Le S355 est un acier de construction largement utilisé dans les machines industrielles, les charpentes métalliques et les grands assemblages soudés. Il offre une limite d'élasticité relativement élevée tout en conservant un bon équilibre entre la résistance aux chocs, la soudabilité et le coût de fabrication. Parmi ses applications courantes, on peut citer les socles de machines, les plaques de fixation, les supports porteurs, les éléments de liaison et les grandes charpentes, dont beaucoup exigent une grande précision. Usinage de l'acier S355 après une opération de découpe ou de soudage.
Cependant, le S355 n’est pas un matériau unique aux propriétés totalement fixes. Différents suffixes indiquent des exigences spécifiques en matière de résistance aux chocs ou des conditions de livraison, tandis que l’épaisseur du matériau influe également sur la limite d’élasticité minimale garantie. C’est pourquoi le choix du matériau, la conception structurelle et Procédé d'usinage CNC La planification doit tenir compte de la nuance exacte du S355, de son épaisseur et de ses conditions de livraison, plutôt que de se fonder uniquement sur sa désignation générale.
Qu'est-ce que l'acier S355 ?
Le S355 est une nuance d'acier de construction définie dans la norme européenne EN 10025 système standard.
- S signifie « acier de construction ».
- 355 indique une limite d'élasticité minimale d'environ 355 MPa dans la plage d'épaisseurs spécifiée.
Le S355 est généralement classé parmi les aciers de construction au carbone et au manganèse. Les normes qui le régissent définissent principalement la limite d'élasticité minimale, la résistance à la traction, la ductilité et la ténacité à l'impact requises pour chaque nuance. Plutôt que de s'appuyer sur une dureté élevée pour assurer sa capacité de charge, le S355 utilise une composition chimique contrôlée, des procédés de laminage et une microstructure spécifiques afin d'équilibrer résistance, ténacité et soudabilité.
Il est important de comprendre que 355 MPa ne correspond pas à une limite d'élasticité fixe pour toutes les épaisseurs. Pour certaines tôles S355, la limite d'élasticité minimale peut être de 355 MPa pour des épaisseurs allant jusqu'à 16 mm, puis diminuer à 345 MPa entre 16 et 40 mm, et encore baisser à 335 MPa entre 40 et 63 mm. Il convient de toujours vérifier la norme applicable au produit et le certificat de matériau pour connaître les exigences réelles.
Composition chimique de l'acier S355
Le S355 est principalement à base de fer, avec des teneurs contrôlées en carbone, manganèse, silicium et éléments résiduels, utilisées pour obtenir les performances requises. Les limites chimiques varient en fonction de la nuance, de l'épaisseur et de l'état de livraison. Les valeurs suivantes donnent un aperçu général de la composition habituelle et du rôle de chaque élément.
| Élément | Plage de régulation type | Effet principal sur les propriétés des matériaux |
|---|---|---|
| Carbone, C | En règle générale, pas plus de 0,20%–0,24% | Augmente la résistance mécanique et la dureté, mais un excès de carbone réduit la soudabilité et la ténacité |
| Manganèse, Mn | En règle générale, pas plus de 1,60% | Améliore la résistance, la ténacité et la stabilité microstructurale |
| Silicium, Si | En règle générale, pas plus de 0,55% | Utilisé pour la désoxydation et apporte un certain renforcement par solution solide |
| Phosphore, P | En règle générale, pas plus de 0,025%–0,035% | Un excès de phosphore réduit la ductilité et la ténacité à basse température |
| Soufre, S | En règle générale, pas plus de 0,025%–0,035% | Une teneur excessive en soufre peut accroître le risque de rupture à chaud et de fissuration |
| Cuivre, Cu | Pas plus de 0,551 TP3T dans certaines nuances | Peut apporter une amélioration limitée de la résistance à la corrosion atmosphérique |
| Azote, N | Pas plus de 0,0121 TP3T dans certaines nuances | Il convient de le contrôler afin de limiter ses effets néfastes sur le vieillissement et la résistance mécanique |
Certaines nuances S355 à grain fin contiennent également de faibles quantités de niobium, de vanadium ou de titane. Ces éléments de micro-alliage affinent la structure granulaire ou forment de fins précipités, ce qui améliore la résistance et la ténacité sans nécessiter d'augmentation excessive de la teneur en carbone.
