En moins d’un siècle, les plastiques ont conquis le secteur manufacturier en raison de leur faible coût et de leurs propriétés mécaniques polyvalentes. Parmi eux, l’ABS est l’un des thermoplastiques les plus utilisés, tant dans les prototypes que dans les produits finis.
Comme la plupart des plastiques, les pièces en ABS sont souvent produites par moulage par injection, moulage par soufflage ou Impression 3D. Cependant, l'usinage CNC est essentiel pour les applications nécessitant des tolérances et une précision strictes. Bien que l'ABS soit usinable, les machinistes rencontrent souvent des déformations et des finitions de surface rugueuses lorsque vous travaillez avec.
Cet article explore les aspects clés de l'usinage ABS, en abordant les défis courants et les meilleures pratiques pour les relever. Il fournit des informations sur les techniques d'usinage, les méthodes de finition de surface et les moyens de produire des composants ABS de haute qualité.
Composition de l'ABS : propriétés physiques et mécaniques
ABS signifie acrylonitrile butadiène styrène. C'est un polymère thermoplastique constitué de trois monomères, mentionné dans son nom. Les trois monomères sont présents dans des proportions différentes : 15 à 35 % d'acrylonitrile, 5 à 30 % de butadiène et 40 à 60 % de styrène.
Chacun des monomères lui confère des caractéristiques différentes. Les groupes nitriles sont polaires, se lient entre eux et lui confèrent une résistance supérieure. L'acrylonitrile lui confère une résistance chimique et une dureté. Le butadiène lui confère une résistance aux chocs et une ductilité à basse température. Le styrène est quant à lui responsable de son aspect brillant général.
Propriétés physiques
L'ABS est opaque et sa couleur d'origine est blanche ou grise. Cependant, des pigments peuvent être ajoutés pour donner n'importe quelle couleur. C'est un plastique amorphe, il n'a donc pas de point de fusion précis. Il passe à un état vitreux à environ 106 et commence à 106 °C. Sa fusion et sa décomposition se situent entre 190 et 320 °C, selon la composition exacte. Comme les plastiques, l'ABS est également plus léger avec des densités comprises entre 1.00 et 1.2 g/cm3.
Propriétés mécaniques et chimiques
L'ABS présente plusieurs propriétés recherchées, mais pour les fabricants, les plus importantes sont la résistance, la dureté, la résistance chimique et l'isolation. Ces propriétés définissent son adéquation à diverses applications et mettent en évidence les défis potentiels lors de l'usinage.
L'ABS est un plastique résistant. Sa dureté se situe entre 68 et 118 sur l'échelle Rockwell. Sa résistance à la traction peut atteindre 65 Mpa. L'ABS présente également une bonne résistance chimique. Il peut supporter les acides dilués, les alcalis et les huiles. Cependant, il est vulnérable aux solvants aromatiques comme l'acétone et le benzène. Et enfin, c'est un bon isolant.
Principales propriétés de l'ABS
| Densité | 1.00 - 1.02 g / cc |
| Couleur | Blanc gris |
| Température de fusion | 190 - 320 ° C |
| Dureté (Rockwell R) | 68 – 118 |
| Résistance à la traction (UTS) | 13 à 65 MPa |
| Conductivité thermique | 0.150 – 0.200 W/mK |
Comment l'ABS est-il usiné : les meilleures techniques
Outre le moulage par soufflage, l'impression 3D et la FDM, l'usinage est l'un des principaux procédés utilisés pour façonner les plastiques ABS. L'usinage CNC permet un retrait précis des matériaux, ce qui le rend idéal pour les prototypes fonctionnels qui nécessitent des tolérances strictes.
Voici une liste des principales techniques d'usinage utilisées pour l'ABS.
Fraisage
Fraisage Il s'agit d'un procédé d'usinage soustractif dans lequel les outils de coupe retirent de la matière d'un bloc ABS solide pour créer la forme souhaitée. Il est idéal pour produire des géométries complexes, des surfaces planes, des poches, des fentes et des contours 3D complexes qui seraient difficiles à obtenir par moulage ou impression 3D.
Tournant
Tournant Le tournage est réalisé sur un tour, où une pièce en ABS en rotation est façonnée à l'aide d'un outil de coupe fixe. Ce procédé est utilisé pour les pièces cylindriques et symétriques telles que les rouleaux et les arbres.
Forage Horizontaux
Le perçage est la principale méthode de création de trous dans les composants ABS pour les fixations, le câblage ou les passages de fluides. Contrairement aux métaux, les plastiques comme l'ABS peuvent développer des bavures, des bords fondus ou des fissures de contrainte s'ils sont percés à des vitesses incorrectes ou avec des forets émoussés.
Défis de l'usinage ABS
L'usinage des plastiques est relativement plus simple que celui des métaux. Mais les plastiques présentent également leurs propres défis.
Rugosité de surface
Comme d'autres plastiques, l'usinage de l'ABS peut entraîner des rayures. L'une des raisons est sa nature amorphe. Sa surface est plus sujette aux micro-abrasions lorsqu'elle est exposée à des outils de coupe, à des avances inappropriées ou à une pression excessive de l'outil.
