Dans cet article, le mot « extrémité » sera utilisé pour désigner toutes les surfaces de coupe des routeurs CNC. Dans l'industrie, différents types d'extrémités peuvent être appelés extrémités, mèches, fraises, fraises ou forets (pour n'en citer que quelques-uns). Certains de ces noms sont plus appropriés pour certaines extrémités, mais par souci de clarté, tous seront désignés collectivement par « extrémités » dans cet article.
Le choix des matériaux à utiliser sur une fraiseuse CNC nécessite de prendre en compte des facteurs allant au-delà de la pièce finale souhaitée. Différents matériaux sont affectés de diverses manières par la fraiseuse, en fonction de l'extrémité utilisée et des paramètres de la machine. La fraiseuse elle-même, en particulier l'extrémité utilisée, est affectée par le matériau. Il est important de comprendre les options de matériaux disponibles et de pouvoir tirer des prévisions du comportement de matériaux connus lorsque l'on décide de travailler avec un matériau non standard.
Les bois
Il existe de nombreux types de bois pouvant être travaillés sur une défonceuse CNC, et la variabilité de leurs propriétés ne doit pas être sous-estimée. Ils varient en termes de dureté, de ténacité, de rigidité et de densité, entre autres propriétés. Cependant, tous les bois sont un composite de polymères naturels, la cellulose et la lignine, avec une certaine teneur en sève ou en résine.
Il est important de se rappeler que les propriétés changent en fonction de la teneur en humidité du bois. En général, l'humidité rend le bois plus mou, plus flexible, plus dense et plus adhésif. Les bois utilisés avec les défonceuses doivent toujours être stockés dans un environnement sec et coupés lorsqu'ils sont secs.
Sans surprise, les bois de toutes les propriétés sont assez idéaux pour une utilisation dans une toupie CNC. Le bois a une faible dureté par rapport aux extrémités de toupie en acier ordinaires, ce qui entraîne une faible usure de la machine. Le bois a également une très faible ductilité, de sorte que le bois retiré se fracturera en petits copeaux qui seront facilement jetés ou aspirés hors de la zone de travail, ce qui permettra à l'extrémité de rester relativement froide.
Types de bois
• Résineux : Pin, cèdre, sapin.
• Bois durs : Chêne, érable, cerisier, noyer.
• Bois d’ingénierie : contreplaqué, MDF (panneau de fibres à densité moyenne), panneaux de particules.
NOTE: Les opérateurs doivent s’attendre à réduire en conséquence les taux d’enlèvement de matière utilisés sur les bois plus denses ou plus durs.
Stratifiés composites et contreplaqués
Lors de la découpe d'un matériau par n'importe quelle méthode, il faut d'abord prendre en compte le mécanisme de rupture du matériau. Dans le cas de composites stratifiés (par exemple, les couches de fibres de carbone, certaines fibres de verre et le contreplaqué), le mécanisme de rupture à prendre en compte est la délamination des couches. Cela peut être testé sur n'importe quel bord d'un matériau en essayant d'ouvrir le bord et en observant le comportement de la fissure créée :
1. La fissure se propage toujours vers la surface par le chemin le plus court – rupture intercouche.
2. La fissure se propage dans le plan de la tôle – Rupture par délaminage.
Pour les matériaux qui se déforment par délaminage, les bords risquent de se déchirer et de se déformer verticalement lors du fraisage. Pour éviter ce résultat, l'utilisation d'une extrémité de compression est recommandée.
Une fraise à compression combine un tranchant hélicoïdal descendant en partie supérieure et un tranchant hélicoïdal ascendant en partie inférieure. Ainsi, lors de la coupe, les surfaces supérieure et inférieure du matériau sont comprimées vers le centre, ce qui permet à sa résistance à la compression de compenser sa fragilité face à la fissuration en traction.
Gardez à l’esprit que les extrémités de compression poussent le matériau retiré latéralement, et non vers le haut ou vers le bas, de sorte que le matériau ne peut être retiré que le long d’un bord exposé.
Types de composites
• Fibre de verre : Plastique renforcé.
• Fibre de carbone : rapport résistance/w8 élevé.
• Phénolique : Résistant à la chaleur, durable.
Rappelles toi que la zone de compression entre les 2 directions de coupe à l'extrémité doit être centrée dans votre matériau.
- Les composants de votre composite doivent être considérés conjointement et séparément.
- Si la matrice du composite est une résine polymère, appliquez alors les considérations appropriées à ce type de plastique.
- Si le composite contient des fibres ou des particules abrasives, utilisez une extrémité de toupie correctement durcie et refroidie pour réduire l'usure.
Les matières plastiques
Mousses autocollantes
Les mousses polymères sont disponibles pour le routage CNC et présentent l'avantage de ne pas créer d'usure notable à l'extrémité, tout en permettant de créer des formes complexes pour l'emballage personnalisé, l'esthétique, la géométrie de test ou pour une pratique à faible risque. La caractéristique déterminante de ces matériaux est leur faible résistance au cisaillement, ce qui leur permet d'être coupés rapidement et facilement.
Lors du choix de ces matériaux, si la résistance à la traction de la mousse est encore inférieure à la résistance au cisaillement, des morceaux risquent d'être arrachés au lieu de copeaux proprement coupés. Il est également possible que des morceaux de mousse relativement résistante et flexible se déchirent et s'enroulent autour de l'extrémité de la défonceuse.
Pour les rares mousses présentant ce risque, veillez à utiliser des extrémités coupantes et tranchantes à haut régime avec des canaux agressifs, et non des extrémités abrasives ou peu profondes. Les mousses rigides peuvent cependant être abrasées au lieu d'être coupées pour éviter qu'elles ne se déforment.