La composition chimique réelle doit toujours être évaluée en fonction de la nuance spécifique, telle que S355JR, S355J2, S355N ou S355M.
Pourquoi le S355 est-il si répandu ?
Le principal atout du S355 réside dans ses performances globales équilibrées.
Par rapport aux aciers de construction de résistance inférieure, le S355 peut supporter des charges plus élevées, ce qui permet aux concepteurs de réduire certaines dimensions de section ou d'augmenter la capacité de charge d'un composant. Comparé aux aciers trempés et aux aciers fortement alliés, il offre une meilleure soudabilité, une meilleure formabilité et une meilleure rentabilité de fabrication.
Le S355 est particulièrement adapté à :
- Socles de machines et plates-formes de montage
- Supports robustes et plaques de fixation porteuses
- Ponts et charpentes métalliques
- Équipements de levage et systèmes de convoyage
- Grands châssis soudés
- Pièces en tôle épaisse nécessitant des surfaces de montage et des alésages usinés avec précision
Ces applications exigent que le matériau résiste à des charges statiques tout en restant adapté au soudage, à la découpe, au perçage, au fraisage et à l'assemblage. Dans de tels cas, l'équilibre des propriétés du S355 s'avère souvent plus précieux qu'une simple dureté élevée.
Nuances courantes de l'acier S355
S355JR
La norme S355JR exige une énergie de choc Charpy avec entaille en V minimale de 27 J à 20 °C. Il est couramment utilisé pour la construction de structures, de châssis d'équipements, de supports divers et de composants mécaniques fonctionnant à des températures ambiantes normales.
S355J0
La norme S355J0 exige une énergie d'impact minimale de 27 J à 0 °C. Comparé au S355JR, il est mieux adapté aux équipements d'extérieur et aux applications structurelles exposées à des températures modérément plus basses.
S355J2
La norme S355J2 exige une énergie d'impact minimale de 27 J à −20 °C. Il convient aux environnements à basse température, aux structures soudées lourdes et aux composants pour lesquels la résistance à la rupture fragile revêt une importance particulière.
S355K2
La norme S355K2 exige une énergie d'impact minimale de 40 J à −20 °C. Ses exigences en matière de résistance aux chocs à basse température sont supérieures à celles du S355J2, ce qui le rend adapté aux structures porteuses critiques et aux conditions de choc plus exigeantes.
S355N et S355NL
Ces nuances sont des aciers de construction à grains fins normalisés ou laminés normalisés. Leur microstructure et leurs propriétés mécaniques sont généralement plus homogènes, ce qui les rend adaptés à la fabrication de tôles épaisses, de composants soudés de grande taille et d'applications nécessitant une ténacité fiable à basse température.
S355M et S355ML
Les aciers S355M et S355ML sont obtenus par laminage thermomécanique. Le contrôle de la température de laminage et de la déformation permet d'obtenir une microstructure à grains fins présentant une bonne soudabilité et une bonne ténacité.
Ces nuances sont couramment utilisées dans la construction de ponts, de grandes structures métalliques et d'équipements de levage. L'acier S355 fourni à l'état +N ou +M offre généralement une ténacité plus homogène que l'acier de base tel que laminé.
Principales propriétés mécaniques de l'acier S355
Les valeurs suivantes décrivent les performances typiques de l'acier S355. Les résultats réels varient en fonction de la nuance spécifique, de l'épaisseur du produit, des conditions de laminage et du sens d'échantillonnage.
