IMTS 2018 : Maîtriser les meules de rectification avancées pour les superalliages aérospatiaux

Obtenez une compréhension plus approfondie de la meilleure façon de rectifier les matériaux superalliages. Si vous assistez à l'IMTS cette année, prenez note des multiples sessions de conférence axées sur la rectification haute performance — et voyez des techniques qui vous aideront dans vos opérations d'usinage quotidiennes.

Largement utilisés dans les secteurs aérospatial et énergétique, des 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 faibles.

« Les superalliages à base de nickel, qui constituent plus de 40 % du poids total d'un moteur d'avion, trouvent des applications dans les sections de la chambre de combustion et de la 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 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 « Rectification haute performance des superalliages à base de nickel » le mercredi 12 septembre à 10 h à l'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 rectification est élevée, pouvant endommager la pièce si elle n'est pas contrôlée. Cela peut également signifier que les pièces doivent être laissées à refroidir et à « déstresser » entre les opérations de dégrossissage et de finition.

Là où l'acier B1112 a un indice d'usinabilité de 100 %, la plupart des Inconels arrivent à 12 %, et le L-605 à haute teneur en cobalt (alias Haynes 25) se classe à seulement 9 % d'usinabilité. Pour ajouter l'insulte à l'injure, la rectification est généralement l'un des derniers processus effectués sur une pièce. Les dates de livraison client peuvent facilement glisser en cas de pièces rebutées 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 de rectification : Sélectionner la bonne meule pour les superalliages

Heureusement, il y a plusieurs façons de devenir un atelier de rectification haute performance, en commençant par la sélection des meilleures meules de rectification. 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 rectifier les 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 de rectification offrent des produits premium spécifiquement conçus pour les matériaux à base de nickel. Ce sont généralement un mélange céramique-alumine, qui en raison d'un liant friable mais solide génère une chaleur minimale et sont largement auto-affûtants.

« Seules des meules abrasives spécifiques qui peuvent enlever de la matière à faible puissance/forces de seuil et consommer une énergie spécifique inférieure dans la rectification de ces superalliages, peuvent survivre aux objectifs conflictuels de productivité plus élevée ainsi que de durée de vie de meule plus élevée dans un processus HPG [rectification haute performance] », note Varghese.

Parce que les superalliages sont gommeux et ont tendance à charger la meule, c'est un attribut important. Aussi important est le besoin d'un grain ouvert, ce qui aide à éliminer l'accumulation de chaleur qui mène à la vérification de chaleur et au microfissuration. Pire cas, une meule qui se charge et frotte la surface de la pièce au lieu de la couper peut causer ce qu'on appelle une couche blanche, un grand non-non dans le monde aérospatial parce qu'elle réduit l'intégrité de surface du matériau.

Bien sûr, le choix de la meule de rectification dépend de nombreux facteurs. Les opérations de rectification plane se comportent différemment de la rectification cylindrique — et la rectification cylindrique se comporte différemment de la rectification par plongée ou sans centre. Le superalliage réel en cours d'usinage et la quantité d'enlèvement de matière jouent aussi un rôle — où une meule CBN vitrifiée pourrait fonctionner le mieux pour le dégrossissage d'une forme d'engrenage biseauté en titane, la rectification par plongée de la forme de racine sur une pale de turbine Inconel appelle souvent une céramique avancée.

Le rôle du fluide de coupe et des fluides de coupe dans la rectification machine haute performance

Tout comme un grain ouvert, une meule friable est un bon point de départ pour rectifier les superalliages, de même qu'un fluide de coupe hydrosoluble de haute qualité, bien filtré et entretenu, de préférence avec des additifs soufre et/ou chlore pour fournir de la lubrifiance. Cela assurera un enlèvement de matière maximal sans le risque de dommages de surface induits par la chaleur. Cela dit, assurez-vous de vérifier avec votre client sur l'utilisation de fluides de coupe à base de soufre et chlore, car certaines entreprises aérospatiales restreignent leur utilisation en raison de la possibilité de corrosion intragranulaire.

Dans le cas des meules CBN, cependant, ou là où le client interdit l'utilisation de certaines huiles hydrosolubles, une huile droite devrait être utilisée, bien que ce soit admis pas aussi efficace pour enlever la chaleur qu'un fluide de refroidissement à base d'eau. Quel que soit le fluide, sa vitesse devrait dépasser celle de la vitesse de la meule mesurée à la surface de la pièce. Et si vous rectifiez une forme spéciale, la forme de la buse devrait correspondre à cette forme afin de fournir une couverture à 100 %. Finalement, parce que la rectification a tendance à casser les fluides en particules microscopiques, et parce que ces particules peuvent être cancérigènes, utilisez toujours un système de filtration d'air correctement dimensionné pour la sécurité de l'opérateur.

Choisir le bon dresseur de meule de support

Puisque les superalliages poussent les limites de tout processus de rectification, la fenêtre d'efficacité de la meule est souvent assez petite. Il peut donc être nécessaire de les changer en cours de processus, car le liant, le grain et la dureté utilisés pour le dégrossissage seront possiblement complètement inutiles pour la finition de précision. Comme tout opérateur de machine de rectification le sait, les changements de meule sont une réalité de la vie, mais pour des fins de production, une machine avec des capacités de changement de meule automatique vous rapprochera d'un grand pas du débit optimal.

Un autre grand pas est le dressage continu de meule. Des accessoires après-vente existent, bien que commander cette option sur votre prochain rectifieuse CNC soit probablement le meilleur pari, budget permettant. Pour les mêmes raisons que les grains ouverts, les meules auto-affûtantes sont les plus efficaces avec les superalliages, le dressage continu laisse la meule affûtée en tout temps. Les forces de rectification sont réduites, la finition de surface et la précision sont améliorées, et il y a peu de préoccupation sur la création de couches blanches ou d'autres types de dommages de surface à un composant aérospatial, nucléaire ou médical critique.

Si votre meule de rectification actuelle a une quinzaine d'années ou plus et que vous avez la charge de travail pour la soutenir, investissez dans une rectifieuse CNC moderne conçue spécifiquement pour le travail aérospatial exigeant. Avec des fonctionnalités comme le dressage automatique, la mesure de pièce intégrée, le changement de palette et la manipulation robotique de pièces — et le contrôle de mouvement multiaxes avancé, les machines-outils d'aujourd'hui valent bien l'investissement. Si vous voulez être un atelier de rectification haute performance, cela pourrait être l'endroit parfait pour commencer.

Avez-vous surmonté les problèmes courants dans la rectification des superalliages ? Partagez vos histoires.