IMTS 2018 :Meules avancées dans l'aérospatiale

Acquérir une meilleure compréhension de la meilleure façon de broyer les matériaux de superalliage. Si vous assistez à l'IMTS cette année, prenez note des multiples sessions de conférence axées sur la rectification haute performance et découvrez les techniques qui vous aideront dans vos opérations d'usinage quotidiennes.

Largement utilisés dans les secteurs de l'aérospatiale et de l'énergie, les métaux tels que l'Inconel 718, l'Hastelloy C-276 et le Monel K500 sont à la fois résistants à la température et à la corrosion, avec des propriétés mécaniques bien supérieures à leurs cousins ​​en acier.

« Les superalliages à base de nickel, qui représentent plus de 40 % du poids total d'un moteur d'avion, trouvent des applications dans les sections de chambre de combustion et de turbine du moteur », note le Dr K. Philip Varghese, chef de groupe de l'ingénierie d'application avancée chez Norton. | Saint Gobain, dans une description de présentation de la conférence IMTS 2018. "Leur utilisation est principalement due à la combinaison unique de résistance à haute température, de ténacité et de résistance à la dégradation dans un environnement extrême." Varghese présente "Meulage haute performance des superalliages à base de nickel" le mercredi 12 septembre à 10 heures à IMTS à Chicago.

Malheureusement, ces superalliages sont également assez difficiles à rectifier. L'écrouissage est courant en raison des pressions élevées impliquées, et la faible conductivité thermique de la plupart des superalliages signifie que la chaleur dans la zone de meulage est élevée, ce qui peut endommager la pièce si elle n'est pas contrôlée. Cela peut également signifier que les pièces doivent pouvoir refroidir et « se détendre » entre les opérations d'ébauche et de finition.

Là où l'acier B1112 a une cote d'usinabilité de 100 %, la plupart des Inconels se situent à 12 %, et le L-605 à haute teneur en cobalt (alias Haynes 25) se classe à seulement 9 % d'usinabilité. Ajoutant l'insulte à l'injure, le meulage est généralement l'un des derniers processus effectués sur une pièce. Les dates de livraison des clients peuvent facilement glisser en cas de pièces mises au rebut ou d'autres retards de production. Qu'il s'agisse de rectification plane, cylindrique ou sans centre, travailler avec ces super-matériaux peut être intimidant.

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Types de meules :sélectionner la bonne meule pour les superalliages

Heureusement, il existe plusieurs façons de devenir un atelier de meulage performant, à commencer par une sélection des meilleures meules. De nombreux experts suggèrent que les paramètres utilisés pour rectifier l'acier sont également applicables aux superalliages. Cela suggère à son tour qu'une meule en oxyde d'aluminium - préférée pour le meulage des aciers au carbone et alliés - est le premier choix pour les superalliages. C'est un bon conseil, bien que la plupart des fournisseurs de meules proposent des produits haut de gamme spécialement conçus pour les matériaux à base de nickel. Il s'agit généralement d'un mélange céramique-alumine qui, en raison d'une liaison friable mais solide, génère une chaleur minimale et est en grande partie auto-affûtant.

"Seules des meules abrasives spécifiques qui peuvent éliminer la matière à faible seuil de puissance/forces et consommer moins d'énergie spécifique lors du meulage de ces superalliages, peuvent survivre aux objectifs contradictoires d'une productivité plus élevée ainsi que d'une durée de vie plus longue des meules dans un processus HPG [meulage haute performance] », note Varghese.

Étant donné que les superalliages sont gommeux et ont tendance à charger la roue, il s'agit d'un attribut important. Le besoin d'un grain ouvert est également important, ce qui aide à éliminer l'accumulation de chaleur qui conduit au contrôle de la chaleur et à la microfissuration. Dans le pire des cas, une meule qui se charge et frotte la surface de la pièce plutôt que de la couper peut provoquer ce que l'on appelle une couche blanche, un grand non-non dans le monde de l'aérospatiale car elle réduit l'intégrité de la surface du matériau.