| Propriété | Valeur type ou valeur spécifiée | Importance sur le plan technique |
|---|---|---|
| Limite d'élasticité | Au moins environ 355 MPa pour les sections plus minces | Détermine la charge à partir de laquelle la déformation permanente commence |
| Résistance à la traction | Généralement entre 470 et 630 MPa | Indique la contrainte maximale que le matériau peut supporter avant de se rompre sous l'effet d'une traction. |
| Conductivité électrique | En général, entre environ 20% et 22% | Indique la capacité du matériau à subir une déformation plastique |
| Énergie de choc selon la méthode Charpy | 27 J ou 40 J | Indique la capacité du matériau à absorber l'énergie d'impact à une température donnée |
| Module d'élasticité | Environ 210 GPa | Détermine la déformation élastique sous charge |
| Dureté Brinell | En général, entre 150 et 200 HB environ | Un critère général qui influe sur la force de coupe et l'usure de l'outil |
| Densité | Environ 7,85 g/cm³ | Utilisé pour calculer le poids des composants, les charges de transport et les besoins en dispositifs de fixation |
Certaines tôles S355 d'une épaisseur comprise entre 5 et 16 mm peuvent présenter une limite d'élasticité minimale de 355 MPa, une résistance à la traction comprise entre 470 et 630 MPa et un allongement minimal d'environ 21%–22%. Toutefois, la limite d'élasticité minimale garantie peut diminuer à mesure que l'épaisseur augmente.
Comprendre les différentes propriétés de résistance de l'acier S355
“La ” résistance » n'est pas une propriété unique du matériau. La limite d'élasticité, la résistance à la traction, la ténacité aux chocs, la dureté et la rigidité décrivent la manière dont le matériau réagit sous différentes conditions de charge.
Limite d'élasticité : au moins environ 355 MPa
La limite d'élasticité est la contrainte à partir de laquelle un matériau commence à subir une déformation permanente.
Lorsqu'un socle de machine, un support ou une plaque de raccordement est soumis à une charge inférieure à sa limite d'élasticité, il reprend normalement sa forme initiale une fois la charge retirée. Dès que la limite d'élasticité est dépassée, le composant peut présenter une déformation permanente due à la flexion ou une altération dimensionnelle.
La limite d'élasticité de l'acier S355 résulte de plusieurs mécanismes de renforcement :
- Renforcement par solution solide dû au manganèse et à d'autres éléments
- Renforcement de la précipitation par le niobium, le vanadium ou le titane
- Renforcement aux joints de grains par affinage granulaire
- Une microstructure ferrite-perlite relativement homogène obtenue par laminage ou normalisation
Ces mécanismes permettent d'augmenter la résistance sans recourir exclusivement à une teneur en carbone plus élevée, ce qui réduirait sinon la soudabilité.
Du point de vue de l'usinage CNC, une limite d'élasticité plus élevée signifie qu'une force plus importante est nécessaire pour former et séparer le copeau. Si la machine, l'outil ou le système de serrage ne présente pas une rigidité suffisante, cela peut entraîner une flexion de l'outil, l'apparition de marques de vibration et des variations dimensionnelles.
Résistance à la traction : environ 470 à 630 MPa
La résistance à la traction est la contrainte maximale que le matériau peut supporter lors d'un essai de traction avant de se rompre.
La résistance à la traction étant supérieure à la limite d'élasticité, l'acier S355 peut continuer à supporter une charge supplémentaire après le début de la déformation plastique. Toutefois, la résistance à la traction ne doit normalement pas être utilisée comme limite de service admissible dans la conception des structures, car une déformation permanente importante se produit avant que cette valeur ne soit atteinte.
La résistance à la traction est particulièrement importante pour :
- Plaques de raccordement soumises à une contrainte de traction
- Structures de levage et de hissage
- Zones soumises à des charges à proximité des joints soudés
- Composants de support utilisés dans le secteur du bâtiment et des engins de chantier
En usinage, une résistance à la traction plus élevée augmente généralement la charge mécanique exercée sur l'arête de coupe. Il convient d'éviter les charges de coupe instantanées excessives lors du fraisage de rainures profondes, de la coupe sur toute la largeur et de l'ébauche lourde.
Résistance aux chocs : 27 J ou 40 J
L'énergie d'impact n'est pas une mesure de la résistance statique. Elle correspond à la quantité d'énergie qu'un matériau peut absorber lorsqu'il est soumis à une charge soudaine à une température donnée.
