Guide sur l'usinage du polyuréthane et considérations essentielles

Usinage du plastique polyuréthane

Le polyuréthane peut être thermoplastique ou thermodurcissable, mais en usinage, on utilise le polyuréthane thermodurcissable. Ce matériau est reconnu pour ses excellentes propriétés mécaniques, son inertie chimique, sa stabilité thermique et son isolation électrique.

Les fabricants utilisent des pièces en polyuréthane moulé qu'ils transforment en pièces et produits fonctionnels par fraisage, tournage, perçage et autres procédés d'usinage. Selon la qualité du polyuréthane et son usinabilité, il est nécessaire d'appliquer les paramètres d'usinage appropriés et les outils de coupe adéquats.

Les sections suivantes détailleront les propriétés du polyuréthane. types d'usinage CNC plastique pour le polyuréthane, les défis et considérations liés à l'usinage, et les applications industrielles des pièces en polyuréthane.

Le polyuréthane et ses propriétés 

Matériau polyuréthane

Le polyuréthane est un polymère synthétique composé de diisocyanates, de polyols et d'additifs secondaires. Sa structure interne comprend donc des liaisons –NH–CO–O–. Bien qu'il existe sous différentes formes, le polyuréthane rigide est privilégié pour l'usinage. 

Les polyuréthanes thermodurcissables coulés d'une dureté supérieure à 60-70 Shore A sont d'excellents choix pour le fraisage, le tournage, le perçage et autres opérations d'usinage. Ensuite, comment fabrique-t-on le polyuréthane thermodurcissable ? Le moulage en moule ouvert et le moulage par injection-réaction sont deux méthodes principales de fabrication du polyuréthane. 

En fonderie, un mélange réactif de polyol, d'isocyanate, de catalyseurs et d'additifs est versé dans un moule ouvert pour être mis en forme, puis soumis à une polymérisation. En revanche, le moulage par injection-réaction utilise deux réactifs distincts qui sont mélangés dans une tête de mélange puis injectés dans un moule. 

Propriétés du polyuréthane

• Stabilité thermique: Bien que le PU ne puisse pas résister à des températures élevées, il conserve intactes ses propriétés en présence d'une chaleur modérée. 
• Résistance à l'abrasion: Le polyuréthane offre une résistance à l'usure supérieure à celle des plastiques ordinaires, ce qui lui permet de fonctionner efficacement dans des conditions abrasives. 
• Neutralité chimique : Ce matériau ne réagit pas avec la plupart des acides, bases, huiles et solvants. 
• Force mécanique: Le polyuréthane est un matériau à haute résistance qui peut supporter de lourdes charges sans se fissurer ni se rompre.
• Personnalisation des propriétés : En modifiant la composition du mélange et le type d'additifs, le polyuréthane peut être adapté pour atteindre un niveau de dureté spécifique et d'autres propriétés mécaniques souhaitées.

Différents procédés d'usinage du polyuréthane

Fraisage de PU rigide

Bien que le meulage, le sciage et d'autres opérations d'usinage puissent être réalisés avec du polyuréthane flexible, le fraisage, le tournage et le perçage requièrent un polyuréthane d'une dureté supérieure à 70 Shore A. Dans le cas contraire, on utilise de l'azote liquide pour augmenter sa dureté avant usinage. De plus, chaque opération d'usinage nécessite un outillage et un réglage machine spécifiques.

Examinons brièvement les procédés de fraisage, de tournage, de perçage et de rectification du polyuréthane. 

Fraisage du polyuréthane

Pièces en plastique usinées CNC Idéal pour le profilage, le contournage et l'ajout de formes complexes en polyuréthane. Un polyuréthane d'une dureté supérieure à 80 Shore A est recommandé pour les opérations de fraisage. 

• Outillage: Il est recommandé d'utiliser des outils en acier rapide/carbure, des fraises à double cannelure affûtées et des fraises à surfacer à un seul point.
• Alimentation et vitesse : 1000–1300 tr/min / 0.38–0.51 mm/dent

Tournage du polyuréthane 

Il est utilisé pour façonner des pièces et des caractéristiques symétriques sur une surface cylindrique grâce à un outil de coupe stationnaire et un matériau en polyuréthane rotatif.

