Prototypage CNC : précision, fiabilité et rapidité pour l'industrie aéronautique

Publié le 9 octobre 2020 | Par WayKen Rapid Manufacturing

Le développement de l'industrie aéronautique d'un pays reflète véritablement la qualité de son savoir-faire et son niveau de connaissances techniques. Les exigences de rigidité structurelle, de précision, d'exactitude, de qualité et de fiabilité sont critiques pour cette industrie. L'amélioration de la conception des aéronefs et l'accélération des cadences de production ont toujours représenté un défi majeur.

C'est pourquoi l'usinage et le prototypage CNC se sont imposés dans ce secteur. Les machines CNC, capables de respecter des tolérances serrées, offrent une excellente solution pour répondre à une multitude d'exigences tout en maintenant le rythme de production. Dans cet article, nous examinerons en détail les différents paramètres en jeu dans l'industrie aéronautique et comment la technologie CNC la révolutionne.

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

Selon un article de Lufthansa, il a fallu 6 millions de pièces pour construire le Boeing 747-800. La technologie CNC apporte plusieurs avantages majeurs à l'industrie aéronautique :

• Automatisation et flexibilité sont deux paramètres clés. Les lignes de production ne sont pas redondantes. La technologie CNC permet d'adapter rapidement les lignes pour diverses pièces, réalisant ainsi une grande diversité de processus d'usinage. Plusieurs processus CNC peuvent être effectués sur la même machine en un seul serrage, réduisant considérablement les temps de traitement et de production, augmentant ainsi les marges bénéficiaires et l'efficacité.
• De nombreux avantages pour la production de pièces : précision, répétabilité, rapidité et intégration CAO.
• Contrairement au fraisage manuel entièrement contrôlé par l'homme, où les variations entre copies sont importantes, les copies réalisées par fraisage CNC garantissent une réplique parfaite à chaque fois. L'intégration de la Conception Assistée par Ordinateur (CAO) dans les fraiseuses CNC permet de meilleures performances et des copies parfaites. On peut concevoir, modifier ou recaster n'importe quelle pièce avant production. Le design CAO peut être facilement ajusté, permettant la création de différents programmes qu'on alimente ensuite dans la machine CNC pour produire une copie physique de la pièce. Cela conduit à un prototypage rapide et facile.
• L'avancement technologique, tant dans le secteur commercial que militaire, a accru la demande d'aéronefs à qualité constante avec un minimum de défauts. Pour produire des copies parfaites de pièces avec précision et répondre à la demande d'entreprises comme Boeing, Lockheed-Martin, Vickers et autres, les machines CNC sont la meilleure alternative. Elles assurent cohérence et cohérence des pièces produites, permettant de fabriquer de meilleurs produits pour l'aéronautique. De nombreuses pièces aérospatiales doivent être produites à partir d'un seul bloc d'aluminium, de forge ou d'autres matériaux comme l'acier inoxydable et alliages à haute contrainte pour supporter de lourdes charges et assurer la résistance structurelle. Ces copies peuvent être facilement fabriquées en CNC avec peu ou pas de différence.
• La demande accrue des constructeurs aéronautiques a ouvert la voie à de nombreuses entreprises pour investir des millions dans les services d'usinage CNC, tant dans le secteur commercial que militaire. De grandes entreprises fabriquent d'énormes pièces aux dimensions atteignant 1270 mm de diamètre, 1524 mm de longueur, 1016 mm de largeur et 813 mm de hauteur. Le poids des pièces usinées CNC peut dépasser 45 kg. Ces prestataires peuvent s'équiper de telles machines à commande numérique géantes et fournir des pièces respectant des critères de tolérance stricts. Les tolérances concernent le planéité, la rondeur et la cylindricité : planéité jusqu'à ±0,00005 mm, rondeur de diamètre ±0,00127 mm, cylindricité ±0,025 mm. Ces tolérances serrées jouent un rôle majeur dans des pièces comme le train d'atterrissage, dont Raymer dit : « Parmi les nombreux composants internes à définir dans la conception d'un avion, le train d'atterrissage cause généralement le plus de problèmes. »
• Les tolérances sont cruciales là où la marge d'erreur dimensionnelle est minime. Des entreprises spécialisées investissent dans des équipements permettant de compléter la fabrication en un seul serrage.