Distorsion
L'ABS présente une faible conductivité thermique, c'est-à-dire que la chaleur générée pendant l'usinage a tendance à se concentrer dans des zones localisées. Cette accumulation de chaleur, combinée au point de fusion relativement bas de l'ABS, provoque le ramollissement ou la déformation du matériau, ce qui entraîne des imprécisions dimensionnelles.
De plus, les contraintes internes au matériau peuvent être libérées lors de l'usinage, ce qui entraîne une déformation ou une flexion de la pièce.
Options de finition de surface pour l'ABS
L'ABS étant sujet aux marques d'outils et aux rayures, des techniques de finition appropriées permettent d'obtenir un attrait esthétique et des performances améliorées. Les options de polissage courantes pour l'ABS sont les suivantes :
Comme usiné
Il s'agit de la finition naturelle de l'ABS après usinage. La surface conserve des marques d'outils visibles, des lignes de coupe et des textures rugueuses potentielles, ce qui peut être acceptable pour les composants internes où l'apparence n'est pas une priorité.
Explosion de perles
Le grenaillage consiste à projeter des billes abrasives fines (billes de verre ou billes de plastique) sur la surface ABS pour obtenir une texture mate uniforme. Il est idéal pour les applications esthétiques et les surfaces adhérentes.
Lissage à l'acétone
Le lissage à l'acétone est un traitement chimique en phase vapeur permettant de créer une finition brillante et polie sur l'ABS. L'ABS est soluble dans l'acétone. Une exposition contrôlée provoque le ramollissement et la refusion de la surface, éliminant ainsi les fines rayures. Cette méthode est bien connue pour l'impression 3D car elle supprime ces lignes de couches.
Métallisation
L'ABS peut être galvanisé avec des métaux comme le chrome, le nickel ou le cuivre pour améliorer sa résistance mécanique, sa conductivité électrique et sa résistance à la corrosion. Dans ce processus, la surface est prétraitée avec un revêtement conducteur ou une gravure, ce qui permet l'adhérence du métal.
Meilleures pratiques pour l'usinage du plastique ABS
L'usinage du plastique ABS nécessite un équilibre entre efficacité de coupe, contrôle de la chaleur et précision pour obtenir des pièces de haute qualité. Nous avons quelques suggestions qui peuvent vous aider à optimiser le processus d'usinage de l'ABS.
ABS de qualité industrielle
L'ABS est disponible en différentes qualités et compositions, chacune étant destinée à des applications spécifiques. Pour l'usinage, il convient d'utiliser de l'ABS de qualité machine, car il est formulé pour avoir une meilleure stabilité dimensionnelle et une contrainte résiduelle plus faible.
Outils de coupe et de serrage
Évitez d'exercer une pression de serrage excessive, car l'ABS est plus mou que les métaux et peut se déformer sous la pression. Pour l'usinage, utilisez des outils tranchants en carbure ou en acier rapide (HSS) pour minimiser la résistance à la coupe et éviter la fusion.
Les fraises d'ébauche standard sont idéales pour l'enlèvement de matière en vrac. Pour les travaux de finition, nous recommandons des fraises à 2 ou 4 dents.
Meilleures pratiques de conception
Lors de la conception de pièces en ABS, gardez à l'esprit l'accessibilité des outils, la répartition des contraintes et la faisabilité de l'usinage. Des fraises et des forets de petite taille sont nécessaires pour les détails fins, mais des outils trop petits augmentent le temps d'usinage et l'usure des outils. Une taille de fraise minimale de 0.8 mm (0.03 po) et une taille de foret minimale de 0.5 mm (0.02 po) doivent être maintenues pour équilibrer la précision.
L'épaisseur de paroi est un autre facteur critique dans l'usinage de l'ABS. Les parois fines peuvent se déformer sous l'effet des forces de coupe ou vibrer. Maintenez une épaisseur de paroi minimale de 0.5 mm pour maintenir l'intégrité structurelle.
Pour éviter la déformation de l'outil, la règle générale est la suivante : la profondeur des trous percés ne doit pas dépasser 12 fois le diamètre du foret. En revanche, les fraises ne doivent pas dépasser 10 fois le diamètre de l'outil en profondeur.
Choix des liquides de refroidissement
L'ABS est chimiquement résistant aux acides aqueux mais très sensible aux liquides de refroidissement aromatiques, qui peuvent provoquer un gonflement et une déformation. Par conséquent, utilisez des liquides de refroidissement non aromatiques et solubles dans l'eau, tels que l'air sous pression et le brouillard de pulvérisation.
Applications de l'ABS usiné
Les plastiques sont en fait courants dans de nombreuses industries et l'ABS, en tant que membre, partage également la même popularité. Le tableau illustre les applications des pièces usinées en ABS :
| Industrie | Applications ABS |
|---|---|
| Automobile | Garnitures intérieures, composants du tableau de bord, boîtiers de capteurs, supports |
| Vitrines et Écrans Numériques | Boîtiers, boîtiers d'interrupteurs, composants isolants |
| Médical | Boîtiers pour dispositifs médicaux, boîtiers pour équipements de diagnostic, plateaux stérilisables |
| Équipements industriels | Protections de machines, composants de convoyeurs, supports structurels |
| Industrie aerospatiale | Principalement des pièces prototypes |
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