La finition de surface dans l'usinage CNC est définie comme la texture et la douceur des pièces extérieures usinées. Il s'agit d'un paramètre important qui affecte non seulement l'apparence, mais aussi les propriétés mécaniques et les performances de la pièce. La finition de surface CNC joue un rôle essentiel dans la détermination de la fonctionnalité, des performances, de la durabilité et de l'apparence du produit final.
Il est important de faire la différence entre l'état de surface et la finition de surface. L'état de surface est la texture naturelle résultant du processus d'usinage CNC, tandis que la finition de surface désigne les processus supplémentaires appliqués pour modifier les propriétés de la surface afin de la protéger et d'en améliorer l'aspect. Cet article aborde les différents aspects des finitions de surface dans l'usinage CNC, tels que les types, les méthodes, la préparation et la sélection des bonnes finitions.
Qu'est-ce que la rugosité de surface ?
La rugosité de surface est définie comme la texture et les irrégularités d'une surface usinée dans une finition de surface d'usinage CNC. Elle mesure les pics et les creux microscopiques au cours du processus de fabrication. Le paramètre le plus couramment utilisé pour mesurer la rugosité de surface est Ra (rugosité moyenne). Différentes valeurs de rugosité sont nécessaires pour différentes applications et sont généralement mesurées en micromètres (μm).
- Ra (rugosité moyenne) - C'est le critère le plus utilisé pour mesurer la hauteur moyenne des irrégularités de la surface.
- Rz (profondeur moyenne de rugosité) : hauteur moyenne maximale entre le sommet et la vallée du profil de la surface.
- Rt (rugosité totale) - Hauteur maximale entre le sommet et la vallée de toute la surface mesurée.
Normes de finition SPI et VDI :
Deux normes couramment utilisées pour spécifier les finitions de surface dans l'usinage CNC sont la finition standard SPI (Society of the Plastics Industry) et les qualités VDI (Association des ingénieurs allemands).
1. SPI Finish Standard
La norme SPI a défini 12 degrés de finition de surface dans quatre catégories : A1, A2, B1, B3 et C1, C3. Ces qualités sont largement utilisées dans la fabrication de moules et le moulage par injection de plastique. Les degrés A1 et A2 sont les finitions de la plus haute qualité produites par le polissage au diamant et conviennent aux surfaces optiques. Les qualités B1 et B3 correspondent à des finitions semi-fines obtenues par polissage à la pierre et conviennent aux pièces plastiques visibles. Les degrés C1 et C3 correspondent à des finitions moyennes obtenues par polissage au papier et sont normalement utilisées pour les pièces moins visibles ou non esthétiques.
Le tableau suivant résume ces grades :
| Catégorie | Grade | Description | Rugosité de la surface (Ra) |
| Glossy (série A) | A1 | Très haute brillance | 0,012 - 0,025 μm |
| A2 | Haute brillance | 0,025 - 0,05 μm | |
| A3 | Normal Brillant | 0,05 - 0,10 μm | |
| Semi-brillant (série B) | B1 | Fin Semi-brillant | 0,05 - 0,10 μm |
| B2 | Moyennement semi-brillant | 0,10 - 0,15 μm | |
| B3 | Normal Semi-brillant | 0,28 - 0,32 μm | |
| Mat (série C) | C1 | Mat fin | 0,35 - 0,40 μm |
| C2 | Moyennement mat | 0,45 - 0,55 μm | |
| C3 | Normal Mat | 0,63 - 0,70 μm | |
| Texturé (série D) | D1 | Texture satinée | 0,80 - 1,00 μm |
| D2 | Texture terne | 1,00 - 2,80 μm | |
| D3 | Texture rugueuse | 3,20 - 18,0 μm |
2. Finition VDI standard :
La norme VDI 3400, élaborée par des ingénieurs allemands, est souvent utilisée en Europe et en Asie. Elle concerne les surfaces produites par électroérosion (EDM). L'échelle VDI va de VDI 12 à 45 et les chiffres les plus bas indiquent des surfaces plus lisses.
