Tout savoir sur l’usinage de l’aluminium

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Pourquoi l’aluminium est-il autant usiné ?

L’aluminium combine trois propriétés qui intéressent l’usinage : une faible densité, une bonne usinabilité et une résistance naturelle à la corrosion. Sa densité, environ 2,7 g/cm³, est près de trois fois inférieure à celle de l’acier. Sa faible dureté autorise des vitesses de coupe élevées, donc des temps de cycle courts. Ces caractéristiques expliquent sa présence dans les pièces mécaniques embarquées, où chaque gramme compte.

Les propriétés qui comptent en atelier

La légèreté est le premier motif de choix. À géométrie égale, une pièce en aluminium pèse environ trois fois moins qu’une pièce en acier ou en inox.

La tenue à la corrosion vient d’une couche d’oxyde qui se forme spontanément à l’air et protège le métal. Cette protection suffit à beaucoup d’applications, ce qui évite un revêtement systématique. Elle ne dispense pas d’un traitement dans les milieux agressifs, ni sur les alliages chargés en cuivre.

L’aluminium se recycle sans perte de ses propriétés mécaniques, ce qui pèse de plus en plus dans les arbitrages matière.

Enfin, les nuances peu alliées conduisent bien la chaleur et l’électricité. C’est ce qui les destine aux pièces de connexion et aux dissipateurs.

Sous quelles formes l’aluminium arrive-t-il en atelier ?

La forme de livraison détermine le procédé, avant même la nuance.

• Barres rondes ou profilées : matière première du décolletage, alimentée en continu par un embarreur.
• Plaques et blocs : usinés en fraisage sur centre d’usinage.
• Tubes et profilés filés : reprise en tournage ou en fraisage selon la géométrie.
• Pièces moulées : mises en forme par coulée, puis reprises en usinage sur les portées fonctionnelles.

À retenir sur la matière

• L’aluminium est retenu pour sa légèreté, sa vitesse d’usinage et sa tenue naturelle à la corrosion.
• Sa densité, environ 2,7 g/cm³, est près de trois fois inférieure à celle de l’acier.
• La forme de livraison, barre ou plaque, oriente le procédé avant le choix de la nuance.

Quels alliages d’aluminium sont utilisés en usinage ?

Une nuance d’aluminium se lit en deux temps : la famille de transformation, puis la série. Les alliages destinés à être laminés, filés ou étirés sont dits corroyés. Ils portent un code à quatre chiffres précédé de EN AW, défini par la norme EN 573-1. Les alliages destinés à la fonderie sont dits moulés. Ils portent un code à cinq chiffres précédé de EN AC, défini par la norme EN 1706.

Alliages corroyés et alliages moulés : deux familles distinctes

Les alliages corroyés arrivent en atelier sous forme de barres, de tubes, de profilés, de plaques ou de tôles. Ce sont eux que l’on retrouve en décolletage, en tournage et en fraisage de pièces mécaniques. Les nuances 2017A, 5083 et 5754 appartiennent à cette famille.

Les alliages moulés arrivent sous forme de pièces déjà mises en forme par coulée. Ils contiennent généralement beaucoup de silicium, ce qui améliore la coulabilité mais rend la matière abrasive. L’usure des outils s’accélère. Les nuances fortement chargées en silicium demandent un outillage adapté, souvent en diamant polycristallin.

Confondre les deux familles conduit à des erreurs de gamme. Une nuance corroyée ne se coule pas, une nuance de fonderie ne s’étire pas en barre pour le décolletage.

Que signifient les quatre chiffres d’une nuance corroyée ?

Le premier chiffre désigne l’élément d’alliage principal et détermine la série. Le deuxième indique une variante de composition. Les deux derniers servent à identifier la nuance. Exception : dans la série 1000, ils donnent la teneur en aluminium. Le 1050 contient au minimum 99,50 % d’aluminium.

Huit séries existent pour les produits corroyés. Six concernent réellement l’usinage de pièces mécaniques.

Série	Élément d’alliage principal	Mode de durcissement	Usinabilité	Usages courants
1000	aucun, aluminium ≥ 99 %	écrouissage	faible, copeau long et collant	conductivité électrique et thermique
2000	cuivre	traitement thermique	élevée, copeau court	pièces mécaniques résistantes, aéronautique
3000	manganèse	écrouissage	faible	tôlerie, échangeurs
5000	magnésium	écrouissage	moyenne, copeau collant	milieux corrosifs, ensembles soudés
6000	magnésium et silicium	traitement thermique	bonne	profilés, pièces soudées ou anodisées
7000	zinc	traitement thermique	élevée	structures fortement sollicitées

Les séries 2000 et 7000 s’usinent le mieux. Plus dures et moins ductiles que les autres, elles produisent un copeau qui se rompt facilement. La série 6000 se situe juste derrière. Les séries 1000, 3000 et 5000, plus ductiles, forment un copeau long qui adhère à l’outil.

