Rugosité de surface en usinage CNC

Ce qu’est la rugosité de surface pour usinage CNC

La rugosité de surface en usinage CNC mesure les imperfections ou la texture de la surface d’une pièce usinée. Imaginez que ce sont les bosses et les rainures que vous verriez au microscope — ce sont tous les minuscules détails que vous ne pouvez pas voir à l’œil nu. Même après des procédés tels que le microbillage, le polissage ou l’application d’autres finitions de surface, un certain degré de rugosité peut subsister. Ces irrégularités de surface sont un résultat inhérent de l’usinage CNC, un processus de fabrication soustractive dans lequel de la matière est enlevée des pièces à l’aide d’outils de coupe. Les coupes laissées par ces outils forment des irrégularités, souvent invisibles à l’œil nu.

La rugosité de surface joue un rôle essentiel dans l’évaluation des performances des pièces usinées CNC, car elle influence directement des paramètres clés tels que le coefficient de frottement, le niveau de bruit, l’usure, la génération de chaleur et l’adhésivité. Si vous vous êtes déjà demandé pourquoi certains composants s’assemblent parfaitement alors que d’autres non, eh bien, tout dépend de la tolérance et de la rugosité. Ces facteurs sont essentiels pour sélectionner le niveau de rugosité de surface le plus approprié pour des applications spécifiques, ce qui en fait une considération essentielle pour les ingénieurs et les fabricants.

Une surface rugueuse ne constitue pas toujours un inconvénient. Tout ne consiste pas à rendre les choses aussi lisses que possible. Pour certaines pièces usinées CNC, des niveaux de rugosité spécifiques sont requis dans le cadre des directives de fabrication du produit. Par exemple, certaines pièces usinées peuvent nécessiter des surfaces plus rugueuses pour améliorer l’adhérence ou leurs performances dans des conditions spécifiques. Les fabricants peuvent avoir besoin d’affiner les irrégularités de surface pour atteindre l’objectif prévu de la pièce usinée, soulignant l’importance d’évaluer et de spécifier soigneusement les niveaux de rugosité de surface dans le processus de production.

Niveaux de rugosité courants pour surface d’usinage CNC

Analysons des applications concrètes de cela. Le tableau ci-dessous présente les niveaux de rugosité de surface courants pour l’usinage CNC, leurs applications recommandées et leur impact sur le temps et le coût d’usinage.

Type de rugosité de surface	Applications recommandées	Temps d’usinage CNC	Impact sur le prix
3,2 μm Ra	Adapté aux pièces sujettes au stress, aux charges ou aux vibrations. Courant dans les supports, les couvercles de moteur automobile, les fixations générales d’outillage et les châssis de machines.	Moins de temps est nécessaire car il n’y a pas de processus de fabrication supplémentaires.	Finition de base pour les pièces ; pas de coûts supplémentaires
1,6 μm Ra	Idéal pour les surfaces à mouvement lent avec des charges légères, telles que les tiges de piston hydrauliques, les boîtes de vitesses lentes, les fixations de précision et les boîtiers électroniques.	Cela nécessite des conditions contrôlées, ce qui augmente le temps de production.	Augmente les coûts d’environ ±2,5 %. Les pièces plus complexes auront des coûts plus élevés.
0,8 μm Ra	Idéal pour les applications à fortes contraintes ou les surfaces avec mouvement occasionnel, telles que les composants de vannes hydrauliques et les boîtiers électroniques.	Produit dans des conditions hautement contrôlées, ce qui augmente le temps de production.	Ajoute ±5% aux coûts de production. Les pièces plus complexes auront des coûts plus élevés.
0,4 μm Ra	Recommandé pour les composants à haute vitesse ou à fortes contraintes tels que les tiges de vérin pneumatique, les composants optiques et les moules d’injection de précision.	Nécessite un polissage et des processus avancés, prend le plus de temps.	Ajoute environ ±11-15% aux coûts de production. Les pièces plus complexes auront des coûts plus élevés.

Exemples visuels de niveaux de rugosité de surface

Impact des opérations de post-traitement sur la rugosité de surface des pièces usinées

Les techniques de post-traitement, telles que le microbillage, l’électropolissage, l’anodisation, le placage et le revêtement par poudre, peuvent affecter la rugosité de surface et les dimensions globales du composant. La technique de post-traitement affecte aussi la finition de surface du composant fabriqué. Pour une finition mate ou granuleuse, le microbillage est privilégié, et une finition lisse et brillante peut être obtenue par lissage à la vapeur ou polissage électrolytique. Choisir la bonne technique assure que les composants répondent aux normes de l’industrie et aux contraintes de performance.

Comment la rugosité d’une surface est-elle mesurée ?