Bien sûr, le choix de la meule dépend de nombreux facteurs. Les opérations de rectification de surface se comportent différemment de la rectification cylindrique et la rectification cylindrique se comporte différemment de l'avance lente ou de la rectification sans centre. Le superalliage réel en cours d'usinage et la quantité d'enlèvement de matière jouent également un rôle - là où une meule CBN vitrifiée pourrait mieux fonctionner pour le meulage grossier d'une forme d'engrenage conique en titane, le meulage à alimentation lente de la forme de racine sur une aube de turbine Inconel nécessite souvent un céramique avancée.

Le rôle du liquide de refroidissement et des fluides de coupe dans le meulage haute performance

Tout comme une meule friable à grain ouvert est un bon point de départ pour le meulage de superalliages, il en va de même pour un fluide de coupe soluble dans l'eau de haute qualité, bien filtré et entretenu, de préférence avec des additifs de soufre et/ou de chlore pour assurer le pouvoir lubrifiant. Cela assurera une élimination maximale du matériau sans risque d'endommagement de la surface induit par la chaleur. Cela dit, assurez-vous de vérifier auprès de votre client l'utilisation de fluides de coupe à base de soufre et de chlore, car certaines entreprises aérospatiales limitent leur utilisation en raison de la possibilité de corrosion intragranulaire.

Dans le cas des roues CBN, cependant, ou lorsque le client interdit l'utilisation de certaines huiles solubles dans l'eau, une huile simple doit être utilisée, bien qu'elle ne soit certes pas aussi efficace pour évacuer la chaleur qu'un liquide de refroidissement à base d'eau. Quel que soit le fluide, sa vitesse doit dépasser celle de la vitesse de la roue mesurée à la surface de la pièce. Et si vous meulez une forme spéciale, la forme de la buse doit correspondre à cette forme afin de fournir une couverture à 100 %. Enfin, étant donné que le broyage a tendance à briser les fluides en particules microscopiques et que ces particules peuvent être cancérigènes, utilisez toujours un système de filtration d'air correctement dimensionné pour la sécurité de l'opérateur.

Choisissez le dresseur de meules de soutien approprié

Étant donné que les superalliages repoussent les limites de tout processus de meulage, la fenêtre d'efficacité de la meule est souvent assez petite. Il peut donc être nécessaire de les changer en cours de fabrication, car le liant, le grain et la dureté utilisés pour l'ébauche seront éventuellement totalement inutiles pour la finition de précision. Comme tout opérateur de rectifieuse le sait, les changements de meules font partie de la vie, mais à des fins de production, une machine dotée de capacités de changement de meule automatique vous rapprochera considérablement d'un débit optimal.

Une autre étape importante est le dressage continu des meules. Des accessoires de rechange existent, bien que commander cette option sur votre prochaine rectifieuse CNC soit probablement le meilleur pari, si le budget le permet. Pour les mêmes raisons que les meules auto-affûtées à grain ouvert sont plus efficaces avec les superalliages, le dressage continu laisse la meule affûtée à tout moment. Les forces de meulage sont réduites, la finition de surface et la précision sont améliorées, et la création de couches blanches ou d'autres types de dommages de surface sur un composant aérospatial, nucléaire ou médical critique ne suscite guère d'inquiétude.

Si votre meule actuelle est adolescente ou plus âgée et que vous avez la charge de travail nécessaire pour la supporter, investissez dans une meuleuse CNC moderne conçue spécifiquement pour les travaux aérospatiaux exigeants. Avec des fonctionnalités telles que l'habillage automatique, la mesure intégrée des pièces, le changement de palette et la manipulation robotisée des pièces, ainsi qu'un contrôle de mouvement multiaxe avancé, les machines-outils d'aujourd'hui valent bien l'investissement. Si vous souhaitez devenir un atelier de meulage hautes performances, c'est peut-être le point de départ idéal.

Avez-vous surmonté les problèmes courants liés au meulage des superalliages ? Partagez vos histoires.