L'une des principales différences entre les nuances S355JR, J0, J2 et K2 réside dans la température requise pour l'essai de choc et l'énergie absorbée minimale. Par exemple, le S355J2 doit présenter une énergie absorbée d’au moins 27 J à −20 °C, ce qui le rend plus adapté que le S355JR aux environnements froids ou aux structures exposées à des chocs soudains.
La résistance aux chocs dépend des facteurs suivants :
- Teneur en phosphore, en soufre et en inclusions non métalliques
- Granulométrie
- La forme et la répartition de la ferrite et de la perlite
- Procédés de laminage et de normalisation
- La microstructure de la zone affectée thermiquement de la soudure
Les grains fins améliorent généralement à la fois la résistance et la ténacité, tandis que les grains grossiers, les impuretés et les microstructures non uniformes peuvent accroître le risque de rupture fragile.
La résistance aux chocs ne détermine pas directement la vitesse de coupe de la même manière que la dureté, mais elle joue un rôle important dans le choix des matériaux. Un composant destiné à fonctionner à basse température, sélectionné uniquement en fonction de sa limite d'élasticité de 355 MPa, peut ne pas répondre aux exigences d'exploitation si l'on ne tient pas compte du niveau de résistance aux chocs requis.
Dureté : généralement entre 150 et 200 HB environ
La dureté indique la résistance d'un matériau à l'indentation, aux rayures et à la déformation plastique localisée.
Le S355 est un acier de construction dont les normes garantissent principalement la limite d'élasticité, la résistance à la traction et la ténacité, plutôt qu'une valeur de dureté fixe. Par conséquent, la plage de 150 à 200 HB doit être considérée comme une référence type, et non comme une exigence d'acceptation universelle pour tous les produits en S355.
La dureté de l'acier S355 dépend principalement des facteurs suivants :
- Teneur en carbone
- Manganèse et éléments de micro-alliage
- La proportion de ferrite et de perlite
- Granulométrie
- Vitesse de refroidissement et cycles thermiques localisés
Une teneur plus élevée en perlite augmente généralement la résistance et la dureté. L'affinage du grain peut également accroître la résistance tout en conservant une ténacité relativement bonne.
Les arêtes découpées au chalumeau ou soudées subissent un échauffement et un refroidissement rapides, ce qui peut modifier localement la microstructure et créer une zone affectée thermiquement plus dure que le matériau de base. C'est l'une des raisons pour lesquelles les outils de coupe peuvent s'user rapidement ou s'ébrécher lors de l'usinage d'arêtes découpées thermiquement.
Rigidité : module d'élasticité d'environ 210 GPa
La rigidité désigne la résistance d'un composant à la déformation élastique. La propriété du matériau qui entre en jeu est le module d'élasticité.
Le S355 présente un module d'élasticité d'environ 210 GPa, qui est principalement déterminé par les caractéristiques de liaison atomique des matériaux à base de fer. La teneur en carbone et en manganèse, la taille des grains et les microstructures issues du laminage normal peuvent influencer de manière significative la résistance et la dureté, mais elles n'ont qu'un effet limité sur le module d'élasticité.
Cela signifie que, bien que le S355 présente une limite d'élasticité supérieure à celle du S235, les deux matériaux ne présenteront pas une différence aussi importante en termes de déformation élastique lorsque les dimensions de la pièce et la charge appliquée sont identiques.
La rigidité des composants est principalement améliorée par :
- Augmentation de l'épaisseur de la tôle ou de la section transversale
- Ajout de nervures de renfort
- Réduction de la longueur non soutenue ou en porte-à-faux
- Optimisation de la géométrie de la section transversale
- Améliorer les conditions d'accompagnement et de lien social
Par conséquent, lorsqu’un socle de machine ou un long support subit une déformation élastique excessive, le simple fait de remplacer un acier de moindre résistance par du S355 peut ne pas suffire à résoudre le problème. Il convient également de revoir les dimensions structurelles et la disposition des appuis.
