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Matériaux

Matériaux non métalliques

Les matériaux non métalliques ont eux aussi leurs difficultés propres pour l’usinage

Le type de liaison entre les atomes d’un matériau ainsi que leur structure déterminent largement ses propriétés. Les matériaux métalliques sont donc très différents des matériaux non métalliques. En outre, les matériaux non métalliques sont répartis entre les matériaux inorganiques et organiques. Parmi les matériaux non métalliques inorganiques, le verre et la céramique sont particulièrement importants pour le secteur industriel. Les matériaux organiques comprennent tous les plastiques.
Afin de combiner certaines propriétés de plusieurs matériaux, par exemple dans le cadre de la volonté de construire des structures légères pour préserver les ressources dans les véhicules et moyens de transport, l’industrie a recours à des matériaux composites. Ce groupe comprend entre autres les plastiques renforcés en fibres de carbone, en fibres de verre et polymères à renfort fibre aramide (CFK, GFK et AFK). À cet effet, les fibres sont intégrées dans une matrice plastique.
Matériaux non métalliques – Du plastique à la céramique

Les constructions légères dans le domaine de la mobilité électrique et le développement d’avions plus économes en carburant ont permis de remplacer de nombreux métaux par des plastiques. Les matériaux composites, par exemple le CFK ou le GFK, se démarquent par leur haute stabilité mécanique et leur faible poids spécifique. En raison du souhait de combiner différentes propriétés mécaniques pour l’application, l’usinage de ces matériaux présente des difficultés particulières. Cela vaut également pour l’usinage de composants céramiques, par exemple en dioxyde de zirconium dans les prothèses dentaires.

Parmi les matériaux non métalliques contraignants, l’on peut notamment citer les suivants :

  • Kevlar : Il s’agit en réalité d’un nom déposé de DuPont qui fait référence à l’aramide (polyamide aromatique) à partir duquel les fibres sont filées. Son avantage réside dans la grande résistance des fibres compactes et la grande résistance aux chocs. En outre, ce matériau est particulièrement léger et amortit facilement les vibrations. Il convient donc aux composants soumis aux chocs. Lors de l’usinage de KFK, il existe un risque de délaminage provoqué par l’effilochage des bords de coupe et donc de dégradation de la pièce. Les fibres sollicitent les outils d’usinage par abrasion s’ils ne sont pas spécialement conçus à cet effet.
  • CFK : Les propriétés des différents matériaux en CFK peuvent être influencées par l’orientation et le type de fibre de carbone. Avec une densité d’environ 20 % par rapport à l’acier, il est possible d’obtenir des résistances comparables avec une réduction de poids de 80 %. Les fibres sont incorporées dans un plastique thermodurcissable ou, de plus en plus, thermoplastique. En outre, le CFK est très résistant à la fatigue. Ce matériau est utilisé pour les supports et éléments de carrosserie dans les secteurs de l’automobile et de l’aérospatial ainsi que pour les tables médicales légères. Lors de l’usinage, le délaminage et le fort pouvoir abrasif sont des difficultés à prendre en compte.
  • GFK : Pour ce matériau composite, les fibres de verre sont incorporées dans le plastique. Le GFK est relativement solide et moins cher que le CFK. Lors de l’usinage, le délaminage et l’effet abrasif peuvent endommager l’outil en raison de la dureté élevée des fibres de verre.
  • Dioxyde de zirconium  : Le dioxyde de zirconium est principalement utilisé en médecine dentaire, notamment pour fabriquer des implants, des couronnes dentaires, des tenons radiculaires ou de prothèses télescopiques. La dureté élevée représente ici aussi une difficulté particulière pour l’usinage du matériau.

L’usinage de matériaux non métalliques possède également son lot de difficultés spécifiques. En particulier lors de la plongée et du retrait de l’outil, le phénomène de délaminage peut facilement survenir avec les plastiques renforcés en fibres. Ce phénomène se remarque par l’effilochement ou la présence d’éclats. Les matériaux durs, par exemple le dioxyde de zirconium, usent les outils. Les outils d’usinage haute qualité de ZCC-CT permettent de lutter contre ces difficultés lors du fraisage, du tournage ou du perçage de ces matériaux.

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