Composite ou aluminium :pourquoi les avions de ligne modernes choisissent des matériaux légers

Pour réduire le poids et améliorer l'efficacité, les avions de ligne de dernière génération, comme le Boeing 787 et l'Airbus A350, utilisent davantage de matériaux composites que d'aluminium. Cependant, l'aluminium est plus facile à travailler et nettement moins cher, il restera donc un matériau aérospatial important dans un avenir prévisible, en particulier dans les applications moins lourdes et moins critiques en termes de résistance à la fatigue.

Deux domaines en particulier qui utiliseront l'aluminium pendant longtemps sont les boîtiers avioniques et les composants intérieurs. Ceux-ci sont généralement moulés, suivis d'un usinage limité des surfaces de montage et des trous. Voici un aperçu plus approfondi des processus de moulage et de leurs avantages.

Matériaux pour la réduction de masse

La masse est le principal problème de la conception et de la fabrication aérospatiale. Plus la structure est légère, plus les moteurs sont petits, plus le rendement est élevé et plus la charge utile est importante. La masse est minimisée en sélectionnant des matériaux présentant un rapport résistance/poids élevé, autrement dit une résistance spécifique ou une résistance par livre.

Le plastique renforcé de fibres de carbone (CFRP) est à la fois solide et léger, et son utilisation dans les structures d'avions est en augmentation. Cependant, il est également coûteux à produire et à utiliser, ce qui laisse la porte ouverte à d'autres matériaux comme l'aluminium.

Le titane est un autre matériau doté d’une résistance spécifique élevée. Mais encore une fois, c'est cher et difficile à couler et à usiner.

Le magnésium et l’aluminium ont des rapports résistance/poids similaires, mais l’aluminium est plus résistant à la corrosion et ne présente pas les risques d’incendie du magnésium. Il est produit dans une large gamme d’alliages, classés en sept séries. La série 7xxx est souvent appelée aluminium aérospatial, bien que d'autres alliages soient également utilisés, en fonction des besoins spécifiques de l'application.

Une autre caractéristique avantageuse de l’aluminium est qu’il peut être anodisé. Il s'agit d'une méthode permettant d'augmenter les niveaux d'oxydation de surface pour augmenter la dureté et conférer un aspect attrayant, sans ajouter de revêtement.

Méthodes de moulage pour composants aérospatiaux en aluminium

La minimisation de la masse nécessite un processus de moulage capable de produire des sections fines et des détails fins. Cela exclut le moulage au sable de la considération, laissant :

• Casting d'investissement
• Moulage en coque
• Coulage en moule permanent

Voici un aperçu des caractéristiques pertinentes de chacun

Casting d'investissement

Un processus de moulage consommable dans lequel une « coquille » de moule en céramique est formée sur un motif en cire. Le moulage de précision est destiné aux pièces pesant jusqu'à 30 lb et peut produire des formes complexes avec des parois minces et des caractéristiques rentrantes tout en maintenant des tolérances serrées et en formant des surfaces lisses. La complexité du processus fait qu'il prend tout son sens lorsqu'il est important de minimiser à la fois l'usinage et la masse.

Moulage coque

Dans ce processus, un motif est recouvert d'une coque extérieure en résine de sable. Le moule est généralement constitué de deux moitiés qui sont reliées pour former la cavité du moule. Une fois le métal solidifié, le moule est brisé. Le moulage en coque peut produire des pièces plus grandes que le moulage de précision, mais il est limité en termes de niveau de détail et de complexité. La finition de surface n'est pas aussi bonne que celle du moulage de précision.

Coulage en moule permanent

Celui-ci utilise des matrices métalliques pour former les pièces, le métal liquide circulant sous gravité. Des temps de cycle courts sont possibles et un refroidissement rapide augmente la résistance des pièces, mais l'outillage est coûteux. Ensemble, ces éléments font du moulage en moule permanent un processus à grand volume. De plus, il n'est pas capable d'obtenir les détails les plus fins que le moulage de précision peut obtenir.

Fonderie d'aluminium pour l'aérospatiale

L'aluminium offre l'équilibre optimal entre masse, complexité des pièces et coût pour les boîtiers avioniques et les composants intérieurs tels que les supports et l'ameublement des sièges. Les nuances telles que la série 7xxx offrent une résistance élevée, ainsi qu'une bonne usinabilité et une bonne résistance à la corrosion.

Ces pièces, ainsi que d'autres, comme les corps de pompes hydrauliques, sont facilement produites par moulage, ce qui permet d'atteindre les objectifs de réduction de poids tout en minimisant l'usinage. Le moulage à modèle perdu atteint la plus grande précision et complexité, mais le moulage en coque et le moulage en moule permanent sont des alternatives, en fonction de la géométrie de la pièce et des quantités requises.

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