Usinage CNC pour l'aérospatiale :le guide professionnel complet

Comparé au déplacement au sol, voler est plus difficile et complexe car il implique de se déplacer dans l’atmosphère terrestre. Quel que soit le type d'avion, qu'il soit destiné au transport aérien commercial, à la défense ou à l'aviation spatiale, on prend en compte la durabilité et l'efficacité des différentes pièces de l'avion.

Produire des géométries complexes de pièces d’avion avec une grande précision nécessite expertise et aptitude. En d'autres termes, produire des pièces pour l'industrie aérospatiale ne permet pas d'erreurs humaines.

L'usinage CNC aérospatial implique l'utilisation d'outils et de composants assistés par ordinateur pour produire et entretenir des pièces d'avions et d'espace. Il s'agit d'une méthode de fabrication informatisée qui déplace les outils de coupe à l'aide d'un code et d'un logiciel préprogrammés.

Bien que de nombreuses industries utilisent la CNC pour fabriquer des pièces et des produits, l’industrie aérospatiale est l’une des plus délicates, avec une marge d’erreur nulle. De plus, les fabricants obtiennent les mêmes résultats avec les machines CNC quelle que soit la quantité produite, qu'il s'agisse d'une seule pièce ou de milliers de pièces.

Quels matériaux sont utilisés dans l'usinage aérospatial ?

L’usinage aérospatial est un processus adaptable. Cependant, tous les métaux et plastiques ne sont pas idéaux pour fabriquer des pièces aérospatiales. Vous trouverez ci-dessous les matériaux utilisés dans les pièces usinées pour l'aérospatiale.

Aluminium et alliages d'aluminium

L'aluminium est l'un des métaux les plus utilisés pour l'usinage de pièces aérospatiales, principalement en raison de sa haute résistance à la traction et de son poids léger. De plus, l'aluminium est très malléable, ce qui le rend simple à usiner pour les machines CNC.

L'alliage d'aluminium le plus populaire pour l'usinage CNC dans l'industrie aérospatiale est l'aluminium 7075, dont le principal composant d'alliage est le zinc. Il offre une bonne résistance à la fatigue. Le matériau a été utilisé pour produire plusieurs composants d'ailes, de fuselage et de structure de support.

Les alliages d'aluminium pour avions 4047 (gainage/remplissage), 6951 (ailettes) et 6063 (structural) sont également usinables. Par conséquent, les alliages de la série 6000 sont généralement considérés comme plus faciles à usiner que les autres.

Titane et alliages de titane

L’aérospatiale est le secteur qui utilise le plus d’alliage de titane au monde. Le métal fonctionne bien à haute température, résiste à la corrosion et présente un bon rapport résistance/poids. L'utilisation du titane dans la fabrication aérospatiale est devenue monnaie courante.

Les avions commerciaux et militaires comme l'Airbus A380 et le Boeing B787 et les hélicoptères comme le F-22, le F/A-18 et l'UH-60 Black Hawk ont tous besoin de quantités importantes de ce matériau pour leurs différentes pièces. Les composants des cellules et des moteurs à réaction en titane comprennent des disques, des pales, des arbres et des carters.

Il peut être plus difficile d'usiner CNC le titane car il est plus dur que l'aluminium, ce qui entraîne souvent une usure des outils et une accumulation de chaleur, ce qui pourrait déformer le matériau. Par conséquent, l'usinage du titane dans le secteur aérospatial doit s'effectuer à un régime machine inférieur et avec une charge de copeaux plus élevée.

Plastiques techniques

En raison de leur poids incroyablement faible, de leur excellente résistance aux chocs et aux vibrations, de leurs capacités d’étanchéité et de leur résistance chimique, les plastiques pourraient constituer une alternative précieuse aux métaux. De plus, par rapport aux métaux, ils offrent une meilleure isolation électrique et sont idéaux pour l’usinage de prototypes CNC. Le PEEK, le polycarbonate et l'Ultem sont des polymères hautes performances utilisés dans l'usinage aérospatial.

Les plastiques techniques aérospatiaux peuvent être usinés CNC pour créer des pièces d'avion telles que des intérieurs de cabine, des plateaux, des coussinets d'usure, des accoudoirs, des tableaux de bord rétroéclairés, des composants de vannes, des boîtiers, des tubes et une isolation.

Tous les plastiques techniques ne sont pas idéaux pour une utilisation dans l'usinage CNC aérospatial, car les polymères aéronautiques doivent respecter des normes particulières en matière de toxicité, de fumée et de flamme. C'est donc un facteur crucial.

Avantages de l'utilisation de l'usinage CNC pour les pièces aérospatiales

L'usinage CNC convient parfaitement à la fabrication de pièces d'avion en raison de ses nombreux avantages. Parmi ses avantages figurent :

Créer des composants légers

Le poids est un facteur crucial dans les sections technologiques qui volent. L'usinage CNC peut créer des structures et des composants à parois minces à partir de matériaux robustes mais légers pour répondre à ce besoin. Cela le rend idéal pour une utilisation dans l'industrie aérospatiale pour la fabrication de pièces et de composants.