Conditions générales de livraison S355
+AR : État « tel que laminé »
La mention « +AR » indique que l'acier est fourni à l'état de laminage. Il s'agit généralement d'une solution économique, adaptée aux plaques de fixation standard, aux châssis généraux et aux éléments de structure ne nécessitant pas de résistance à la rupture à basse température.
Dans le cas des grandes plaques usinées avec précision, les contraintes résiduelles et les variations microstructurales présentes dans le matériau tel qu’il sort du laminoir peuvent accroître le risque de déformation après usinage.
+N : État normalisé ou normalisé-laminé
+N indique un état de livraison normalisé ou normalisé-laminé. Le chauffage, le laminage et le refroidissement contrôlés permettent d'affiner la structure granulaire et d'améliorer l'uniformité des propriétés mécaniques.
L'acier S355J2+N est couramment utilisé pour les tôles épaisses, les structures exposées à de basses températures et les composants nécessitant une soudabilité et une stabilité dimensionnelle accrues.
Il est important de faire la distinction entre les appellations suivantes :
- S355N Il s'agit d'une nuance spécifique d'acier de construction à grain fin.
- S355J2+N Le S355J2 est-il fourni à l'état normalisé ou laminé à l'état normalisé ?.
Ces deux appellations ne doivent pas être considérées comme interchangeables.
+M : État après laminage thermomécanique
+M désigne le laminage thermomécanique. Ce procédé permet de contrôler avec précision la température de déformation et le refroidissement afin d'obtenir une microstructure à grains fins, ce qui permet souvent d'atteindre la résistance requise avec un équivalent carbone relativement faible.
Ces matériaux conviennent aux grandes structures soudées, aux ponts et aux composants pour lesquels les propriétés de la zone affectée thermiquement par la soudure revêtent une importance particulière.
Les nuances standard de l'acier S355 ne nécessitent généralement pas de trempe et de revenu pour atteindre les propriétés mécaniques spécifiées. Un traitement de détente peut être envisagé pour les grands assemblages soudés ou les composants usinés avec précision, mais la température doit être contrôlée afin d'éviter toute modification de la microstructure d'origine et des performances mécaniques.
Soudabilité de l'acier S355
L'acier S355 présente généralement une bonne soudabilité et peut être assemblé à l'aide de procédés courants tels que le soudage MAG/MIG, le soudage à l'arc avec électrode enrobée, le soudage à l'arc avec fil fourré et le soudage à l'arc submergé.
Les nuances de carbone-manganèse et les nuances S355 à grain fin peuvent généralement être soudées selon des procédés classiques. Les matériaux fournis à l'état +N ou +M peuvent également offrir une ténacité plus homogène.
La nécessité d'un préchauffage ne doit pas être déterminée uniquement par la désignation “ S355 ”. D'autres facteurs doivent être pris en compte, notamment :
- Épaisseur du matériau
- Équivalent carbone
- Restriction articulaire
- Teneur en hydrogène du métal d'apport
- Température ambiante
- Apport thermique et température entre passes
Les sections minces, les équivalents en carbone faibles et les assemblages peu contraints sont généralement plus faciles à souder. Les tôles épaisses, les assemblages fortement contraints et le soudage dans des environnements froids peuvent nécessiter un préchauffage et un contrôle plus rigoureux de la température entre les passes.
Lorsqu'une structure soudée nécessite également un usinage CNC, le soudage, le redressage et tout traitement de détente nécessaire doivent normalement être effectués avant l'usinage de finition des surfaces de montage, des trous de positionnement et des ajustements critiques. Cette séquence permet de réduire l'effet de la déformation due au soudage sur la précision dimensionnelle finale.
