Aéronautique :usiner le titane rapidement et en toute sécurité

Walter améliore l'usinage du titane avec des outils spéciaux

La gamme Walter's Xpress pour l'industrie aérospatiale, spécialisée à Tübingen, est fabriquée sur mesure pour les exigences élevées de l'industrie aérospatiale. En particulier, leurs outils en carbure monobloc avec des dimensions spécifiques au client sont disponibles pour une livraison dans un délai de deux à trois semaines maximum. Un nouveau revêtement d'outil innovant et une nouvelle technologie d'outil garantissent que la durée de vie de l'outil est plus que doublée dans certains cas.

Dans l'industrie aérospatiale, les choses se font un peu différemment par rapport aux autres secteurs. Le poids joue un rôle central et chaque gramme en moins compte. C'est finalement le poids d'un produit qui détermine sa rentabilité, plutôt que les prix des pièces et des composants. Il n'est donc pas étonnant que le titane connaisse une croissance et une popularité considérables dans ce secteur. C'est le cas en particulier pour les composants structurels pour lesquels une résistance élevée est également importante. Des exemples typiques sont les portes et les cadres de porte, les supports de train d'atterrissage, les jambes de train d'atterrissage ou les rails de volet d'atterrissage. Le titane est également résistant à la corrosion et à la température.

Or, les constructeurs d'aéronefs pour l'aviation civile notamment se retrouvent de plus en plus soumis aux pressions d'un constructeur de série, comme cela est connu par exemple de l'industrie automobile. Jusqu'à présent, Boeing, Airbus et, dans une moindre mesure, Bombardier, se sont principalement partagé le marché. Pendant ce temps, de nouveaux concurrents chinois et russes se préparent à entrer sur le marché. La pression pour que la fabrication devienne aussi rentable que possible augmente donc. Walter apporte une contribution importante à cet égard avec la gamme Xpress Aerospace.

Poursuite du développement des systèmes d'outillage

Le défi :Le titane est plus difficile à usiner que l'aluminium, largement utilisé jusqu'à présent. Sa grande réactivité chimique conduit à la fusion des copeaux à l'arête de coupe lors de l'usinage. La mauvaise conductivité thermique du matériau permet aux températures à l'arête de coupe de s'élever de manière significative. Les copeaux qui en résultent sont souvent extrêmement résistants et abrasifs. Le module d'élasticité minimal conduit facilement à la flexion de la pièce. Associé à la solidification du matériau dans la zone des arêtes, cela réduit la durée de vie des arêtes de l'outil, même à des vitesses de coupe faibles.

Les coûts d'outillage dépendent également de manière significative des exigences imposées au composant et au matériau, ainsi qu'au processus. La diminution de l'épaisseur de la paroi peut rendre les pièces extrêmement instables, c'est pourquoi la stabilité de la machine et le serrage sont une priorité. L'utilisation de la bonne stratégie d'arrosage a également une influence significative sur la durée de vie de l'outil. Walter développe continuellement ses systèmes d'outillage dans le but de réduire les temps d'usinage. Les substrats en carbure, les nouvelles technologies de revêtement et les macro- et micro-géométries des outils de coupe jouent ici un rôle important. Cependant, la stratégie d'usinage peut également être optimisée en collaboration avec des spécialistes CAD/CAM.

Tout cela rend aujourd'hui possible la coupe haute performance (HPC) et la coupe haute dynamique (HDC) pour la finition et l'ébauche du titane. Le fraisage dynamique avec le Walter Prototype Ti38 Z6-10 et un nouveau revêtement innovant permettent d'atteindre des vitesses de coupe allant jusqu'à 140 m/min. Les solutions multi-dents avec jusqu'à dix dents permettent d'augmenter l'avance jusqu'à 50 % à de faibles largeurs de contact. Ces solutions d'outils en carbure monobloc peuvent finalement atteindre une augmentation du taux d'enlèvement de métal jusqu'à 50 % par rapport aux solutions conventionnelles.

