Les plastiques offrent plusieurs avantages par rapport aux métaux dans les applications industrielles, notamment des propriétés légères, une résistance à la corrosion, une flexibilité de conception, une excellente isolation électrique et des coûts de traitement et de maintenance inférieurs. Alors que les plastiques techniques modifiés et hautes performances continuent d’évoluer, de nombreuses applications traditionnelles dominées par les métaux sont désormais partiellement ou totalement remplacées par les plastiques. Parmi ceux-ci, l’ABS se distingue par sa résistance mécanique, sa ténacité, sa transformabilité, son potentiel de finition de surface et sa rentabilité bien équilibrés. Il occupe une place importante au sein de la famille des plastiques, faisant office de pont entre les plastiques de base et les plastiques techniques.
Cet article explore ce qu'est le plastique ABS, ses avantages et ses défis en matière d'usinage, les applications typiques des pièces ABS et des conseils d'experts pour un usinage efficace. Continuez à lire pour en savoir plus !
Qu’est-ce que le plastique ABS ?
L'ABS (Acrylonitrile Butadiène Styrène) est un polymère thermoplastique peu coûteux, fabriqué en combinant ses trois constituants monomères : l'acrylonitrile, le butadiène et le styrène, ainsi que tout autre additif souhaité. Certaines de ses propriétés clés sont les suivantes :
Résistance à la traction : 4 300 ~ 6 200 PSI (30 ~ 43 MPa)
Allongement à la rupture : 10 % ~ 50 %
Retrait : 0,4 % ~ 0,9 %
Température maximale : 176 °F ~ 212 °F (80 °C ~ 100 °C) pour une utilisation continue
Isolation thermique : 0,14 - 0,20 W/m.K
La combinaison synergique des trois monomères de l'ABS offre la ténacité (composant B), la dureté (composant A) et la transformabilité (composant S). Les propriétés peuvent être affinées en ajustant ces ratios. Au-delà de cette flexibilité, le choix des plastiques ABS usinés pour les prototypes et les produits offre les avantages suivants :
Résiste à la rupture sous l'impact et maintient sa ténacité même à basse température.
Fournit une résistance structurelle et une résistance à l'usure stables.
Offre une isolation électrique fiable.
Tolère les acides dilués, les alcalis et les graisses.
Offre une excellente rentabilité, répondant à la plupart des exigences générales tout en étant nettement plus abordable que les plastiques hautes performances.
A une surface brillante, permet une coloration facile et permet des traitements secondaires tels que la peinture, la galvanoplastie, le revêtement sous vide, l'impression par transfert et la sérigraphie pour divers effets esthétiques.
Supports versatile forming processes, including injection molding, extrusion, 3D printing, and Usinage CNC.
Permet une modification en mélangeant avec d'autres plastiques (par exemple, alliage ABS/PC, alliage ABS/PBT) ou en ajoutant de la fibre de verre, des charges minérales, des retardateurs de flamme et des agents de renforcement pour améliorer les propriétés mécaniques, thermiques et ignifuges.
Cependant, il est important de noter que l’ABS est sensible aux températures élevées. Une exposition prolongée à la chaleur peut provoquer une déformation ou un vieillissement. Lorsqu’il est utilisé à l’extérieur, il peut se dégrader ou se décolorer avec le temps, nécessitant des stabilisants UV pour sa protection. L'ABS a également une résistance limitée à certains produits chimiques, tels que les composés aromatiques, les cétones et les esters.
Avantages de l'usinage CNC ABS
Tandis que l’ABS est souvent associé au moulage par injection et à l’impression 3D, notamment dans la production à grande échelle ou le prototypage rapide. Cependant, l'usinage CNC offre des avantages distincts dans certaines applications. Voici les principaux avantages du choix de l’ABS usiné CNC :
Il s’agit d’une méthode rentable pour produire des pièces ABS avec des géométries complexes et des tolérances serrées puisque vous n’avez pas besoin de créer de moules coûteux.
L'usinage CNC n'implique aucun processus de fusion ou de durcissement, garantissant que l'ABS conserve toutes ses propriétés mécaniques telles que la résistance et la ténacité.
L'usinage CNC produit des pièces ABS avec des surfaces lisses et des marques d'outils visibles minimes, réduisant ainsi le besoin de post-traitement. Contrairement à l'impression 3D, qui laisse souvent des lignes de couches, ou au moulage par injection, qui peut entraîner des lignes de soudure, des lignes d'écoulement ou des marques d'évier, l'usinage CNC offre une qualité et une précision de surface constantes.