• Outillage: Outils en carbure/HSS, grand dégagement et angle de coupe 
• Alimentation et vitesse : 0.10–0.20 mm/tr et 600–1 000 tr/min

Perçage en polyuréthane

Il est possible de percer du polyuréthane avec des forets hélicoïdaux affûtés, en utilisant des matériaux de différentes tailles et profondeurs. Pour éviter l'accumulation de copeaux lors du perçage, il convient d'ajuster l'angle de pointe du foret en fonction de l'épaisseur du matériau (90–135°).

• Outillage: Forets hélicoïdaux à bords tranchants
• Alimentation et vitesse : 0.10–0.15 mm/tr et 600–1 000 tr/min

Meulage du polyuréthane 

Le meulage peut être effectué sur une rectifieuse spécialisée ou un tour à commande numérique équipé d'un porte-outil de meulage. Le procédé consiste à faire tourner la meule abrasive, ce qui enlève de la matière de la pièce en petites quantités, affine la surface et corrige les tolérances.

• Outillage: Meule abrasive de grain 20 à 80, selon la dureté du polyuréthane 
• Alimentation et vitesse : 0.125 à 0.127 mm/tr et < 150 tr/min

Quelles sont les qualités de polyuréthane pour l'outillage ?

Le polyuréthane est un matériau très répandu pour l'outillage dans les secteurs de l'usinage, du moulage, du formage et de l'industrie. On le retrouve sous diverses formes, notamment dans les poignées, les outils de presse, les poinçons et les moules de thermoformage sous vide.

Différentes qualités de polyuréthane, présentant divers niveaux de dureté, sont utilisées pour l'outillage, notamment les polyuréthanes souples, moyennement durs, durs et rigides-durs.

PU élastomère souple

matériaux PU avec un dureté inférieure à 50 Shore sont classés comme élastomères souples. Ils offrent un équilibre entre ténacité, résistance à la traction et flexibilité, et conviennent aux dispositifs de maintien, moules et coussinets nécessitant un léger étirement. 

PU de dureté moyenne

Si les polyuréthanes ont une dureté entre ~60–80 Shore ACes polyuréthanes sont considérés comme semi-rigides. Ils offrent une résistance accrue sans perte significative de flexibilité, une capacité de charge supérieure et une bonne usinabilité. Par conséquent, ils peuvent être usinés pour créer des moules, des outillages et d'autres composants.

PU élastomère dur

Polyuréthanes à dureté ~ 80–95 Shore A Les polyuréthanes élastomères durs (dont la dureté Shore peut parfois atteindre 90) sont reconnus pour leur haute résistance à la déchirure, à l'abrasion et leur durabilité sous charges répétitives. Ils sont notamment utilisés pour la fabrication d'outillage, comme les supports de formage de tôle, les matrices, les modèles et les gabarits pour le formage souple. On les retrouve également fréquemment dans l'outillage en uréthane pour la fabrication d'appareils électroménagers.

PU élastomère rigide

La dureté du polyuréthane rigide se situe entre 70 et 80 Shore D. Il est reconnu pour sa rigidité structurelle, sa ténacité, sa haute résistance à la compression et sa faible flexibilité. Il se prête à un usinage de haute précision. Parmi ses applications en outillage, on peut citer les moules sous vide, les modèles maîtres, les moules de thermoformage et le prototypage de matrices d'emboutissage.

Considérations relatives à l'usinage du polyuréthane 

Usinage du polyuréthane

Pour éviter les défauts d'usinage et les défaillances des pièces, il faut prendre en compte des facteurs tels que le retour élastique, le bridage des pièces, le refroidissement et la lubrification. 

1. Considérons l'élasticité du polyuréthane 

Le polyuréthane possède une élasticité relativement plus élevée, ce qui nécessite un jeu d'usinage plus important pour compenser le retour élastique. Ainsi, les écarts dimensionnels peuvent être évités. 