Le tableau suivant présente quelques grades VDI clés :
| Grade VDI | Rugosité de la surface (Ra) | Équivalent/Description |
| VDI 12 | 0,40 μm | Équivalent à SPI C-1 |
| VDI 18 | 0,80 μm | Finition satinée |
| VDI 27 | 2,24 μm | Finition terne |
| VDI 36 | 6,30 μm | Finition terne |
| VDI 45 | 18.00 μm | Finition très rugueuse |
Finition telle qu'usinée
La finition telle qu'usinée est définie comme la texture et la qualité de surface par défaut résultant directement du processus d'usinage CNC, sans aucun traitement de finition supplémentaire. Cette finition de surface CNC se distingue par des marques d'outils visibles et une rugosité de surface moyenne qui varie souvent en fonction des paramètres d'usinage et de l'outillage utilisé.
Les normes industrielles utilisent des valeurs Ra spécifiques pour déterminer la qualité et les exigences des finitions usinées, telles que
- 2 μm Ra - Une finition machine standard qui convient à la plupart des pièces de consommation.
- 6 μm Ra - Une finition plus fine avec de très faibles marques de coupe qui convient aux raccords serrés et aux surfaces légèrement portantes.
- 8 μm Ra - Une finition de haute qualité pour les pièces soumises à des contraintes concentrées.
- 4 μm Ra - Le grade le plus bas et le plus fin disponible qui est le meilleur pour les pièces à rotation rapide comme les roulements et les arbres.
Avantages et inconvénients de la finition telle qu'usinée
| Pour | Cons |
| Tolérances les plus strictes | Marques d'outils visibles |
| Rentabilité (pas de traitement supplémentaire) | Absence de revêtement protecteur |
| Convient pour les parties non esthétiques | Texture de surface plus rugueuse |
| Maintien des propriétés d'origine du matériau | Peut ne pas répondre aux exigences esthétiques |
| Idéal pour le prototypage et les premiers essais | Risque de réduction de la résistance à l'usure |
| Améliore l'adhérence pour le collage ou le revêtement | Peut ne pas convenir aux applications de haute précision |
Types d'options de finition de surface
Diverses méthodes de finition de surface sont appliquées pour obtenir les caractéristiques de surface souhaitées. Les options de finition de surface les plus connues sont le polissage de type miroir pour les optiques de précision et le revêtement par poudre pour les équipements d'extérieur durables. Cette section couvre de manière exhaustive les principaux types de finitions de surface pour l'usinage CNC.
Le tableau ci-dessous présente les différents types de finition de surface :
| Méthode de finition | Technique | Matériaux | Raison de l'utilisation |
| Mécanique | Polissage | Métaux, plastiques | Permet d'obtenir des finitions semblables à celles d'un miroir |
| Mécanique | Grenaillage de précontrainte | Métaux | Améliore la résistance à la fatigue et à la corrosion sous contrainte |
| Chimique | Placage électrolytique | Métaux | Ajout de revêtements protecteurs ou décoratifs |
| Chimique | Électropolissage | Acier inoxydable, aluminium | Lisse et passive les surfaces métalliques |
| Chimique | Passivation | Acier inoxydable | Améliore la résistance à la corrosion |
| Chimique | Broyage chimique | Métaux | Enlèvement sélectif de la matière pour obtenir des formes complexes |
| Thermique | Polissage au laser | Métaux, céramiques | Réalisation de finitions de haute qualité sur des géométries complexes |
| Thermique | Polissage au plasma | Métaux | Lisse rapidement les surfaces sans contact mécanique |
Grenaillage de précontrainte
Le grenaillage de précontrainte est un traitement de surface qui augmente la résistance à la fatigue et à la corrosion sous contrainte. Au cours du processus, de petites particules sphériques (grenaille) sont bombardées sur la surface à grande vitesse (30-100 m/s). Les opérateurs contrôlent le débit et l'intensité de la grenaille à l'aide d'équipements spécialisés tels que l'Almen Strip Test, qui est également utilisé pour mesurer l'efficacité du processus. Ce procédé améliore les propriétés des matériaux et crée une surface uniforme et légèrement texturée, ce qui est très utile pour les composants soumis à des charges cycliques.