Chaque pièce usinée CNC quittant la chaîne de production se voit attribuer une valeur Ra spécifique ainsi que d’autres indicateurs. Ceux-ci sont mesurés avec des méthodes avancées qui ne laissent pas de place à l’erreur. Voici certaines des techniques les plus couramment utilisées :

Profilomètres à contact : utilisent un stylet en diamant qui glisse sur la surface de la pièce usinée, et ses déviations sont enregistrées.
Profilomètres sans contact : utilisent différentes techniques pour mesurer la rugosité de surface sans contact physique avec le composant usiné. Parmi les techniques courantes on trouve l’holographie numérique, la triangulation laser, la microscopie confocale et la profilométrie optique.
Microscopie à force atomique (AFM) : Une technologie très avancée qui est idéale pour mesurer la rugosité de surface des surfaces lisses. Elle utilise des sondes pour balayer avec précision les surfaces des pièces usinées et offre une précision nanométrique.
Numérisation 3D : Crée des cartes de topographie de surface, et est l’une des techniques de mesure de rugosité de surface les plus avancées.

Illustration of surface roughness calculation — Illustration du calcul de la rugosité de surface

Indicateurs de rugosité de surface en usinage CNC

Les indicateurs de rugosité aident à déterminer si des pièces conviennent à des applications spécifiques en fonction de leurs contraintes fonctionnelles et esthétiques. Ci-dessous, un aperçu des principaux indicateurs de rugosité de surface.

Ra (Rugosité moyenne)

Ra est calculé comme la moyenne arithmétique des écarts absolus du profil de surface par rapport à la ligne moyenne sur la longueur d’évaluation. Elle calcule essentiellement la moyenne des différences de hauteur entre les pics et les creux, sans tenir compte de leur signe, pour fournir une valeur de rugosité unique.

Ra roughness chart — Tableau de rugosité Ra

Rp (Hauteur maximale du pic de profil) : La hauteur du plus haut pic par rapport à la ligne moyenne.
Rv (Profondeur maximale du creux de profil) : La profondeur du creux le plus profond par rapport à la ligne moyenne.
L : Longueur d’évaluation

Importance : Ra est le paramètre le plus largement utilisé car il fournit une indication générale de la texture globale de la surface sans être excessivement influencé par les pics ou les creux extrêmes.

Applications : Convient aux pièces à usage général où une douceur modérée est acceptable.

Rz (Hauteur maximale moyenne)

Rz est la moyenne des profondeurs maximales dans cinq longueurs d’échantillonnage égales :

Rz roughness chart — Tableau de rugosité Rz

Du pic le plus haut au creux le plus bas
Du deuxième plus haut pic au deuxième plus bas creux
etc. jusqu’à la cinquième plus grande distance

Importance : Offre une représentation plus détaillée de la texture de surface en se concentrant sur les variations extrêmes.

Applications : Critique pour les surfaces d’étanchéité ou les applications où les pics et les creux ont un impact sur les performances.

Rt (Rugosité totale)

Rt est la distance verticale totale entre le plus haut pic et le plus bas creux sur la longueur d’évaluation.

Importance : Utile pour le contrôle qualité global afin de s’assurer qu’il n’existe pas d’écarts extrêmes.

Rugosité quadratique moyenne (RMS)

La RMS est la moyenne quadratique des écarts de hauteur par rapport à la ligne moyenne.

Importance : Accorde plus de poids aux écarts plus importants, ce qui la rend idéale pour l’ingénierie de précision et les applications optiques.

Comparaison des applications des indicateurs

Indicateur	Fréquence d’utilisation	Point central	Sensibilité aux valeurs aberrantes	Exemple de cas
Ra	Le plus couramment utilisé dans le monde	Écart moyen des hauteurs de surface par rapport à la ligne moyenne.	Faible	Applications générales ; largement utilisée pour les procédés d’usinage, de fonderie et de rectification.
Rz	Le plus couramment utilisé après Ra	Moyenne des profondeurs maximales de rugosité de surface sur les longueurs d’échantillonnage	Modéré	Interfaces critiques telles que les surfaces d’étanchéité, les pièces porteuses et les composants sujets à l’usure.
RMS	Moins courant mais utilisé pour les applications nécessitant de la précision	Moyenne quadratique des écarts de hauteur par rapport à la ligne moyenne.	Modéré à élevé	Ingénierie de précision, optique et applications pour lesquelles des écarts plus importants doivent être mis en évidence.
Rt	Moins couramment utilisé	Différence totale de hauteur entre le point le plus haut et le point le plus bas pour la longueur d’évaluation	Élevé	Détection des défauts de surface extrêmes ; utile pour le contrôle qualité dans les applications critiques.

Étant donné que Ra et Rz sont les indicateurs les plus couramment utilisés, les sections suivantes de cet article examinent ces systèmes de mesure.

N – Numéros de classes de rugosité (DIN ISO 1302)

A propos de Ra, il est important de mentionner la norme DIN ISO 1302 et les numéros de classes de rugositéN. Il s’agit d’un système standardisé utilisé pour classer la rugosité de surface dans les domaines de l’ingénierie et de la fabrication. Ces qualités, allant de N1 (la plus fine) à N12 (la plus rugueuse), correspondent à des valeurs Ra maximales spécifiques et sont couramment utilisés sur les dessins techniques pour spécifier les contraintes de finition de surface.

