Prototypage CNC dans l'industrie aéronautique

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Publié le 9 octobre 2020 | Par WayKen fabrication rapide

Le développement de l'industrie aéronautique d'un pays reflète véritablement la qualité de l'artisanat et le niveau de connaissances techniques qu'il possède. Les exigences de rigidité structurelle, de précision, d'exactitude, de qualité et de fiabilité sont vraiment critiques pour cette industrie. Le concept d'amélioration de la conception des avions et d'induction de rythme dans les files d'attente de production est toujours resté un défi.

Par conséquent, l'usinage CNC et le prototypage ont fait leur chemin dans cette industrie. Les machines CNC, capables de répondre à des exigences de tolérance strictes, offrent une excellente solution pour répondre à un ensemble diversifié d'exigences tout en suivant le rythme de production. Au fur et à mesure de l'avancement de l'article, nous aborderons en détail les différents paramètres qui entrent en jeu dans l'industrie aéronautique et comment la technologie CNC la révolutionne.

Pourquoi la technologie CNC est-elle adaptée à l'industrie aéronautique ?

Dans un article de Lufthansa, il a été affirmé qu'il avait fallu 6 millions de pièces à Boeing pour construire le paquebot commercial 747-800. La technologie CNC présente plusieurs avantages pour l'industrie aéronautique. Discutons-en quelques-uns :

• L'automatisation et la flexibilité sont deux paramètres clés requis dans l'industrie aéronautique. Les lignes de production ne sont pas redondantes. La technologie CNC permet aux gammes de production de s'adapter rapidement à diverses pièces. Par conséquent, un ensemble diversifié de processus d'usinage peut être réalisé. Plusieurs processus CNC peuvent être réalisés sur la même machine en un seul serrage. Cela permet de réduire considérablement le temps de traitement et de production, augmentant ainsi les marges bénéficiaires et l'efficacité.
• Il existe de nombreux avantages pour la production de pièces utilisant cette méthode, notamment la précision, la répétabilité, la vitesse et l'intégration CAO.
• Contrairement au fraisage manuel qui est uniquement contrôlé par l'homme, les variations entre les copies sont énormes tandis que les doublons réalisés par les fraiseuses CNC garantissent une copie parfaite de l'objet à chaque fois. L'intégration de la conception assistée par ordinateur (CAO) dans les fraiseuses CNC permet d'obtenir de meilleures performances et de produire des copies parfaites à chaque fois. On peut concevoir, modifier ou refondre n'importe quelle pièce selon les besoins avant d'être produite. La conception gravée sur CAO peut facilement être ajustée, ce qui permet de créer différents programmes. L'alimentation de la conception dans la machine CNC permet ensuite à l'usine de produire une copie physique de la pièce. Cela peut rapidement conduire à un prototypage rapide et facile.
• Les progrès technologiques, non seulement dans le secteur commercial, mais également au sein des forces armées d'un pays, ont accru la demande d'avions de qualité constante avec un minimum de défauts. Pour produire des copies parfaites de pièces avec précision et pour répondre à la demande d'entreprises comme Boeing, Lockheed-Martin, Vickers et autres, les machines CNC sont le meilleur substitut. Les machines CNC assurent à la fois l'uniformité et la cohérence des pièces produites, ce qui permet de fabriquer et d'utiliser des produits de meilleure qualité dans l'industrie aéronautique. Aujourd'hui, de nombreuses pièces aérospatiales doivent être produites à partir d'une seule pièce solide de billette d'aluminium ou de pièces forgées ou d'autres matériaux comme l'acier inoxydable et d'autres alliages à haute contrainte afin qu'elles puissent soulever des poids lourds et fournir une résistance structurelle à l'avion. Des copies de pièces comme celles-ci peuvent être facilement fabriquées dans des machines CNC avec peu ou pas de différence du tout.
• La demande accrue des avionneurs qui recherchent des pièces d'aviation a ouvert la voie à de nombreuses entreprises pour investir des millions de dollars dans des entreprises fournissant des services d'usinage CNC tant dans le secteur commercial que militaire. De grandes entreprises sont allées jusqu'à fabriquer d'énormes pièces dont les dimensions s'élèvent à des diamètres de 50", à une longueur de 60", à une largeur de 40" et à une hauteur de 32". Le poids des pièces usinées CNC peut dépasser 100 lb au total. Ces fournisseurs de services d'usinage CNC peuvent se permettre et héberger de telles grandes fraiseuses à commande numérique intégrée par ordinateur et fournissent également aux fabricants des pièces suivant des critères de tolérances stricts. Les endroits où la tolérance est mesurée comprennent la planéité, la rondeur et la cylindricité; planéité aussi faible que ± 0,000002 po, rondeur de diamètre ± 0,00005 po et cylindricité ± 0,001 po. Ces tolérances étroites jouent un rôle majeur dans des pièces telles que le train d'atterrissage à propos duquel Raymer cite :"Parmi les nombreux composants internes qui doivent être définis dans une configuration d'avion, le train d'atterrissage causera généralement le plus de problèmes."
• Les tolérances jouent un rôle majeur dans les pièces où il y a peu de place pour les erreurs de taille. Il existe des entreprises d'usinage CNC spécialisées dans la création de telles pièces. La fabrication de pièces aéronautiques a obligé les entreprises à investir dans des équipements leur permettant de terminer la fabrication en un seul serrage.