Placage électrolytique
La galvanoplastie est une technique bien connue de finition de surface qui consiste à déposer une fine couche de métal sur un substrat à l'aide d'un courant électrique. Le processus commence par le trempage de la pièce (cathode) et de la source de métal (anode) dans une solution électrolytique contenant des ions métalliques dissous. Lorsque le courant électrique circule, les ions métalliques de la solution sont réduits et déposés sur la surface de la cathode, formant un revêtement uniforme. La galvanoplastie permet d'améliorer la protection contre la corrosion, la résistance à l'usure et les finitions décoratives. Les métaux couramment utilisés dans la galvanoplastie sont l'or, l'argent, le nickel, le cuivre et le chrome. L'épaisseur et la qualité du dépôt peuvent également être contrôlées en ajustant des facteurs tels que la densité du courant, la température et le contrôle de la durée du dépôt.
Électropolissage
L'électropolissage est un procédé électrochimique qui permet d'enlever une fine couche de matériau d'une surface pour obtenir une finition lisse et brillante. Il s'agit d'immerger la pièce dans une solution électrolytique et d'appliquer un courant électrique. Les opérateurs contrôlent soigneusement la densité du courant et le temps d'exposition pour obtenir l'enlèvement de matière et le lissage de la surface souhaités. Cette technique est très efficace pour améliorer la résistance à la corrosion et créer des surfaces sanitaires propres sur l'acier inoxydable et d'autres alliages résistants à la corrosion. L'électropolissage peut enlever jusqu'à 40 micromètres de matériau d'une surface en fonction des paramètres du processus, mais il enlève généralement entre 8 et 20 micromètres.
Passivation
La passivation est un traitement chimique qui améliore la résistance à la corrosion de certains métaux en formant une couche d'oxyde protectrice. La technique consiste généralement à plonger la pièce dans une solution acide (souvent nitrique ou citrique) afin d'éliminer les contaminants de surface et de favoriser la formation d'oxyde. Les opérateurs contrôlent également la concentration de la solution, la température et la durée du trempage pour obtenir les meilleurs résultats. Ce procédé est couramment utilisé sur l'acier inoxydable et d'autres alliages résistants à la corrosion pour accroître la résistance aux facteurs environnementaux sans modifier les dimensions. Le processus comporte quatre étapes principales : le nettoyage, l'application de produits chimiques, le rinçage et l'oxydation pour former la couche passive. Par exemple, les pièces en acier inoxydable sont généralement maintenues pendant 20 à 30 minutes à une température comprise entre la température ambiante et 65°C (149°F).
Revêtement par poudre
Le revêtement par poudre applique une poudre sèche par voie électrostatique, puis la durcit à la chaleur pour obtenir un revêtement durable et uniforme. Il permet d'obtenir une épaisseur de revêtement de 30 à 130 μm qui offre une excellente protection contre la corrosion (jusqu'à 3 000 heures lors d'essais au brouillard salin). Ce procédé est largement utilisé pour les équipements extérieurs, les pièces automobiles et les appareils électroménagers. Le procédé est plus écologique puisqu'il n'utilise pas de solvants et permet de recycler facilement l'overspray. Les différents types de poudres tels que le polyester, l'époxy et les hybrides ont des propriétés uniques telles que la résistance aux UV, la dureté et la flexibilité.
