Avec autant de pièces aérospatiales, comment garantir l'efficacité de l'usinage ?

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Posté en mai. 11, 2020, | Par WayKen Rapid Manufacturing

Le summum de la pensée et de l'ingénierie humaines est à juste titre réservé aux gigantesques machines volantes. Les fusées, les avions et les jets sont incroyablement difficiles à concevoir et sont encore plus difficiles à produire. C'est la raison pour laquelle il n'y a que 8 grandes entreprises dans le monde qui fabriquent des avions commerciaux en volumes considérables. Un avion, spatial ou simplement volant, compte plus de 500 000 pièces, dont une grande partie doit être extrêmement précise et durable. S'assurer que ces pièces ont la meilleure qualité et le meilleur coût est un objectif vital de l'usinage industriel aérospatial.

Problèmes avec la production de pièces aérospatiales

L'usinage de précision dans l'aérospatiale pose de nombreux problèmes. Tout d'abord, la multitude de pièces aérospatiales est constituée d'une grande variété de matériaux. Les éléments du moteur étant les plus cruciaux dans le travail de l'avion sont constitués d'alliages durcis résistants à la chaleur et extrêmement difficiles à usiner. Ces alliages conduisent mal la chaleur et donc la chaleur pendant le traitement s'accumule dans l'outil. Les alliages de nickel sont souvent vieillis ou autrement traités thermiquement, de sorte qu'ils sont très difficiles à usiner. La précision des pièces aérospatiales est beaucoup plus stricte par rapport à d'autres industries tandis que les géométries des pièces sont beaucoup plus complexes.

Outre les problèmes d'usinage directs, il existe de nombreux problèmes indirects. L'un d'eux comprend des normes de production. Avec l'industrie médicale, la production aérospatiale est l'une des plus réglementées au monde et il est difficile de répondre à toutes les exigences de qualité.

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Usinage efficace de pièces aérospatiales à parois minces

Le poids est extrêmement crucial pour les véhicules de l'espace aérien. Plus la conception est légère, moins elle consommera de carburant, c'est pourquoi les ingénieurs aérospatiaux conçoivent souvent des pièces avec des parois minces, des treillis, des toiles, etc. Classiquement, ils sont usinés à partir d'un bloc de métal solide coulé ou embouti et les déchets de ces pièces sont de 95%. Cependant, la faible efficacité des matériaux n'est pas le seul problème. Le véritable problème lors de l'usinage de telles pièces est la déformation due aux efforts de coupe élevés. Si vous augmentez trop l'avance et la profondeur de coupe, notamment avec les alliages de nickel, vous risquez de faire éclater les parois à cause des vibrations ou de les déformer à cause de l'excès de chaleur. Le résultat est généralement que vous coupez un petit copeau à une avance lente et le temps d'usinage total est incroyablement long.

Que pouvez-vous faire pour réduire le temps d'usinage et usiner des pièces aérospatiales à parois minces de manière compétitive ? La première chose à faire est de diminuer les vibrations. L'outil vibrant heurte une paroi mince et il se plie ou se fissure. Ainsi, afin de diminuer les vibrations, il est préférable de diminuer l'avance mais d'augmenter le nombre d'arêtes de coupe dans une fraiseuse (ou même d'utiliser plusieurs outils de coupe sur un tour). La stratégie de coupe optimale pour le fraisage de pièces aérospatiales à parois minces est le fraisage en avalant. Cette stratégie utilise une alimentation qui va dans le sens opposé à la stratégie de fraisage classique. Cela conduit à une force de coupe plus petite, à une meilleure finition de surface et, surtout, la fraise pénètre dans le matériau là où la paroi est la plus épaisse, de sorte que la vibration est beaucoup plus faible. Afin de contrer la surchauffe, il est nécessaire d'utiliser des arrosages progressifs à haute pression.