Applications de l'usinage CNC dans l'industrie aéronautique

La complexité croissante des pièces des avions modernes exige une précision immense. Ce qui a commencé avec du bois, du fil et des matériaux basiques en 1903 a rapidement évolué vers l'utilisation de composites et métaux modernes. Les avions actuels impliquent des systèmes avioniques complexes, des systèmes hydrauliques de pointe, des surfaces de contrôle aérodynamiquement profilées, des systèmes de compensation, des onglets de commande et des systèmes moteurs révolutionnaires.

Alors que ces systèmes évoluent rapidement, il y a toujours besoin de pièces sur mesure pour améliorer les cellules existantes. Il n'est pas toujours viable de concevoir entièrement de nouveaux avions pour certaines améliorations. Pour augmenter la viabilité économique, on établit une liste de mises à niveau et de remplacements de pièces pour plusieurs gammes d'aéronefs. Les commandes de pièces sur mesure similaires sont ensuite regroupées, assurant compatibilité et économies. Par exemple, une ancienne flotte de Boeing 747 nécessitant une mise à niveau vers le dernier système de commande de vol électrique n'a pas besoin de refabriquer l'avion entier. On usine seulement les composants du système spécifique.

De même, les évolutions critiques nécessitent des tests intensifs. Le prototypage CNC aide grandement à cet égard pour fabriquer des pièces de composants structurels, d'avionique, de systèmes de propulsion et de pièces aérodynamiques.

Voici quelques pièces clés produites par usinage CNC :

Pièce	Matériau	Processus de fabrication
Logement d'aérofrein	Acier inoxydable 15-5PH Cond H1025	Fraisage CNC 5 axes
Réflecteurs pour feux d'aile	Aluminium 6061-T6	Fraisage CNC 5 axes
	Logement de soupape de commande du système de freinage	Aluminium 2024-T351	Fraisage CNC 4 axes
Siège de soupape 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 de volets	Inconel 718	Fraisage CNC 3 axes
Piston de moteur	Aluminium 7075-T651	Tournage CNC conventionnel
Support pivotant	Aluminium 2024-T351	Fraisage CNC 4 axes

Et cette liste n'est pas exhaustive !

Les matériaux incluent l'aluminium, le titane, l'acier inoxydable, l'Inconel, le Kovar et le cuivre. Les types d'usinage généralement utilisés : fraisage CNC 3, 4 et 5 axes, tournage, électroérosion à fil (EDM), ébavurage, micro-usinage et électroérosion par enfonçage (EDM).

Un exemple notable : Thompson Aero Seating, fournisseur de solutions de sièges aéronautiques en Irlande du Nord, a fait appel à un prestataire d'usinage CNC pour fabriquer des rails de support en aluminium pour ses structures de sièges business, dans le but de réduire les temps de cycle. Grâce au fraisage CNC, les temps de cycle ont été réduits de 100 %, passant de 61 minutes à seulement 32 minutes ! De plus, la finition de surface supérieure du fraisage CNC a permis d'éliminer les opérations d'ébavurage et de polissage.

Conclusion

Au vu des éléments de cet article, le rôle pivot du prototypage et de l'usinage CNC est évident. De l'atteinte de tolérances précises à la réduction des temps de cycle, l'usinage CNC offre une solution complète. De plus, compte tenu de l'innovation actuelle dans l'aéronautique, le prototypage CNC fournit toutes les étapes d'usinage nécessaires pour analyser de manière exhaustive performance, esthétique et fabricabilité.