Applications de l'usinage CNC dans l'industrie aéronautique

L'évolution de la complexité des pièces des avions modernes exige une immense précision. Ce qui a commencé avec le bois, le fil de fer et d'autres matériaux de base en 1903 a rapidement évolué vers l'utilisation de composites et de métaux modernes dans cette industrie. L'avion moderne d'aujourd'hui implique l'utilisation d'un système complexe d'avionique, de systèmes hydrauliques à la pointe de la technologie, de surfaces de contrôle aérodynamiquement profilées, de systèmes de compensation et de volets d'asservissement et de systèmes de moteur révolutionnaires.

Comme ces systèmes évoluent rapidement, il y a toujours un besoin de pièces personnalisées pour améliorer les cellules existantes. Il n'est pas toujours viable de concevoir des avions entièrement nouveaux à partir de zéro pour certaines améliorations. Pour augmenter la viabilité des coûts, une liste de mises à niveau et de remplacements de pièces est rédigée pour plusieurs gammes d'avions. Les commandes de pièces personnalisées similaires sont ensuite regroupées, ce qui offre à la fois compatibilité et économies. Par exemple, une ancienne gamme de Boeing 747 nécessitant une mise à niveau vers le dernier système de commande Fly-by-wire ne nécessite pas la fabrication de l'avion entier à partir de zéro. Au lieu de cela, l'usinage est effectué à partir des composants du système spécifique.

De même, les évolutions critiques de l'industrie aéronautique nécessitent des tests intensifs. Le prototypage CNC aide beaucoup à cet égard. Il est utilisé pour fabriquer des pièces de composants structurels, d'avionique, de systèmes de propulsion et de pièces aérodynamiques.

Après avoir discuté du besoin de pièces personnalisées et de prototypes, discutons de certaines pièces clés produites à l'aide de l'usinage CNC :

Partie	Matériel	Processus de fabrication
Boîtier d'ailerons	Cond H1025 en acier inoxydable 15-5PH	Fraisage CNC 5 axes
Réflecteurs pour feux d'aile	Aluminium 6061-T6	Fraisage CNC 5 axes
Boîtier pour valve de commande du système de freinage	2024-T351 Aluminium	Fraisage CNC 4 axes
Le siège d'une vanne de régulation de débit d'air	Acier inoxydable 347	Usinage CNC 5 axes
Clapet anti-retour du système de freinage	Acier Inoxydable 18-8 Cond B	Tournage de précision
Charnière des Rabats	Inconel 718	Fraisage CNC 3 axes
Piston de moteur	7075-T651 Aluminium	Tournage CNC conventionnel
Support pivotant	2024-T351 Aluminium	Fraisage CNC 4 axes

Et cette liste ne s'arrête pas là !

Les matériaux incorporés dans la fabrication comprennent l'aluminium, le titane, l'acier inoxydable, l'inconel, le Kovar et le cuivre. Les types d'usinage généralement utilisés dans la fabrication de pièces d'avion comprennent le fraisage CNC 3 axes, 4 axes et 5 axes, le tournage, l'usinage par électroérosion par fil (EDM), l'ébavurage, le micro-usinage et l'usinage par électroérosion (EDM).

Un exemple notable à cet égard est celui de Thompson Aero Seating, un fournisseur de solutions de sièges d'aviation en Irlande du Nord. L'entreprise a fait appel à un fournisseur de services d'usinage CNC pour fabriquer des rails de support en aluminium pour ses cadres de sièges professionnels dans le but de réduire les temps de cycle. Grâce à l'incorporation du fraisage CNC, les temps de cycle ont été réduits de 100 %, passant de 61 minutes à seulement 32 minutes ! De plus, une finition de surface supérieure grâce au fraisage CNC a permis d'éliminer les opérations d'ébavurage et de polissage.

Conclusion

Compte tenu des faits exposés dans cet article, le rôle central du prototypage et de l'usinage CNC est tout à fait évident. De l'obtention de tolérances précises à la réduction des temps de cycle, l'usinage CNC offre une solution complète. De plus, compte tenu de la quantité actuelle d'innovation induite dans l'industrie aéronautique, le prototypage CNC fournit toutes les étapes d'usinage nécessaires pour analyser en profondeur les performances, l'esthétique et la fabricabilité.