Pour les petits lots ou les prototypes, l'usinage CNC de l'ABS offre des délais d'exécution plus rapides par rapport au long processus de conception et de production de moules à injection. Cela accélère les phases de développement et de test.
Les défis de l'ABS dans l'usinage CNC
Comme pour les autres plastiques usinés, deux défauts d'usinage très courants dans le plastique ABS sont la déformation et une mauvaise finition de surface.
1.La distorsion de l'ABS se produit lorsque le matériau se déforme, se plie ou se déforme pendant ou après l'usinage. Cela se produit généralement pour les raisons suivantes :
L'ABS a une température de déflexion thermique relativement faible et une mauvaise conductivité thermique. En conséquence, la chaleur peut rapidement s’accumuler sur le site d’usinage, ramollissant le matériau et provoquant sa déformation.
Par rapport aux métaux couramment usinés, les plastiques ABS subissent une dilatation thermique importante lorsqu'ils sont chauffés. Cela peut amener un machiniste inexpérimenté à retirer trop de matière, ce qui sera évident lorsque la pièce refroidira et rétrécira.
L'utilisation de vitesses de coupe, d'avances ou d'outils émoussés inappropriés peut générer une chaleur excessive et entraîner une déformation.
Un montage inadéquat peut entraîner le déplacement ou la flexion de la pièce pendant l'usinage, entraînant une distorsion.
2. Un autre défi courant lors de l'usinage CNC du plastique ABS consiste à obtenir une finition de surface de haute qualité. Comparé aux métaux ou aux matériaux plus durs, l'ABS est plus sujet aux marques d'outillage et aux lignes de broutage lors de l'usinage. Des paramètres d'usinage inappropriés ou des vibrations de l'outil exacerbent souvent ces problèmes. Ces imperfections peuvent compromettre l'intégrité des raccords ABS, entraînant des fuites potentielles, ou faire paraître les pièces ABS transparentes embrumées.
Conseils pour un usinage CNC efficace de l'ABS
Pour éviter les pièges liés à l’usinage du plastique ABS, voici quelques conseils utiles pour obtenir des résultats efficaces et de qualité :
Utilisez du plastique ABS de qualité machine
En ajustant le rapport des trois monomères, le poids moléculaire et les additifs, plusieurs qualités différentes de plastique ABS peuvent être produites. L'ABS de qualité machine est spécialement conçu pour l'usinage. Contrairement à l'ABS de qualité extrusion et de moulage par injection, qui sont optimisés pour l'écoulement à l'état fondu, l'ABS de qualité machine est formulé avec des stabilisants thermiques pour empêcher la déformation causée par la chaleur de friction pendant les processus de découpe, démontrant une faible contrainte interne, une rigidité élevée et une stabilité dimensionnelle. . Utilisez toujours de l'ABS de qualité machine lors du fraisage, tournage ou perçage pour garantir des pièces de haute précision et une finition de surface supérieure.
Utilisez des outils de coupe appropriés
Les outils conçus pour usiner des aciers à haute résistance et des alliages de titane ne constituent pas le meilleur choix pour les plastiques ABS. Lors de l'usinage de l'ABS, les outils en acier rapide (HSS) et en carbure sont les plus couramment utilisés. Il est essentiel de conserver des arêtes de coupe tranchantes pour minimiser la résistance à la coupe, réduire l'accumulation de chaleur et empêcher le ramollissement ou la fonte du matériau.
Pour des résultats optimaux, utilisez des outils avec un angle de coupe positif de 10° à 15°, un angle de dépouille de 5° à 10° et un petit rayon de bord pour faciliter une élimination efficace des copeaux et réduire la génération de chaleur. En règle générale, les outils en carbure non revêtus sont préférés pour minimiser la friction, mais dans les cas où l'adhérence est un problème, les outils dotés de revêtements à faible friction comme le TiN (nitrure de titane) ou le DLC (Diamond-Like Carbon) peuvent aider à empêcher les copeaux de coller et à améliorer la qualité de la surface.
Adaptez vos paramètres de coupe
L'ABS est sensible à la chaleur et des vitesses de coupe excessives peuvent provoquer une surchauffe localisée, provoquant un ramollissement ou une fonte du matériau. Il est généralement recommandé d'utiliser des vitesses de broche comprises entre 1 000 et 3 000 tr/min, en fonction du diamètre de l'outil et de la profondeur de coupe. En comparaison, les métaux comme l'acier ou l'aluminium peuvent tolérer des vitesses de coupe beaucoup plus élevées, allant souvent de 5 000 à 10 000 tr/min ou plus.
