Quel type de lubrifiant utiliser pour l’usinage des alliages de magnésium ?

Il faut utiliser un lubrifiant non aqueux, sans eau, adapté à l’usinage du magnésium. Les lubrifiants à base d’huile minérale ou synthétique sont adaptés. Les lubrifiants aqueux (émulsions, solutions) sont interdits, car ils augmentent le risque d’incendie des copeaux.

Comment éteindre un incendie de copeaux de magnésium ?

Il ne faut pas utiliser d’eau, de CO₂ ou de poudre ABC. Il faut utiliser des extincteurs à poudre spéciale pour magnésium (poudre D) ou du sable sec. Les systèmes d’extinction intégrés aux machines Gree CNC sont adaptés à l’extinction des incendies de magnésium.

Quelle est la durée de vie des outils pour l’usinage des alliages de magnésium ?

La durée de vie des outils est très longue par rapport à d’autres matériaux. Les outils en carbure cémenté peuvent durer plusieurs centaines de pièces avant de nécessiter un remplacement, selon les paramètres d’usinage et la qualité de l’alliage.

Est-il possible de recycler les copeaux de magnésium ?

Oui, les copeaux de magnésium sont recyclables. Il faut les stocker dans des récipients étanches, à l’abri de l’humidité et de la chaleur, pour éviter tout risque d’incendie. Les copeaux de magnésium peuvent être fondus et réutilisés pour produire de nouveaux alliages.

Guide des matériaux

Usinage des alliages de magnésium : propriétés, paramètres et sécurité

Ce qu’est ce matériau : propriétés clés pour l’usinage

Les alliages de magnésium sont des matériaux légers, composés principalement de magnésium (élément le plus léger des métaux structuraux) et d’additifs comme l’aluminium, le zinc ou le manganèse. Pour l’usinage, trois propriétés dominent leur comportement :

Densité exceptionnellement faible : 1,74 g/cm³, soit 35 % de la densité de l’aluminium et 25 % de celle de l’acier. Cette propriété est recherchée pour les applications où la réduction de poids est critique : aéronautique, automobile, électronique grand public ou équipements sportifs.
Usinabilité excellente : Les alliages de magnésium se classent parmi les matériaux les plus faciles à usiner, avec une résistance à la déformation plastique faible et une capacité à former des copeaux courtes et faciles à évacuer.
Risque d’incendie des copeaux : Le magnésium est un métal réactif. Les copeaux fins, chauds et dispersés peuvent s’enflammer spontanément au contact de l’air ou de l’humidité, et leur combustion est difficile à éteindre (l’eau aggrave la réaction, produisant de l’hydrogène inflammable).

Les alliages couramment usinés incluent l’AZ91D (le plus répandu, pour pièces moulées ou usinées), l’AZ31B (pour applications structurelles) et l’AM60B (pour pièces de sécurité automobile).

Comment il se comporte sous l’outil

L’usinage des alliages de magnésium se distingue par des conditions de coupe très favorables, mais avec des spécificités liées à leur réactivité :

Forces de coupe

Les forces de coupe sont très faibles : environ 30 à 50 % de celles nécessaires pour usiner l’aluminium, et 10 à 20 % de celles de l’acier. Cette caractéristique permet d’utiliser des outils plus petits, des vitesses de rotation plus élevées et de réduire l’usure des machines.

Chaleur générée

Contrairement à la plupart des matériaux, la chaleur générée par la coupe est majoritairement évacuée par les copeaux (environ 80 % de la chaleur produite). La chaleur restante se répartit entre l’outil (10 %) et la pièce (10 %). Cette répartition réduit le risque de déformation thermique de la pièce, mais augmente la température des copeaux, amplifiant leur risque d’incendie.