Erreurs minimales de pièces

Les pièces fabriquées à l’aide de méthodes de fabrication traditionnelles/conventionnelles sont sujettes à des défaillances en raison d’erreurs dimensionnelles introduites en raison de l’élément humain impliqué. Cependant, avec l'usinage CNC de précision, ce n'est guère le cas, car ce processus de fabrication garantit que les pièces aérospatiales sont conformes à des normes strictes de taille, de tolérance et de performance, garantissant ainsi des performances élevées tout en évitant la défaillance des pièces.

Haute précision et précision

La précision est la marque de l’usinage CNC, car elle crée des pièces d’une grande précision et cohérence. Les machines CNC sont précises à quelques micromètres près, avec une infime marge d’erreur. L'utilisation de l'usinage CNC dans l'industrie aérospatiale garantit la production de pièces qui s'adaptent avec précision aux pièces d'avion, évitant ainsi une défaillance générale des pièces et la perte de propriété qui en résulte.

Cohérence et efficacité

L'usinage CNC augmente l'efficacité de la fabrication lorsqu'il est utilisé dans l'industrie aérospatiale. Ce processus est automatisé, augmentant la vitesse de production et réduisant le temps tout en garantissant que les pièces produites sont précises et cohérentes. Avec cette précision et cette cohérence, les déchets sont minimes et les pièces produites doivent rarement être retravaillées en raison d'imprécisions dimensionnelles.

Processus d'usinage pour l'aérospatiale CNC

L'industrie aérospatiale a une forte demande de pièces d'une précision extrême, un usinage de précision aérospatial est donc nécessaire. La raison en est que la plupart des pièces ont des conceptions et des géométries complexes. Il existe différents types de machines CNC, mais pour une haute précision, l'industrie aérospatiale utilise deux principales opérations de machines CNC.

Fraisage CNC de précision

Il s'agit d'un processus d'usinage multi-axes qui implique l'utilisation d'une fraiseuse pour produire des pièces. La machine utilisée pour cette production se déplace le long des axes linéaires conventionnels X, Y et Z et des axes de rotation A et B, permettant ainsi la création de formes et de géométries complexes.

S'il est possible d'utiliser une fraiseuse CNC à 3 ou 4 axes lors de l'usinage de pièces aérospatiales, il est préférable d'utiliser une fraiseuse CNC à 5 axes car elle peut travailler jusqu'à 5 directions de la pièce en une seule opération. Cela aide les fabricants à réduire les erreurs et les délais de livraison. De plus, les outils de coupe utilisés dans les machines CNC à 5 axes tournent à des vitesses élevées, garantissant ainsi l'exactitude et la précision des pièces.

Le fraisage CNC facilite la production de précision de pièces aérospatiales telles que les trains d'atterrissage, les composants électriques et les transmissions.

Tournage CNC de précision

Cette procédure, également connue sous le nom d'usinage soustractif, consiste à retirer de la matière pour générer la forme souhaitée. Le processus de production par tournage de précision maintient les barres de matériau en forme de coin et tourne. Ce processus se poursuit jusqu'à ce que le matériau atteigne la forme souhaitée.

Le tournage de précision CNC est un processus détaillé et complexe permettant de créer des pièces aérospatiales de formes cylindriques. Il est également important de noter que ce processus est très précis, car l'ordinateur contrôle la vitesse et la position de l'outil et du matériau utilisé.

Le tournage de précision CNC produit des pièces aérospatiales telles que des vis, des écrous, des filetages, des broches de connecteur, des fixations et des arbres.

Finitions de surface typiques pour les pièces d'avion CNC

Bien que différentes finitions de surface soient disponibles pour les pièces usinées CNC pour l'aérospatiale, toutes ne sont pas idéales pour une utilisation sur les composants d'avions. L'industrie utilise quatre types lorsqu'il s'agit de choisir entre différents traitements de surface.

Anodisation

Ce type de finition de surface consiste à immerger la pièce aérospatiale dans une solution électrolytique, créant ainsi une couche d’oxyde uniforme à la surface de la pièce. Il existe deux types d'anodisation utilisés sur les pièces aérospatiales ; type II et type III.

L'anodisation de type II forme une couche décorative à la surface de la pièce. Cette couche est souvent mince, laissant la surface et la pièce aérospatiale sensibles à la corrosion et à l'abrasion lors de l'exposition. D'autre part, l'anodisation de type III forme une couche de revêtement dur plus protectrice sur la surface de la pièce.

L'anodisation de l'aluminium comme finition de surface protège les pièces aérospatiales de la corrosion et améliore leur résistance.