Classes approximatives de l'acier S355 dans d'autres pays
Les matériaux issus de normes différentes ne doivent pas être considérés comme entièrement équivalents sur la seule base de leur limite d'élasticité. Les nuances suivantes peuvent être utilisées à des fins de comparaison préliminaire, mais il convient de vérifier la composition chimique, l'épaisseur applicable, la température d'essai de résistance aux chocs, l'état de livraison et la norme du produit avant toute substitution.
| Pays ou région | Note approximative ou comparable sur la base des données historiques | Notes |
|---|---|---|
| Allemagne | St52-3 | Une ancienne norme DIN souvent comparée à la norme S355 |
| France | Série E36 | Doit être choisi en fonction du degré d'impact et des conditions de livraison |
| Royaume-Uni | Série BS 4360, classe 50 | Une note approximative selon l'ancienne norme britannique |
| Italie | Série Fe510 | Une ancienne désignation issue du système UNI |
| Pologne | 18G2A | Principalement utilisé à des fins de comparaison historique ou avec des normes héritées |
| République tchèque | ČSN 11 523 | Une note équivalente issue de l'ancien système ČSN |
| États-Unis | ASTM A572 Niveau 50 | Niveau de limite d'élasticité similaire, mais pas directement équivalent |
| Chine | Série Q355 | Il convient de vérifier la classe de qualité, la température d'impact et la norme applicable. |
| Japon | Série SM490 | Le niveau de résistance est similaire, mais la composition et les exigences en matière d'impact peuvent varier |
Les références historiques relatives à la conversion des nuances doivent être considérées comme approximatives uniquement. Un matériau décrit comme “ l'équivalent le plus proche ” peut néanmoins présenter des différences en termes de composition chimique, de propriétés de résistance aux chocs, de limites d'épaisseur ou de conditions de livraison.
Usinabilité CNC de l'acier S355
Le S355 peut être usiné par fraisage, tournage, perçage, alésage et taraudage sur machine à commande numérique à l'aide d'outils classiques conçus pour l'acier.
Sa difficulté d'usinage est généralement supérieure à celle de l'acier doux de faible résistance, mais inférieure à celle de l'acier trempé ou de l'acier à outils fortement allié. Parmi ses caractéristiques d'usinage courantes, on peut citer :
- Des forces de coupe relativement élevées
- Augmentation de la charge sur la broche lors de l'ébauche
- Usure accélérée des outils due à la calamine
- Risque d'endurcissement localisé le long des bords découpés à chaud
- Déformation de grandes plaques lors de la libération des contraintes résiduelles
- Instabilité dimensionnelle des pièces soudées en fonction de l'ordre de soudage
Le S355 n'est généralement pas considéré comme un matériau difficile à usiner. En production, de nombreux problèmes d'usinage ne sont pas dus à la nuance d'acier elle-même, mais à l'état de l'ébauche, aux surfaces affectées thermiquement, à une rigidité insuffisante du système de serrage ou à une séquence d'usinage inadaptée.
Paramètres généraux de fraisage CNC pour l'acier S355
Lors de l'usinage de l'acier S355 avec des fraises en carbure revêtues, les valeurs suivantes peuvent être utilisées comme réglages initiaux dans des conditions stables et pour une utilisation générale.
| Paramètres d'usinage | Plage de départ recommandée |
|---|---|
| Vitesse de coupe | 180 à 280 m/min |
| Alimentation par dent | 0,05 à 0,18 mm/dent |
| Profondeur de coupe axiale | 0,3 à 1,0 fois le diamètre de l'outil |
| Largeur radiale de coupe | 10%–40% du diamètre de l'outil |
La vitesse de coupe peut être augmentée lors d'un fraisage latéral stable, lorsque l'on utilise un engagement radial réduit, ou lors de l'usinage avec des outils revêtus haute performance.
Lors de la découpe de calamine, de bords découpés à la flamme, de rainures profondes, de surfaces discontinues ou de composants présentant une rigidité limitée, il peut s'avérer nécessaire de réduire la vitesse de découpe à environ 120–180 m/min.
Ces valeurs ne constituent pas des normes fixes pour la norme S355. La vitesse de coupe et l'avance doivent être ajustées en fonction de la dureté du matériau, de l'état de livraison, du matériau de l'outil, de la géométrie de la fraise, du mode de refroidissement et de la stabilité du serrage de la pièce.
Choix des outils et refroidissement
Outils en carbure conçus pour Acier ISO P Ces matériaux sont généralement privilégiés pour l'usinage de l'acier S355.
