations locales et de répartir la force de manière homogène.

Conception de dispositifs pour les opérations à grande vitesse

Les dispositifs de montage doivent pouvoir résister aux forces de coupe et aux forces centrifuges élevées générées par l'usinage à grande vitesse. Les dispositifs conçus pour l'usinage CNC de l'aluminium à haute vitesse doivent être plus rigides que ceux conçus selon des paramètres conventionnels.

Les brides à orteils ou à sangles doivent s'engager sur les pièces à usiner près de la zone de coupe afin de minimiser le bras de levier, ce qui permet à la pièce de se déformer. Les forces de traction sont généralement plus efficaces que les forces de poussée car elles ne créent pas les moments de levage que les brides latérales peuvent générer sous de fortes charges de coupe.

Exigence d'obtenir des finitions de surface de qualité aéronautique

Les applications aérospatiales exigent souvent des états de surface aussi fins que 32 Ra, et les surfaces d'étanchéité critiques peuvent nécessiter 16 Ra. Avec l'outillage et les paramètres appropriés, il est possible d'usiner l'aluminium 7075 conformément à ces spécifications rigoureuses.

Le procédé d'usinage produit des surfaces avec une rugosité Ra de 16 à 32 lorsqu'on utilise des outils en carbure de tungstène à haute vitesse (2 500 à 4 000 tr/min) et à faible avance (0.04 à 0.006 pouce par tour). L'utilisation de plaquettes à profil de finition permet d'obtenir des surfaces encore plus fines. Ceci est rendu possible par le doublement du nombre d'arêtes de coupe en contact avec la pièce à chaque rotation.

Usinage CNC de précision de l'aluminium 7075 chez ProLean Tech

ProLean Tech est un fabricant de premier plan de pièces métalliques sur mesure et d'usinage CNC. Nos machinistes expérimentés possèdent une expertise de plusieurs décennies dans le travail de l'aluminium 7075 de précision. Nous maîtrisons parfaitement les alliages d'aluminium. Chez ProLean Tech, nous accordons une grande importance à votre temps, votre budget et vos objectifs. Nous devenons votre partenaire en vous fournissant des pièces de la plus haute qualité et aux finitions impeccables, afin que vous puissiez atteindre vos objectifs.

Conclusion:

Il est important de comprendre le processus d'usinage de l'aluminium 7075. Il est également nécessaire d'appliquer des méthodes éprouvées afin d'optimiser les paramètres, de maîtriser les procédés et de sélectionner les outils appropriés. Cet alliage d'aluminium à haute résistance présente une excellente usinabilité, permettant des taux d'enlèvement de matière élevés, des états de surface de haute qualité et une exécution optimale. C'est pourquoi il est le matériau de prédilection pour les composants structuraux aérospatiaux et les pièces automobiles hautes performances. Des composants de machines de précision sont également fabriqués à partir de cet alliage.

Ce guide explique comment obtenir des résultats constants avec des composants en aluminium 7075. ProLean Tech bénéficie de plusieurs décennies d'expérience dans l'usinage de précision de l'aluminium, une expertise mise à profit pour chaque projet. Nous maîtrisons parfaitement les défis posés par les alliages d'aluminium haute résistance et savons comment les relever. Nos compétences et notre savoir-faire répondent à vos besoins, qu'il s'agisse de développement de prototypes ou d'usinage de production. Obtenez un devis en nous contactant.