Polissage au laser
Le polissage au laser utilise un faisceau laser focalisé pour faire fondre et redistribuer le matériau de la surface afin de créer une finition lisse. La technique consiste à balayer la surface à l'aide d'un faisceau laser selon un schéma contrôlé. Les opérateurs règlent les paramètres tels que la puissance du laser, la vitesse de balayage et la focalisation du faisceau pour obtenir la qualité de finition souhaitée. Ce procédé est efficace pour les géométries complexes et les zones difficiles d'accès, car il permet d'atteindre des valeurs Ra aussi basses que 0,1 μm sans aucun contact mécanique. Il s'agit d'une option polyvalente pour divers matériaux et applications, car il fonctionne bien avec les métaux, les céramiques et certains plastiques.
Choisir découpe laser personnalisée Les services métalliques assurent non seulement des dimensions précises, mais réduisent également les imperfections de surface, ce qui permet d'obtenir plus facilement la finition souhaitée avec un minimum de post-traitement. Cette synergie entre la découpe et la finition est essentielle pour créer des pièces de haute qualité pour des applications exigeantes.
Polissage au plasma
Le polissage par plasma, également appelé polissage électrolytique par plasma, utilise un gaz ionisé pour enlever la matière et lisser la surface des matériaux conducteurs. Le processus consiste à tremper la pièce dans une solution électrolytique et à appliquer un courant à haute tension pour créer une décharge de plasma autour de la pièce. Les opérateurs contrôlent la tension (généralement de 300 à 600 V), la température de l'électrolyte (50 à 80 °C) et le temps de traitement (1 à 6 minutes) afin d'obtenir la finition de surface souhaitée. Cette méthode est très efficace pour ébavurer et lisser des formes complexes afin de produire une surface uniforme, avec moins de rugosité et une meilleure résistance à la corrosion. Le polissage au plasma est principalement utilisé sur les métaux conducteurs et constitue une alternative aux méthodes traditionnelles de polissage mécanique.
Préparation avant finition
Une préparation adéquate est nécessaire pour obtenir la meilleure finition de surface CNC. Cela implique plusieurs étapes clés :
- Utilisez des rubans et des bouchons spéciaux pour protéger les zones qui ne doivent pas être affectées par les processus de finition.
- Les solvants, le nettoyage par ultrasons ou le dégraissage à la vapeur permettent d'éliminer les huiles. Les liquides de refroidissement et les copeaux métalliques sont utilisés pour réduire la chaleur et les frottements.
- Ébavurer les bords à l'aide d'outils manuels ou de machines afin d'améliorer la sécurité et la qualité de la finition.
- Créer une texture de surface uniforme par attaque chimique ou abrasion mécanique.
Choisissez le bon état de surface pour vos projets d'usinage CNC
Un bon état de surface peut améliorer la fonctionnalité, la longévité et la qualité globale d'une pièce. Voici quelques conseils pour choisir la bonne finition de surface pour vos projets d'usinage CNC :
1. Pour les pièces qui nécessitent des tolérances dimensionnelles serrées ou dont l'aspect n'est pas important, la finition de surface usinée est souvent le choix le plus rentable. Cette méthode convient parfaitement aux prototypes fonctionnels ou aux composants internes.
2. Lorsqu'une finition mate uniforme est requise ou que des problèmes de surface mineurs doivent être résolus, le microbillage est un excellent choix. Il améliore également l'aspect et prépare les surfaces à d'autres processus de finition.
3. Le revêtement par poudre est préféré pour les pièces qui nécessitent une finition durable et résistante à la corrosion, avec des options de couleur. Ce procédé convient aux applications extérieures.
4. Le polissage est un choix approprié lorsqu'une surface lisse et réfléchissante est souhaitée pour des raisons esthétiques ou fonctionnelles. Ce procédé permet également de réduire les frottements et d'améliorer la résistance à la corrosion.
5. La galvanoplastie est utilisée lorsqu'un projet nécessite une meilleure dureté de surface, une meilleure résistance à l'usure ou une meilleure conductivité.
6. Pour les pièces en aluminium qui ont besoin d'une protection contre la corrosion, d'une résistance à l'usure et d'une meilleure esthétique, l'anodisation peut être un bon choix. Cette méthode permet également d'augmenter la durabilité et d'offrir des options de couleur.
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