Les outils d'ébauche doivent présenter les caractéristiques suivantes :
- Arêtes de coupe résistantes
- Bonne résistance à l'écaillage
- Évacuation adéquate des copeaux
- Revêtements résistants à l'usure
Les outils de finition doivent privilégier :
- Arêtes de coupe tranchantes
- Faible faux-rond de l'outil
- Grande rigidité du support
- Cohérence dimensionnelle
Les revêtements tels que le TiCN, le TiAlN et l'AlTiN peuvent améliorer la résistance à l'usure et les performances à haute température. Toutefois, le choix final doit être déterminé en fonction du fabricant de l'outil, de l'opération d'usinage, des conditions de coupe et de la stratégie de refroidissement.
Le liquide de refroidissement permet de contrôler la température de coupe, d'améliorer la lubrification et d'évacuer les copeaux. Lors du perçage profond, du fraisage de rainures étroites ou des opérations impliquant un enlèvement important de matière, le liquide de refroidissement doit atteindre efficacement l'arête de coupe afin d'éviter l'accumulation de copeaux et la surchauffe localisée.
Problèmes courants lors de l'usinage de l'acier S355
Usure des outils due à la calamine
Les flans laminés à chaud présentent souvent une couche de calamine. Cette surface peut être plus dure et plus abrasive que l'acier sous-jacent.
La première passe de coupe doit s'engager sous la calamine plutôt que de laisser le tranchant frotter en continu contre la surface.
Durcissement localisé le long des bords découpés thermiquement
L'oxycoupage et la découpe au plasma génèrent une zone affectée thermiquement. Un refroidissement localisé rapide peut altérer la microstructure et augmenter la dureté des arêtes, ce qui peut entraîner une usure prématurée de l'outil, des ébréchures ou une découpe instable.
Dans la mesure du possible, il convient de nettoyer l'arête de coupe avant l'usinage, ou de prévoir une marge d'usinage suffisante lors de l'établissement du devis et de la planification du processus.
Vibrations et marques sur la surface
Un porte-à-faux excessif de l'outil, un soutien insuffisant de la pièce ou un engagement radial excessif peuvent provoquer des vibrations.
Il est possible d'améliorer la stabilité d'usinage en réduisant le porte-à-faux de l'outil, en renforçant le soutien de la pièce, en ajustant la vitesse de rotation de la broche ou en réduisant la largeur radiale de coupe.
Formation de Burr
Des bavures se forment généralement aux points de sortie des forets, le long des bords des tôles fines et autour des trous qui se croisent.
Des outils bien affûtés, des vitesses d'avance adaptées et des opérations de chanfreinage bien planifiées permettent de réduire le travail d'ébavurage manuel nécessaire.
Déformation de la pièce
Les grandes plaques, les pièces longues et les structures soudées peuvent se déformer lorsque les contraintes résiduelles se libèrent au cours de l'enlèvement de matière.
Parmi les méthodes de contrôle courantes, on peut citer :
- Enlever de la matière de manière symétrique des deux côtés
- Prévoir une marge de finition suffisante
- Remise en place de la pièce après l'usinage de dégrossissage
- Distinction entre les opérations d'ébauche et de finition
- Usiner en dernier les surfaces de montage et les alésages critiques
- Évaluer le recours à un traitement anti-stress lorsque cela s'avère nécessaire
Pièces courantes en acier S355 usinées par commande numérique
L'acier S355 est couramment utilisé pour la fabrication de :
- Socles de machines et plates-formes de montage
- Grandes plaques de raccordement
- Supports de charge
- Brides et paliers
- Composants d'équipements de levage
- Supports pour systèmes de convoyage
- Surfaces de fixation sur des châssis soudés
- Repérage et perçage de trous dans des tôles d’acier épaisses
Ces composants doivent souvent répondre simultanément à des exigences en matière de résistance à la charge, de soudage et d'assemblage. La qualité de l'usinage doit donc tenir compte non seulement des dimensions individuelles, mais aussi de l'espacement des alésages, de la planéité, de la perpendicularité et de la cohérence des repères.