Qu’est-ce qu’une nuance d’aluminium de décolletage ?

Une nuance de décolletage est un alliage dont la composition a été ajustée pour fragmenter le copeau. Des éléments insolubles, plomb ou bismuth, sont ajoutés en faible quantité. Ils créent des points de rupture dans le copeau. Le copeau se casse en éclats courts au lieu de s’enrouler autour de la pièce. La production reste continue, sans arrêt machine pour dégager un copeau enroulé.

Les nuances les plus répandues sont le 2011 et le 6262. Le 2011 a progressivement remplacé le 2030 et le 2007 pour des raisons environnementales. Le 6262 combine cette usinabilité avec la tenue à la corrosion et l’aptitude à l’anodisation de la série 6000.

Le plomb présent dans certaines de ces nuances peut être rédhibitoire sur des applications soumises à des restrictions de substances. Le point se vérifie à la conception, pas à la commande de matière.

À retenir sur les alliages

• Les alliages corroyés relèvent de la norme EN 573 et portent le préfixe EN AW, les alliages moulés relèvent de la norme EN 1706 et portent le préfixe EN AC.
• Les nuances 2017A, 5083 et 5754 sont des alliages corroyés, pas des alliages de fonderie.
• Les séries 2000 et 7000 offrent la meilleure usinabilité, les séries 1000, 3000 et 5000 les plus délicates.
• Les nuances de décolletage comme le 2011 et le 6262 contiennent du plomb ou du bismuth pour casser le copeau.

Quelles techniques d’usinage pour l’aluminium ?

Trois procédés couvrent la quasi-totalité des pièces mécaniques en aluminium : le décolletage, le tournage et le fraisage. C’est la géométrie de la pièce qui décide, pas la matière. Une pièce de révolution produite en série part en décolletage, une pièce de révolution plus grosse en tournage, une pièce prismatique en fraisage.

Le décolletage de l’aluminium

Le décolletage usine des pièces de révolution en continu à partir d’une barre. Il vise les petites dimensions produites en série, avec une géométrie tenue d’une pièce à l’autre. Sur le parc Fidemeca, les tours à poupée mobile traitent de Ø1 à Ø38 mm, les tours à poupée fixe de Ø4 à Ø65 mm.

L’aluminium s’y prête bien, à condition de maîtriser le copeau. C’est là que les nuances de décolletage prennent tout leur intérêt. L’offre correspondante est présentée sur la page décolletage aluminium, et le procédé sur la page décolletage de précision.

Le tournage de précision de l’aluminium

Le tournage de précision prend le relais au-delà des capacités du décolletage, de Ø65 à Ø350 mm. Il traite des pièces de révolution simples à complexes, en petites comme en moyennes séries, à partir d’un lopin ou d’une pièce préformée.

Le fraisage de l’aluminium

Le fraisage de précision traite les pièces prismatiques et les géométries qu’un tour ne peut pas produire : poches, faces inclinées, perçages hors axe. Les centres d’usinage du parc couvrent jusqu’à 400 mm au cube, avec deux centres 5 axes pour les formes complexes. Les vitesses de coupe élevées permises par l’aluminium en font une matière productive en fraisage, tant que l’évacuation du copeau suit.

À retenir sur les procédés

• Le décolletage produit les pièces de révolution en série, de Ø1 à Ø65 mm selon le type de tour.
• Le tournage de précision prend le relais de Ø65 à Ø350 mm.
• Le fraisage traite les pièces prismatiques jusqu’à 400 mm au cube, en 5 axes si la géométrie l’impose.

Quelles difficultés pose l’usinage de l’aluminium ?

Trois problèmes reviennent : l’adhésion de la matière sur l’outil, la déformation de la pièce après usinage, et l’évacuation d’un copeau volumineux. Aucun n’est propre à une nuance en particulier, mais chacun s’aggrave sur certaines séries et sur certaines géométries.

Pourquoi l’aluminium colle-t-il à l’outil de coupe ?

Un alliage trop malléable s’amalgame sur l’arête de coupe et forme un dépôt appelé arête rapportée. Ce dépôt modifie la géométrie de l’outil, dégrade l’état de surface et finit par se détacher en emportant une partie du tranchant.

Le phénomène s’observe surtout sur les séries tendres, en tête desquelles la série 5000. Il se combat d’abord par la géométrie de l’outil : arête vive et polie, angle de coupe positif. Une lubrification abondante et une vitesse de coupe suffisante complètent la parade.