Des jeux insuffisants provoquent un frottement excessif à l'interface d'usinage, ce qui entraîne une accumulation de chaleur et des imprécisions. 

2. Fixez fermement la pièce en polyuréthane.

Des forces de serrage excessives entraînent des erreurs d'usinage et peuvent déformer le matériau. Il est donc impératif de fixer fermement la pièce en polyuréthane, juste assez pour éviter toute vibration ou tout mouvement pendant l'usinage.

3. Matériau approprié pour l'outil de coupe

Vérifiez la dureté du polyuréthane utilisé pour l'usinage et choisissez l'outil en conséquence. On utilise généralement des outils en acier rapide (HSS) et en carbure, car ils limitent l'encrassement.

4. Utilisez du liquide de refroidissement et de la lubrification 

Un excès de chaleur lors de l'usinage du polyuréthane peut entraîner des déformations dimensionnelles et endommager le matériau. Il est donc recommandé d'utiliser un système de refroidissement par micro-brouillard associé à une lubrification adaptée. Ce système favorise une dissipation thermique efficace au niveau de l'interface d'usinage.

5. Optimiser la vitesse d'usinage et l'avance 

Le polyuréthane commençant à se décomposer au-dessus de 175 °C, le débit et la vitesse d'alimentation doivent être choisis avec soin. Une vitesse ou une alimentation trop élevée entraînent une friction importante et une forte accumulation de chaleur. Il est également conseillé d'effectuer des essais avant de lancer la production.

Applications industrielles de l'usinage CNC du polyuréthane 

Applications du polyuréthane

Les pièces en polyuréthane usinées sont utilisées dans de nombreux secteurs, notamment l'automobile, le médical, les machines industrielles, l'outillage, la fabrication et les biens de consommation. 

Dans l'industrie automobile, sa haute résistance, sa légèreté, sa résistance aux chocs et sa neutralité chimique offrent des avantages considérables en termes de performance et de durabilité. L'industrie des machines industrielles utilise des pièces usinées en polyuréthane pour leurs propriétés de résistance à la charge et d'absorption des chocs. De même, d'autres secteurs bénéficient également de l'usinage sur mesure du polyuréthane. 

Passons maintenant au tableau ci-dessous pour des exemples d'application :

Lire la suite: Usinage CNC des thermoplastiques

résumer

Le polyuréthane est un plastique d'usinage précieux grâce à ses nombreuses propriétés mécaniques, sa durabilité, sa résistance chimique et sa capacité de charge. Il permet d'usiner des pièces et des produits complexes. Plusieurs types/qualités de polyuréthane sont disponibles pour l'usinage, avec différents niveaux de dureté (70 Shore A).

Vous devez tenir compte de l'élasticité, du matériau de l'outil de coupe, de la vitesse d'avance, de la vitesse de rotation et d'autres paramètres afin d'éviter l'accumulation de chaleur, l'encrassement et d'autres types de défauts. Si vous recherchez des pièces en polyuréthane sans défaut et fabriquées sur mesure selon vos spécifications, notre Services d'usinage CNC ProleanTech est la solution idéale. Nous proposons des services complets d'usinage du polyuréthane, depuis l'analyse de la fabrication (DFM) et le choix des matériaux jusqu'à la production à grande échelle et la finition de surface.

Questions Fréquentes Posées

Quels sont les inconvénients du polyuréthane?

Parmi les principaux inconvénients du polyuréthane figurent l'émission de composés organiques volatils et sa sensibilité à l'exposition aux UV.

Quelle est la durée de vie du polyuréthane ? 

La durée de vie du polyuréthane varie de 20 à 50 ans, selon sa composition et sa qualité. 

De quels outils avez-vous besoin pour usiner le polyuréthane ?

L'usinage du polyuréthane nécessite des fraises à deux dents affûtées, des forets à grande vitesse et des plaquettes de tournage. Le choix précis de l'outil dépend du procédé d'usinage mis en œuvre.