Connexion entre Ra, Rz et N

Ra – N : Comme mentionné ci-dessus, les valeurs de N1 à N12 représentent directement des valeurs Ra spécifiques.
Ra – Rz : Ils ne sont pas directement convertibles car ils mesurent des caractéristiques de surface différentes. Cependant :
- Une analyse statistique nous permet de définir une plage possible de valeurs Rz pour chaque valeur Ra.
- Pour toute valeur Ra donnée, il y a une plage de valeurs potentielles de Rz, et vice versa.
- Au fur et à mesure que la rugosité de surface augmente, la plage de valeurs de Rz devient moins précise.

Le graphique ci-dessous illustre cela :

Une surface avec un Ra de 3,2 µm peut avoir une rugosité Rz comprise entre 11,5 et 34,7 µm.
Une surface avec un Ra de 50 µm peut avoir une rugosité Rz comprise entre 156,2 et 272,6 µm.

Ra Rz roughness chart — Tableau de rugosité Ra-Rz

Qualités de rugosité de surface

Le tableau ci-dessous présente les valeurs N1 à N12, leurs valeurs Ra correspondantes et la plage statistique des valeurs Rz pour chaque Ra. Pour plus de commodité, vous pouvez également utiliser notre outil de conversion de rugosité de surface en ligne.

Classe de rugosité	Ra (µm) Unités métriques	Metrics Rz (µm) Unités métriques	Ra (µin) Unités impériales	Rz(µin) Unités impériales
N12	50	156,245-272,644	2000	6249,8-10905,7
N11	25	156,2-272,6	1000	3235,1-6484,6
N10	12,5	80,9-162,1	500	1674,6-3855,8
N9	8,3	21,8-57,7	250	873,4-2306,4
N8	3,2	11,5-34,7	125	458,9-1387,7
N7	1,6	5,9-20,6	63	237,6-825,1
N6	0,8	3,1-12,3	32	123,0-490,6
N5	0,4	1,6-7,3	16	63,7-291,7
N4	0,2	0,8-4,3	8	32,9-173,5
N3	0,1	0,4-2,6	4	17,1-103,1
N2	0,05	0,2-1,5	2	8,8-61,3
N1	0,025	0,1-0,9	1	4,6-36,5

Classes de rugosité réalisables et non réalisables avec l’usinage CNC

Le tableau ci-dessous donne un aperçu des méthodes de fabrication utilisées pour atteindre chaque classe de rugosité, les surfaces les plus courantes réalisables par usinage CNC étant mises en évidence en bleu.

Comment sélectionner la rugosité de surface la plus adaptée pour l’usinage CNC

La sélection de la rugosité de surface la plus adaptée pour l’usinage CNC est essentielle pour garantir une performance optimale, une rentabilité et une adéquation à l’application prévue. Pour faire le meilleur choix, plusieurs facteurs doivent être soigneusement pris en compte, notamment la fonctionnalité du composant, ses propriétés matérielles et la complexité de son design. Voici les considérations essentielles à prendre en compte pour vous aider à prendre votre décision :

Fonctionnalité et usage
- Il est important de tenir compte de la fonction spécifique des pièces usinées CNC, car la rugosité de surface influe directement sur leurs performances.
- Pour les composants tels que les tiges de vérins pneumatiques et les pièces optiques, des surfaces lisses sont essentielles (par exemple, 0,4 μm Ra).
- Reportez-vous au tableau comparatif pour connaître les valeurs Ra recommandées pour différentes applications.
Coût et délai de fabrication
- Les surfaces plus lisses nécessitent des temps d’usinage plus longs et augmentent les coûts de production.
- Pour les composants non critiques, une rugosité de surface de 3,2 μm Ra peut permettre de gagner du temps et de réduire les coûts.
Esthétique
- Les produits grand public gagnent à avoir des finitions lisses et brillantes, car celles-ci donnent une impression de qualité supérieure.
- Les pièces non visibles, comme les éléments du système de suspension, n’ont pas forcément besoin de finitions esthétiques, ce qui allège les contraintes de production.
Propriétés du matériau
- La rugosité de surface que l’on peut obtenir dépend du matériau.
- L’aluminium peut atteindre des valeurs Ra entre 0,1 µm et 1 µm, alors que des matériaux tels que l’acier peuvent avoir des limites plus élevées.
Géométrie de la pièce
- Les designs complexes aux géométries complexes demandent plus de temps et un équipement sophistiqué pour obtenir des valeurs Ra plus basses.
- En cas de budget et de délais limités, il est conseillé d’opter pour des finitions de surface plus rugueuses pour trouver un équilibre entre coût et faisabilité.

Commande de pièces usinées CNC

Comprendre ce qu’est la rugosité de surface est essentiel pour garantir que vos composants fonctionnent comme prévu. Que vous travailliez sur des engrenages de précision pour l’aérospatiale ou des couvercles de moteur durables pour véhicules, le bon niveau de rugosité a un impact direct sur la qualité et la fonctionnalité. Grâce à ces connaissances, vous pouvez prendre des décisions éclairées et optimiser votre prochain projet.

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Outil de conversion de rugosité Ra – Rz – N

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