Pourquoi une pièce en aluminium se déforme-t-elle après usinage ?

Une barre ou une plaque d’aluminium contient des contraintes résiduelles héritées du filage, du laminage et du traitement thermique. L’usinage retire de la matière et rompt cet équilibre : la pièce se détend et bouge, parfois de plusieurs centièmes.

Le phénomène touche surtout les pièces à parois minces, les pièces longues et les nuances à haute résistance de la série 2000. Trois leviers le limitent :

• équilibrer l’enlèvement de matière entre les faces ;
• prévoir une passe de finition après stabilisation ;
• discuter la géométrie avec le bureau d’études avant de figer le plan.

Une nervure ajoutée à la conception coûte moins cher qu’une reprise en série.

Comment obtenir un bon état de surface sur l’aluminium ?

Un bon état de surface sur l’aluminium repose sur la stabilité de l’arête de coupe. Les outils sont polis, à angle de coupe positif, et souvent revêtus pour limiter l’adhésion. La lubrification joue un double rôle : elle évacue la chaleur et empêche le copeau de souder sur le tranchant.

Le copeau occupe aussi un volume important. Sur une pièce à cavités profondes, il faut prévoir son dégagement, sous peine de le réusiner et de rayer la surface finie.

À retenir sur la mise en œuvre

• L’arête rapportée, et non la dureté, est la principale difficulté de l’usinage de l’aluminium.
• Les contraintes résiduelles déforment les pièces minces et les pièces longues, surtout en série 2000.
• Le volume de copeau impose de penser son évacuation dès la conception de la gamme.

Dans quels secteurs l’aluminium usiné est-il utilisé ?

L’aluminium est retenu quand la légèreté compte autant que la tenue mécanique. Chez Fidemeca, quatre secteurs concentrent les pièces en aluminium.

• Aéronautique : bornes de connexion en aluminium, produites en tournage et fraisage. Voir la réalisation bornes de connexion en aluminium et la page usinage aéronautique.
• Vélo et mobilité : galets de dérailleurs, moyeux, pieds de montage de roue. Voir la page vélo et mobilité.
• Machines industrielles : corps de pièces, boîtiers, composants d’équipements.
• Connectique et raccords : connecteurs et corps de raccords en série.

Les autres secteurs adressés par Fidemeca travaillent surtout d’autres matières : inox, titane, acier, alliages cuivreux. C’est le cas du médical, de la défense, de l’énergie et du ferroviaire.

Préparer une pièce en aluminium avant de lancer la série

L’usinage de l’aluminium se joue moins sur le procédé que sur le couple alliage et conditions de coupe. Une nuance mal choisie se paie en état de surface, en usure d’outil et en reprises. Ce choix se fait à la conception, pas en atelier.

Une pièce en aluminium à produire, en prototype ou en série ? Présentez votre cahier des charges à Fidemeca pour valider la nuance, le procédé et la faisabilité. L’usinage aluminium s’inscrit dans une offre plus large d’usinage de précision.

Présenter votre cahier des charges

Questions fréquentes sur l’usinage de l’aluminium

Faut-il un traitement de surface après usinage de l’aluminium ?

Cela dépend de la nuance et de l’environnement de la pièce. L’aluminium forme spontanément une couche d’oxyde qui le protège, ce qui suffit à de nombreuses applications en intérieur. La série 2000, chargée en cuivre, résiste moins bien à la corrosion que les séries 5000 et 6000. Ces pièces demandent le plus souvent une anodisation ou un revêtement. L’anodisation est également retenue pour des raisons fonctionnelles, quand la pièce doit gagner en dureté de surface ou recevoir une teinte. Fidemeca pilote et suit ces traitements auprès de partenaires qualifiés, dans le prolongement de l’usinage. Le besoin se qualifie au moment du choix de la nuance, car certaines séries s’anodisent mieux que d’autres.

Aluminium ou inox : lequel choisir pour une pièce usinée ?

L’aluminium l’emporte quand la masse compte. Sa densité est environ trois fois inférieure à celle de l’inox. Il s’usine aussi nettement plus vite, ce qui réduit le temps de cycle. L’inox l’emporte sur la tenue mécanique, la résistance à la température et la dureté de surface. Il tient aussi mieux la corrosion en milieu agressif ou en contact alimentaire et médical. Le raisonnement porte donc sur la fonction. Une pièce embarquée peu sollicitée penche vers l’aluminium. Une pièce sous contrainte, exposée ou implantable penche vers l’inox. Pour une comparaison élargie aux autres matières, voir l’article sur les matériaux et usinage CNC.