Formation des copeaux

Les alliages de magnésium forment des copeaux courtes et cassants dans la plupart des conditions de coupe, ce qui facilite leur évacuation. Cependant, à des vitesses trop faibles ou des profondeurs de coupe trop importantes, des copeaux longs et enchevêtrés peuvent se former, augmentant le risque de blocage et d’incendie.

Mécanismes d’usure des outils

L’usure des outils est très faible par rapport à d’autres matériaux. Les mécanismes dominants sont :

Usure par abrasion : causée par les particules dures présentes dans les alliages (par exemple des oxydes de magnésium).
Adhésion : du magnésium peut se déposer sur l’arête de coupe de l’outil, modifiant sa géométrie et réduisant la qualité de la surface usinée.
Fissuration thermique : rare, mais possible si la température de coupe devient trop élevée ou si des changements de température sont trop brutaux.

Paramètres pratiques : vitesses, avances et géométrie des outils

Les paramètres d’usinage des alliages de magnésium sont adaptés à leur usinabilité excellente et à leur risque d’incendie. Les plages ci-dessous sont valables pour les alliages courants (AZ91D, AZ31B, AM60B) et les outils en carbure cémenté (le matériau d’outil le plus utilisé pour ce type d’usinage) :

Vitesse de coupe (Vc)

Plage : 150 à 1000 m/min
Raisonnement : Les vitesses élevées sont possibles grâce aux forces de coupe faibles et à l’évacuation efficace de la chaleur par les copeaux. Des vitesses supérieures à 1000 m/min sont techniquement réalisables, mais augmentent la température des copeaux et le risque d’incendie.
Compromis : Pour des pièces de grande taille ou des opérations de finition, on privilégie des vitesses entre 300 et 600 m/min pour réduire le risque d’incendie sans perdre en productivité. Pour des opérations de débitage ou de défonçage de petites pièces, des vitesses jusqu’à 1000 m/min peuvent être utilisées avec des mesures de sécurité adaptées.

Avance par dent (fz)

Plage : 0,05 à 0,5 mm/dent
Raisonnement : Des avances élevées permettent de former des copeaux plus épais, moins susceptibles de s’enflammer (les copeaux fins ont une surface spécifique plus grande et s’enflamment plus facilement).
Compromis : Pour des opérations de finition nécessitant une qualité de surface élevée, on réduit l’avance à 0,05 à 0,1 mm/dent. Pour des opérations de défonçage, des avances entre 0,2 et 0,5 mm/dent sont préférées pour produire des copeaux épais et réduire le risque d’incendie.

Profondeur de coupe (ap)

Plage : 0,5 à 5 mm
Raisonnement : Des profondeurs de coupe importantes sont possibles grâce aux forces de coupe faibles. Des profondeurs supérieures à 5 mm augmentent la charge sur l’outil et la machine, sans gain significatif de productivité.

Géométrie des outils

Angle de coupe (γ) : Positif, entre 10 et 20 degrés. Un angle de coupe positif réduit les forces de coupe et facilite la formation des copeaux.
Angle de dépouille (α) : Entre 5 et 10 degrés. Un angle de dépouille suffisant réduit l’usure de l’outil et évite l’adhésion du magnésium.
Rayon de l’arête de coupe : Entre 0,02 et 0,1 mm. Un rayon trop petit augmente le risque d’écaillage de l’outil ; un rayon trop grand augmente les forces de coupe.

Adaptation aux machines Gree CNC

Les machines Gree CNC sont adaptées à l’usinage des alliages de magnésium selon leur spécificité :

Pour des opérations de défonçage de petites pièces nécessitant des vitesses élevées (jusqu’à 1000 m/min), les centres d’usinage verticaux à broche électrique haute vitesse comme le GA-DV750 (vitesse maximale de 30000 tr/min) ou le centre de perçage-taraudage GA-VT445 sont adaptés.
Pour des opérations de finition nécessitant une précision élevée, le centre d’usinage 5 axes haute précision GA-UHD500 (précision de positionnement de 0,006 mm) est adapté.
Pour des pièces de grande taille ou des opérations de défonçage de grande envergure, les centres d’usinage à portique comme le GA-GF2517 ou le GA-GF4028 sont adaptés.