Passivation

La passivation est une méthode de post-traitement fréquente utilisée dans l'usinage CNC de l'aérospatiale pour améliorer la fonctionnalité et la qualité de surface des produits. La surface de la pièce peut contenir des micro-rugosités ou des impuretés de surface après le processus d’usinage, ce qui pourrait avoir un effet négatif sur les performances de la pièce dans le temps. Cependant, avec la passivation, ces défis ne posent plus aucun problème, car le processus améliore la résistance à la corrosion des pièces aérospatiales et réduit le besoin de maintenance.

Polissage

Le polissage est l’un des traitements de surface idéaux pour les pièces aérospatiales. Il s’agit d’une procédure simple qui utilise l’idée de l’abrasion pour rendre n’importe quelle surface lisse. Le processus commence souvent par la surface de la pièce aérospatiale la plus grossière et progresse jusqu'à obtenir une finition de surface lisse et attrayante.

De plus, le polissage peut augmenter la durabilité d’un matériau aérospatial. Pour ce faire, il réduit les risques d’écaillage ou de fissuration. Par contre, le polissage des pièces aérospatiales prend beaucoup de temps et peut être coûteux.

Revêtement en poudre

La finition de surface la plus courante pour les pièces métalliques aérospatiales est le revêtement en poudre, et sa renommée est due à sa diversité fonctionnelle et à sa durabilité. Les pièces aérospatiales revêtues de poudre résistent aux rayures et à la décoloration avec le temps.

De plus, cette finition de surface offre une large gamme de couleurs pour offrir aux fabricants de pièces aérospatiales une plus grande flexibilité et améliorer l'esthétique.

Conseils à connaître lors de l'usinage de pièces aérospatiales

L'usinage CNC de pièces aérospatiales est une tâche ardue. Cependant, voici quelques conseils à garder à l'esprit pendant le processus ou avant de vous rendre dans un atelier d'usinage CNC pour l'aérospatiale.

Exécuter une simulation

Avant de lancer de véritables productions de pièces aérospatiales, utilisez un logiciel de simulation d'usinage CNC pour vous assurer que tout est parfait du début à la fin. Avec un logiciel de simulation, vous pouvez visualiser le fonctionnement de vos pièces aérospatiales avant de vous engager dans la production.

Utilisez la bonne machine et les bons outils de coupe

Il existe plusieurs machines CNC et outils de coupe, mais tous ne sont pas idéaux pour usiner des pièces aérospatiales. C’est pourquoi il est préférable de disposer des outils et des machines adaptés au travail. Il est souvent préférable d'utiliser d'énormes broyeurs à grande vitesse créés expressément pour cette tâche afin d'augmenter la taille de votre équipement.

Découper la production en pièces spécialisées

Considérer un produit comme une unité peut paraître intimidant, il est donc préférable de diviser les lignes de production. En fonction des qualités et des composants du produit, divisez le système de production en parties spécialisées. Lorsque vous choisissez l'équipement approprié pour la tâche à accomplir, cela contribue à simplifier la production de pièces aérospatiales.

S'engager à adopter une conception appropriée

La phase de conception est l’une des étapes les plus importantes du développement d’un produit. Une conception correctement conçue pour l'usinage peut permettre de gagner du temps nécessaire à la préparation des pièces, augmentant ainsi la productivité, l'efficacité et la fiabilité.

Applications de l'usinage CNC pour l'aérospatiale

Le secteur aérospatial a de nombreuses utilisations de l'usinage CNC, les suivantes étant les plus populaires.

Connecteurs électriques :L’usinage CNC facilite la production du système électrique de l’avion, qui est un composant essentiel. La production du système électrique de l'avion dépend souvent de ses contraintes de poids et d'espace.

Composants de vanne  :Ces minuscules composants ont des applications répandues dans le secteur aérospatial, et les vannes usinées CNC garantissent la précision des pièces et des opérations efficaces et sécurisées.

Composants de génération d'oxygène  :L'usinage CNC facilite la production de systèmes de sécurité solides, résistants à la température, légers et générant de l'oxygène.

Arbres :Dans les applications aéronautiques, les arbres jouent un rôle clé dans la transmission de puissance. L'usinage CNC améliore la production d'articles solides fabriqués à partir de matériaux résistants à la chaleur.

D'autres applications de l'usinage CNC pour l'aérospatiale incluent les pièces de cabine, les nervures d'aile, les composants de fuselage, les actionneurs, les commandes de mouvement, les carters de moteur, les composants de train d'atterrissage, les disques et les corps de filtre.

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FAQ

Existe-t-il des exigences particulières en matière de finition de surface pour les composants aérospatiaux d'usinage CNC ?

Oui, jusqu'à un certain point, l'usinage CNC peut atteindre des tolérances incroyablement serrées, permettant diverses qualités de surface fréquemment requises pour les applications aérospatiales.

La précision est-elle importante lors de l'usinage CNC de pièces aérospatiales ?

Un aspect essentiel de la production de pièces aérospatiales est l’usinage de précision. Cette industrie a des normes de production très élevées et des règles de sécurité plus strictes pour l'usinage CNC de pièces d'avion.