Le revêtement détermine la durée de vie de l'outil

Un exemple des technologies de substrat et de revêtement nouvellement développées est le revêtement à base de PVD (dépôt physique en phase vapeur) pour les outils en carbure monobloc de la gamme Walter Prototype Ti. Ce revêtement augmente considérablement la durée de vie de l'outil par rapport au revêtement ANC conventionnel (nitrure de chrome d'aluminium) - jusqu'à 100 % et plus. Cela signifie que la durée de vie d'un cadre de fenêtre en titane 3.7164 avec une résistance à la traction de 1250 N/mm² lors de la semi-finition et de la finition à l'aide d'un prototype HPC Ti40 a pu être augmentée de 154 %, passant de 175 minutes à 444 minutes. L'utilisation d'un prototype HDC Ti38 L pour la finition du contour extérieur a prolongé la durée de vie de l'outil de 116 %. La vitesse a été augmentée de 25 % et le volume d'usinage de 23 %.

Une autre innovation est la technologie de revêtement CVD pour le matériau d'outil de coupe à plaquettes amovibles WSM45X, qui est utilisé par exemple pour la fraise porc-épic Walter BLAXX M3255. Le revêtement fonctionne comme un écran de protection contre la chaleur, facilitant des vitesses de coupe élevées allant jusqu'à 65 m/min et prolongeant la durée de vie des arêtes d'outils jusqu'à 130 minutes. Cela permet de doubler la durée de vie des composants structurels en titane, qui sont généralement fabriqués en utilisant un mélange de rainurage complet et de fraisage en avalant à une vitesse de coupe de 45 m/min et une avance de 0,12 mm. Une autre option consiste à augmenter la vitesse de coupe à 65 m/min avec une durée de vie constante d'environ 60 minutes. Le fraisage de finition peut également être réalisé avec des arêtes de coupe en PCD (diamant polycristallin), qui font partie des matériaux les plus durs connus.

Une stratégie d'arrosage appropriée doit cependant être mise en place dans ce cas afin de maintenir la température d'usinage au niveau de l'arête de coupe en dessous de 600 °C. En général, le fluide de coupe et la concentration du fluide de refroidissement ont une influence significative, en particulier sur la durée de vie de l'outil. Il est très important d'introduire le fluide de refroidissement aussi directement que possible dans la zone de travail. Ceci est facilité par des passages de liquide de refroidissement spéciaux dans les outils. Le refroidissement haute pression jusqu'à 70 bars est à la pointe de la technologie pour les nouvelles machines-outils. Les solutions d'outils spéciaux pour l'usinage cryogénique vont encore plus loin, en travaillant avec du dioxyde de carbone liquide ou de l'azote, qui est encore plus froid.

De fournisseur d'outils à partenaire technologique

Walter se considère comme un partenaire du processus numérique et développe donc des outils de plus en plus liés aux applications au sens de "solutions composants". Cela nécessite toute une équipe de spécialistes. Des compétences CAD/CAM appropriées sont une condition préalable essentielle pour une évaluation complète des processus. Walter répond aux besoins de ses clients et propose des outils, des solutions et des services tout au long du processus.

En ce qui concerne ce développement, Walter a développé il y a quelque temps le projet "Component Solutions" en collaboration avec l'Advanced Manufacturing Research Center de l'Université de Sheffield. Au cours du projet, des stratégies d'usinage spéciales ont été développées pour toutes les formes de poche apparaissant pour les composants structuraux, en utilisant les programmes de FAO couramment utilisés dans l'industrie aéronautique et aérospatiale. Cette "boîte à outils" permet de dériver rapidement et efficacement un processus d'usinage adapté à partir d'un modèle 3D d'un composant client.

La meilleure qualité dans les plus brefs délais

"Les bonnes choses arrivent à ceux qui attendent" ne sonne plus vrai aujourd'hui. Même les outils performants avec des dimensions spéciales spécifiques au client sont soumis à une pression de temps énorme. Depuis le début de l'année, Walter propose donc le service Walter Xpress, établi de longue date, spécialement pour le secteur aérospatial également. Les solutions d'outils Xpress peuvent être livrées dans un délai de deux à trois semaines maximum. La rapidité commence dès le processus de commande lui-même. La solution logicielle my.Walter permet au client de concevoir lui-même l'outil en ligne ou avec un collaborateur formé du service après-vente. Avec "Walter Online Xpress", le client reçoit par e-mail un devis ferme comprenant un dessin 2D et un modèle 3D dans un délai maximum d'une heure. La commande elle-même, qui est souvent un goulot d'étranglement au sein de l'entreprise, est également considérablement accélérée grâce à la gestion des outils Walter.