Ce qui peut mal se passer : modes de défaillance, reconnaissance et solutions

Plusieurs problèmes peuvent survenir lors de l’usinage des alliages de magnésium. Voici les plus courants :

Incendie des copeaux

Reconnaissance : Des étincelles, une flamme bleue ou blanche, une fumée dense.
Causes : Vitesses de coupe trop élevées, avances trop faibles (produisant des copeaux fins), accumulation de copeaux dans la machine, manque de lubrification adaptée.
Solutions : Réduire la vitesse de coupe, augmenter l’avance par dent, utiliser un système de lubrification à haute pression pour évacuer les copeaux, installer un système de détection et d’extinction d’incendie adapté au magnésium.

Déformation de la pièce

Reconnaissance : Dimensions de la pièce hors tolérance, déformation visible après usinage.
Causes : Contraintes résiduelles dans la pièce, déformation thermique, serrage trop important.
Solutions : Réduire les contraintes résiduelles par un traitement thermique avant usinage, utiliser des vitesses de coupe modérées pour réduire la température de la pièce, adapter le serrage pour éviter la déformation.

Adhésion du magnésium sur l’outil

Reconnaissance : Qualité de surface de la pièce dégradée, vibrations pendant l’usinage, usure anormale de l’outil.
Causes : Température de coupe trop élevée, manque de lubrification, géométrie de l’outil inadaptée.
Solutions : Réduire la vitesse de coupe, utiliser une lubrification adaptée (lubrifiants non aqueux, sans eau), changer l’outil pour un outil avec un angle de dépouille plus important ou un revêtement anti-adhésif.

Blocage des copeaux

Reconnaissance : Augmentation des forces de coupe, vibrations, arrêt de la machine par surcharge.
Causes : Formation de copeaux longs et enchevêtrés, manque d’évacuation des copeaux.
Solutions : Augmenter l’avance par dent pour former des copeaux plus courts, utiliser un système d’évacuation des copeaux à haute pression, adapter la géométrie de l’outil pour favoriser la formation de copeaux courts.

Limites honnêtes : où ce matériau ou ce processus est un mauvais choix

L’usinage des alliages de magnésium n’est pas adapté à toutes les applications. Voici les cas où il est préférable de choisir un autre matériau ou un autre processus :

Applications nécessitant une résistance à la corrosion élevée : Les alliages de magnésium sont très sensibles à la corrosion, en particulier dans des environnements humides ou salins. Des traitements de surface (anodisation, peinture) sont nécessaires pour améliorer leur résistance à la corrosion, ce qui augmente le coût et la complexité du processus.
Applications nécessitant une résistance à la température élevée : Les alliages de magnésium perdent leur résistance mécanique à des températures supérieures à 120 °C. Pour des applications nécessitant une résistance à la température supérieure à cette valeur, des alliages d’aluminium ou de titane sont préférés.
Petites séries ou pièces de faible valeur : Les mesures de sécurité nécessaires pour l’usinage des alliages de magnésium (système d’extinction d’incendie, lubrification adaptée, formation du personnel) augmentent le coût de production. Pour des petites séries ou des pièces de faible valeur, le coût supplémentaire n’est pas justifié.
Usinage sans équipement de sécurité adapté : Le risque d’incendie des copeaux rend l’usinage des alliages de magnésium dangereux si l’équipement de sécurité nécessaire n’est pas disponible. Dans ce cas, il est préférable de choisir un autre matériau.