Plastiques souples
Les plastiques souples (comme le polyéthylène basse densité) sont définis par une mesure relative : ce sont des polymères qui produisent des « boucles », ou des copeaux très longs, lorsqu'ils sont coupés. Cela signifie qu'ils sont moins durs et probablement plus ductiles. Gardez à l'esprit qu'un plastique plus souple est également susceptible d'avoir un point de fusion plus bas et de perdre sa tolérance dimensionnelle en fléchissant lors des coupes à chaud. Réduisez cette tendance avec une température ambiante fraîche, des ventilateurs et des coupes peu profondes. Une extrémité de coupe avec moins de cannelures ou des canaux moins agressifs peut réduire les problèmes causés par le blocage avec de longues boucles.
Plastiques durs
Les plastiques durs (comme le polyméthacrylate de méthyle) sont définis par une mesure relative : ils produisent des copeaux courts aux extrémités cassées lorsqu'ils sont coupés. Cela signifie qu'ils sont plus rigides et peuvent être coupés avec des extrémités moins agressivement canalisées, car l'élimination des particules plus petites devrait être plus facile. Cependant, la surchauffe peut toujours facilement être un problème.
Les plastiques durs se déforment moins en masse lorsqu'ils sont surchauffés, mais peuvent fondre ou se dégrader directement sur la surface de coupe, provoquant l'accumulation de matière plastique brûlée sur l'extrémité de la toupie et l'empêchant de couper. Réduisez cette tendance en gardant une température ambiante fraîche, en utilisant des ventilateurs et en effectuant des coupes peu profondes.
Types de plastiques
• Acrylique : Transparent, coloré, résistant.
• Polycarbonate : Haute résistance aux chocs, transparent.
• PVC (Polychlorure de vinyle) : Durable, polyvalent.
• PEHD (Polyéthylène Haute Densité) : Léger, résistant à l’humidité.
Les métaux
Dans la grande majorité des cas, le seul métal qui peut être découpé avec une défonceuse est l'aluminium. Certains alliages d'aluminium à haute teneur en silicium sont très durs et ne doivent être utilisés que dans des fraiseuses.
L'aluminium produit de longues ondulations lorsqu'il est coupé avec des extrémités régulières, ce qui entraîne souvent des bourrages si un grand espace libre n'est pas disponible. Lorsque l'aluminium doit être coupé avec une faible tolérance, il convient d'utiliser une extrémité brise-copeaux spéciale. Ce type d'extrémité, dont les propriétés se situent entre celles des extrémités abrasives et celles des extrémités coupantes à plusieurs cannelures, présente un motif de surface rhomboédrique en "diamant" qui empêche une seule surface de coupe de rester en contact avec une grande quantité de matière pendant toute une révolution de coupe, brisant ainsi la matière enlevée en plusieurs copeaux distincts.
Sachez que la dureté et le refroidissement par diffusion d'un métal sont sensibles à la température ambiante. Les réglages corrects de votre défonceuse peuvent donc changer si la température de votre espace de travail n'est pas contrôlée. Lorsque la chaleur s'accumule, l'extrémité s'use à un rythme accéléré en raison du ramollissement et la surface du métal devient plus ductile, ce qui provoque une déformation par « bavures » au lieu de coupes nettes et précises. Coupez relativement lentement et utilisez des ventilateurs de refroidissement.
Dans de rares cas, des métaux autres que l’aluminium peuvent être acheminés.
- Certains alliages de laiton sont suffisamment mous pour être usinés avec un soin extrême, choisissez des extrémités très dures et des chemins CNC spécialement conçus à cet effet.
- Théoriquement, des métaux très mous comme le cuivre pur, l'or ou le plomb peuvent également être acheminés.
- Dans le cas d'un matériau dense et très malléable comme les métaux purs tendres, privilégiez des embouts de coupe agressifs avec peu de goujures.
- Dans le cas d'un matériau dense et très malléable comme les métaux purs tendres, privilégiez des embouts de coupe agressifs avec peu de goujures.
Types de métaux
• Aluminium : léger, résistant à la corrosion.
• Laiton : Décoratif, facile à couper.
• Acier : solide et durable.
• Cuivre : Conducteur, doux.
Pierre et céramique
Les matériaux très rigides et durs à faible ténacité comme la pierre sédimentaire et la céramique courante (granit, grès, carrelage) peuvent être fraisés avec des extrémités abrasives dures.
Ces extrémités sont souvent constituées d'un métal avec des particules de diamant incorporées comme abrasif. Pour les carreaux à très faible ténacité, une extrémité peu profonde, densément cannelée ou brise-copeaux en HSS ou en carbure peut être appropriée.
En général, on utilise une fraiseuse CNC pour ces matériaux lorsque des détails en relief ou des motifs de bord complexes sont nécessaires. En raison de la dureté élevée et de la faible conductivité thermique des matériaux en pierre et en céramique, une grande quantité de chaleur est générée et très peu est évacuée par la surface et les particules retirées. Cela signifie que l'accumulation de chaleur à l'extrémité de la fraiseuse constitue un problème majeur. Un refroidissement direct par eau est recommandé.
Types de pierre et de céramique
• Marbre : Élégant, relativement doux.
• Granit : dur et durable.
• Carreaux en céramique : durs, cassants.
Pour obtenir les résultats souhaités dans les projets de routeur CNC, le bon matériau est l'élément crucial. Chaque matériau a des propriétés uniques et nécessite des outils, des vitesses et des techniques spécifiques. Suivre les meilleures pratiques décrites dans ce guide vous aidera à maximiser les capacités de votre routeur CNC.