Des vitesses d'avance trop élevées peuvent entraîner des vibrations ou une finition de surface rugueuse, tandis que des vitesses trop faibles peuvent provoquer une friction entre l'outil et la pièce, générant un excès de chaleur. Lors de l'usinage de l'ABS, il est crucial d'équilibrer la vitesse d'avance pour éviter que le plastique ne s'étire ou ne développe des bavures. De plus, effectuer des coupes profondes en un seul passage peut augmenter la chaleur localisée, provoquant une déformation ou une fusion. Optez plutôt pour plusieurs coupes peu profondes pour contrôler efficacement l’accumulation de chaleur et maintenir la stabilité dimensionnelle.
Utilisez un liquide de refroidissement approprié
Le plastique ABS est sujet à la surchauffe et à la déformation pendant l'usinage si le liquide de refroidissement n'est pas correctement appliqué. Cependant, tous les liquides de refroidissement ne conviennent pas à l'ABS. Le matériau est sensible à certains solvants aromatiques, qui peuvent provoquer des fissures ou une dégradation de surface. Pour éviter ces problèmes, choisissez toujours des liquides de refroidissement non aromatiques et spécifiques au plastique.
Contrairement à l'usinage des métaux, qui nécessite souvent des liquides de refroidissement à base d'huile ou émulsionnés, l'ABS nécessite un refroidissement efficace à basse température en raison de son point de fusion relativement bas (environ 220°C). Les liquides de refroidissement solubles dans l’eau sont très efficaces pour l’usinage de l’ABS, car ils dissipent efficacement la chaleur tout en préservant l’intégrité du matériau.
Les liquides de refroidissement spécifiques au plastique peuvent être appliqués sous différentes formes en fonction de l'intensité de coupe. Les options incluent un jet de gaz sous pression pour un refroidissement léger, un brouillard continu pour un refroidissement modéré ou un liquide fluide pour un refroidissement intensif dans les opérations plus exigeantes.
Recuire le plastique ABS
Pour soulager les contraintes internes et améliorer la stabilité dimensionnelle, pensez à recuire le plastique ABS avant l'usinage. Le recuit consiste à chauffer progressivement le matériau dans un four de traitement thermique, à le maintenir à la température appropriée, puis à le refroidir lentement.
Ce processus contrôlé garantit que les contraintes internes sont uniformément soulagées, améliorant ainsi l'usinabilité et la stabilité du matériau. Il est particulièrement avantageux pour les pièces aux géométries complexes ou aux parois minces, car il réduit le risque de fissuration ou de déformation pendant l’usinage.
Applications courantes des pièces ABS usinées CNC
L'ABS est populaire pour les applications qui nécessitent un plastique solide et stable avec une capacité de formage facile. L'usinage CNC offre des avantages uniques pour les pièces personnalisées à faible volume, de haute précision. Voici quelques applications typiques de l’ABS usiné CNC :
Boîtiers et boîtiers personnalisés : L'ABS est fréquemment utilisé pour fabriquer des boîtiers électroniques personnalisés, des boîtiers d'instruments et des boîtiers de protection qui exigent des dimensions exactes et des performances fiables.
Composants automobiles : dans l'industrie automobile, l'ABS est usiné pour produire des pièces de garniture intérieure, des composants de tableau de bord et des raccords spécialisés nécessitant des finitions précises et de haute qualité.
Accessoires de produits de consommation : l'ABS est utilisé pour fabriquer des accessoires de consommation personnalisés tels que des pièces d'écouteurs, des supports et d'autres gadgets spécialisés .
Jouets : la finition lisse de l'ABS en fait un matériau privilégié pour les jouets, notamment les figurines d'action, les pièces de jeux de société et les puzzles. Un exemple bien connu est celui des briques LEGO, qui sont fabriquées en ABS en raison de leur durabilité et de leur usinabilité précise.
Prototypage médical : l'ABS est un matériau de choix pour le prototypage de dispositifs médicaux, y compris les supports, fixations et boîtiers personnalisés pour les instruments et outils médicaux.
Jigages et fixations : pour les opérations de fabrication, l'ABS est utilisé pour créer des gabarits, des fixations et des outils d'outillage durables qui facilitent les processus d'assemblage et de production.
Modèles éducatifs : L'ABS usiné CNC est souvent utilisé pour les modèles éducatifs et les outils de démonstration, apprécié pour sa facilité d'usinage et sa durabilité dans les environnements d'apprentissage interactifs.
Production en faible volume : Pour les séries de production en petits lots, l'ABS constitue une solution rentable là où la création de moules pour le moulage par injection serait peu pratique ou trop coûteuse.
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