Trajectoires d'usinage trochoïdales pour réduire la surchauffe dans les alliages aérospatiaux

La surchauffe des pièces due à une mauvaise conduction thermique est un problème typique pour les pièces aérospatiales. Une stratégie d'usinage pour réduire l'accumulation de chaleur est appelée fraisage trochoïdal. Il utilise grandement les capacités des machines CNC pour suivre des trajectoires de coupe complexes. La stratégie trochoïdale utilise un petit moulin (plus petit que la coupe de toute façon) qui suit un chemin similaire à une projection latérale du ressort sur une surface plane. Une courbe - le moulin coupe, puis il revient pendant la deuxième courbe et coupe à nouveau le métal. Cette stratégie répartit le temps de contact entre l'outil et la pièce afin qu'il y ait un moment pour que les deux soient efficacement refroidis par les fluides de coupe. Le tournage trochoïdal est similaire au fraisage, utilisant de courtes séquences de coupe et de pause pour laisser les liquides de refroidissement faire leur travail et éviter la surchauffe. Une telle stratégie a beaucoup plus de parcours d'outils vides par rapport aux autres stratégies, mais elle annule cet effet en augmentant les vitesses de coupe et les avances. Chez Wayken, nous pouvons également proposer l'usinage EDM, qui peut peut-être éviter l'usinage de pièces.

Choisir les bons outils pour un usinage rapide

En ce qui concerne les machines-outils, les machines CNC jouent un grand rôle et s'appliquent largement à l'usinage de l'aluminium. L'un des moyens les plus importants d'augmenter l'efficacité de l'usinage consiste à choisir le bon outil de coupe. Si les alliages plus tendres sont bien analysés et que de nombreux fabricants proposent des solutions pour l'aluminium et d'autres alliages. Cependant, de nombreux matériaux aérospatiaux sont classifiés et le choix doit donc être fait sur place.

Les astuces pour un choix d'outils efficace pour les matériaux résistants à la chaleur doivent contrecarrer les propriétés négatives des matériaux. Ainsi, un outil parfait doit avoir peu de vibrations, doit être très dur et doit résister à des températures élevées pour avoir une durée de vie constante et fonctionner à des avances efficaces. Un exemple parfait d'un outil utilisé à de telles fins est l'outil de coupe au diamant. Les diamants artificiels sont plus durs et plus durables que les inserts en carbure et peuvent fonctionner à des températures plus élevées. L'usinage au diamant a ses spécificités mais il peut certainement être modifié pour répondre aux besoins des industriels de l'aéronautique. Outre les outils diamantés, les outils en céramique s'avèrent également très performants car ils peuvent travailler aux températures les plus élevées.

Afin de diminuer les vibrations des pièces usinées, il est important d'utiliser des fraises avec plus d'arêtes de coupe et un angle de goujure plus aigu. Ces fraises minimisent le temps et la distance parcourus par l'outil avant que l'arête de coupe suivante n'atteigne le matériau, diminuant ainsi les vibrations et avec cela, vous pouvez augmenter les paramètres de coupe pour plus d'efficacité.

Systèmes qui garantissent la qualité de l'usinage

Avant d'utiliser une stratégie et de commencer le traitement, il est important d'estimer si la qualité de la pièce peut être atteinte au moment souhaité. Comment prédire la tolérance finale, l'état de surface et le temps d'usinage avant de le faire ? Ce n'était pas possible il y a peu de temps, mais c'est maintenant dû à un rythme effarant auquel les techniques de modélisation mathématique se développent. L'analyse par éléments finis a atteint un niveau où vous pouvez simuler les processus de coupe avec une bonne précision. Ainsi, vous pouvez télécharger votre modèle et examiner les forces de coupe et la dissipation thermique réelles et leur influence sur la pièce finale. Vous pouvez voir les contraintes résiduelles, les déformations, etc., avant même d'installer une ébauche sur la machine-outil à commande numérique. Cette technologie offre de grands avantages pour prédire le résultat de l'usinage et diminue le temps restant pour les reprises.

Comment WayKen peut vous aider ?

Ici, nous avons investi massivement dans une technologie d'usinage CNC avancée et des machines multi-axes qui nous permettent de traiter facilement et rapidement des séries d'essai, des séries courtes personnalisées ou des séries de production à faible volume. Nous pouvons répondre à vos besoins en pièces usinées lorsque vous pouvez télécharger des fichiers CAO dès aujourd'hui pour un devis gratuit.