Pour les châssis soudés, une méthode pratique consiste à effectuer d'abord le soudage et le redressage, puis à usiner les surfaces de montage, les trous de repérage et les zones d'ajustage. Cette séquence permet de compenser les variations dimensionnelles provoquées par la chaleur du soudage.
Que faut-il préciser lors de l'achat de pièces usinées en S355 ?
Il ne suffit généralement pas d'indiquer simplement “ S355 ” sur un plan. Les demandes de devis et les documents d'achat doivent, dans la mesure du possible, préciser les informations suivantes :
| Objet | Informations recommandées |
|---|---|
| Qualité des matériaux | S355JR, S355J2, S355N ou une autre nuance spécifique |
| Conditions de livraison | +AR, +N ou +M |
| Épaisseur du matériau | Nécessaire pour déterminer la limite d'élasticité minimale et les exigences normatives applicables |
| Type vierge | Tôle, barre, profilé de construction ou assemblage soudé |
| Certification des matériaux | Si un certificat EN 10204 3.1 est requis |
| Tolérances critiques | Position des trous, planéité, perpendicularité et cotes d'ajustage |
| Exigences relatives aux surfaces | Rugosité de surface, chanfreins, ébavurage et traitement de surface |
| Exigences particulières | Essais de résilience à basse température, équivalent carbone ou traitement post-soudage |
Si l'utilisation de pièces brutes découpées à la flamme ou au plasma est autorisée, il convient également de préciser la marge d'usinage requise et la qualité des arêtes.
La découpe thermique permet de réduire les coûts liés à la préparation des matériaux et à l'ébauche, mais la zone affectée thermiquement peut accroître les charges d'usinage et l'usure des outils.
Comment Weldo usine les composants en acier S355
Avant de mettre au point le processus de fabrication, Weldo L'usinage permet de vérifier la nuance spécifique S355, l'épaisseur de la tôle, l'état à la livraison, le type d'ébauche et les tolérances critiques. Les opérations de découpe, de serrage et les séquences d'usinage sont ensuite planifiées en fonction de la géométrie de la pièce.
Les composants de plaques standard peuvent être usinés par sciage, oxycoupage ou découpe au plasma, puis par fraisage frontal, perçage, alésage et usinage de contours. Les grands socles de machines et les châssis soudés sont généralement soudés et redressés dans un premier temps, puis les surfaces de montage, les trous de repérage et les repères critiques sont usinés par la suite.
Les principaux contrôles de processus sont les suivants :
- Réglage des paramètres de la première passe pour la calamine et les arêtes découpées thermiquement
- Choix d'outils en carbure adaptés aux aciers de la norme ISO P
- Distinction entre les opérations d'ébauche, de semi-finition et de finition
- Enlèvement symétrique de matière sur de grandes plaques
- Réajustement ou inspection de la pièce après l'usinage de dégrossissage
- Usiner en dernier les alésages critiques et les surfaces de montage
- Fixation d'une base de traitement temporaire sur des pièces complexes et son retrait par électroérosion à fil après usinage
- Contrôle de l'espacement des trous, de la planéité et de l'emplacement des repères
Une base de processus temporaire peut améliorer la rigidité du serrage des pièces complexes. Une fois les principales opérations d'usinage terminées, la base peut être séparée par électroérosion à fil, ce qui réduit les changements de serrage répétés et le temps nécessaire à l'enlèvement de l'excédent de matière par fraisage classique.
Conclusion
Le S355 est un acier de construction européen qui offre un bon équilibre entre résistance et, robustesse, la soudabilité et le coût d'usinage. Il est largement utilisé pour les socles de machines, les plaques de raccordement, les supports porteurs et les grands assemblages soudés. Pour garantir le succès du choix du matériau et de l’usinage CNC, il est nécessaire de définir clairement la nuance, l’épaisseur et l’état de livraison, tandis que l’outillage, le serrage de la pièce et les séquences d’usinage, de l’ébauche à la finition, doivent être planifiés en fonction de la résistance du matériau, de l’état de l’ébauche et des contraintes résiduelles afin de contrôler l’usure des outils, la déformation de la pièce et la précision dimensionnelle finale.