Tableau des paramètres et de dépannage

Opération	Vitesse de coupe (m/min)	Avance par dent (mm/dent)	Profondeur de coupe (mm)	Problème courant	Solution
Défonçage	300–600	0,2–0,5	1–5	Incendie des copeaux	Réduire la vitesse, augmenter l’avance, améliorer l’évacuation des copeaux
Finition	150–300	0,05–0,1	0,5–2	Adhésion du magnésium	Utiliser un lubrifiant adapté, réduire la vitesse de coupe
Perçage	200–400	0,1–0,3	Profondeur du trou	Blocage des copeaux	Augmenter l’avance, utiliser un foret avec des goujures larges
Taraudage	100–200	0,05–0,1	Pas du taraud	Casser le taraud	Réduire la vitesse, utiliser un taraud avec un revêtement anti-adhésif

Checklist pratique pour la mise en place du travail

Avant de commencer l’usinage des alliages de magnésium, vérifiez les points suivants :

Sécurité incendie :
- Vérifiez que le système de détection d’incendie de la machine est fonctionnel et adapté au magnésium.
- Vérifiez que le système d’extinction d’incendie (extincteurs à poudre spéciale pour magnésium, système d’extinction intégré) est disponible et fonctionnel.
- Assurez-vous que le personnel a été formé à la sécurité incendie pour l’usinage du magnésium.
Lubrification :
- Utilisez un lubrifiant non aqueux, sans eau, adapté à l’usinage du magnésium.
- Vérifiez que le système de lubrification à haute pression est fonctionnel pour évacuer les copeaux.
Outil et machine :
- Vérifiez que l’outil est en bon état, avec une géométrie adaptée (angle de coupe positif, angle de dépouille suffisant).
- Vérifiez que la machine est adaptée à l’opération (vitesse de rotation suffisante, puissance suffisante).
Pièce et serrage :
- Vérifiez que la pièce a été traitée thermiquement pour réduire les contraintes résiduelles.
- Adaptez le serrage pour éviter la déformation de la pièce.
Paramètres d’usinage :
- Définissez les paramètres de vitesse, d’avance et de profondeur de coupe adaptés à l’opération et à l’alliage.
- Testez les paramètres sur une pièce de test avant de commencer la production.

FAQ

Est-il possible d’usiner des alliages de magnésium sur une machine CNC standard ? Oui, mais avec des adaptations. Il faut que la machine dispose d’un système de détection et d’extinction d’incendie adapté au magnésium, d’un système de lubrification à haute pression pour évacuer les copeaux et d’une vitesse de rotation suffisante. Les machines Gree CNC comme le GA-DV750 ou le GA-MV856 peuvent être adaptées pour l’usinage des alliages de magnésium.
Quel type de lubrifiant utiliser pour l’usinage des alliages de magnésium ? Il faut utiliser un lubrifiant non aqueux, sans eau, adapté à l’usinage du magnésium. Les lubrifiants à base d’huile minérale ou synthétique sont adaptés. Les lubrifiants aqueux (émulsions, solutions) sont interdits, car ils augmentent le risque d’incendie des copeaux.
Comment éteindre un incendie de copeaux de magnésium ? Il ne faut pas utiliser d’eau, de CO₂ ou de poudre ABC. Il faut utiliser des extincteurs à poudre spéciale pour magnésium (poudre D) ou du sable sec. Les systèmes d’extinction intégrés aux machines Gree CNC sont adaptés à l’extinction des incendies de magnésium.
Quelle est la durée de vie des outils pour l’usinage des alliages de magnésium ? La durée de vie des outils est très longue par rapport à d’autres matériaux. Les outils en carbure cémenté peuvent durer plusieurs centaines de pièces avant de nécessiter un remplacement, selon les paramètres d’usinage et la qualité de l’alliage.
Est-il possible de recycler les copeaux de magnésium ? Oui, les copeaux de magnésium sont recyclables. Il faut les stocker dans des récipients étanches, à l’abri de l’humidité et de la chaleur, pour éviter tout risque d’incendie. Les copeaux de magnésium peuvent être fondus et réutilisés pour produire de nouveaux alliages.

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