Conseils d’experts pour percer des trous dans des composants aérospatiaux.

Les composants aérospatiaux exigent un haut degré de précision

Les composants aéronautiques, tels que les trains d’atterrissage et les pièces structurelles, varient en taille, en complexité et en fonction. Cependant, le besoin de précision dans les composants aéronautiques est aussi exigeant que dans les secteurs de la fabrication médicale et automobile.

La précision est primordiale pour les fabricants de ces pièces : tout doit être fait correctement. Dans les airs, une défaillance peut être désastreuse.

En matière de perçage, les opérations peuvent être aussi simples que le perçage de petits trous, de trous transversaux extrêmement complexes, de trous profonds ou même d’une multitude de trous. Plus il y a de trous, plus la conversation passe de la manière de procéder à la manière de surmonter les défis et à la vitesse à laquelle une machine peut produire les trous.

Les experts donnent leur avis sur la manière efficace et efficiente de percer des trous de précision dans les composants aérospatiaux.

1. Faites vos recherches

La plupart des ateliers d’usinage partent du principe que le perçage, notamment, est une opération facile. Bien que cela puisse paraître simple au premier abord, le perçage pose de nombreux problèmes et considérations à résoudre pour garantir la précision des opérations.

« Commencez par faire vos propres recherches », a déclaré Slawomir Swierczek, directeur adjoint des ventes chez KITAMURA Machinery of USA, à Mount Prospect, dans l’Illinois. « Commencez à consulter des magazines ou des médias sociaux, parlez à vos pairs qui travaillent dans le secteur et profitez de plateformes comme l’IMTS et les salons professionnels pour faire des recherches. Présentez ces informations aux experts techniques. Ils vous donneront des recommandations. »

Toutes les machines ne sont pas conçues pour effectuer des opérations de perçage de haute précision. Les experts techniques et les constructeurs de machines peuvent fournir des recommandations de machines en fonction de l’application. Il est essentiel de s’assurer qu’une machine peut effectivement produire des trous avec la précision requise. Les ateliers d’usinage doivent sélectionner une machine en fonction de sa taille et de sa précision pour s’assurer qu’elle peut répondre aux exigences de perçage des grands composants aérospatiaux.

Le type de trou, le nombre de trous et les différentes caractéristiques du trou feront une différence dans la façon d’aborder l’opération. Par exemple, les trous borgnes et les trous traversants nécessitent des types de liquide de refroidissement différents. De plus, les débris qui se logent dans les trous borgnes et dans plusieurs trous d’affilée doivent être éliminés. C’est un élément à garder à l’esprit. Si le trou nécessite des opérations de finition supplémentaires, comme le taraudage ou l’alésage, ces débris dans le trou peuvent avoir un impact négatif sur la qualité du trou.

Il y a de nombreux éléments à prendre en compte pour garantir le bon déroulement des opérations de perçage. La compréhension des paramètres du projet aidera les ateliers à atténuer les problèmes potentiels généralement associés au perçage.

2. Sachez comment le matériau affecte les performances

Les matériaux aérospatiaux présentent un large éventail de caractéristiques qui posent des défis uniques.

Par exemple, le Ti-6Al-4V, un alliage de titane, est couramment utilisé pour les composants aérospatiaux et offre un rapport résistance/poids exceptionnellement élevé, une résistance à la fatigue et à la corrosion et la capacité de maintenir sa résistance à des températures élevées. Il est souvent utilisé pour des composants aérospatiaux à la fois légers et résistants. Dans la plupart des cas, cet alliage de titane a tendance à être plus facile à usiner que d’autres alliages de titane conçus pour l’aérospatiale.

Le Ti-6Al-4V est souvent utilisé pour les cellules, les aubes de compresseur, les disques, les fixations, les moyeux, les joints, les entretoises, les pièces structurelles et les composants complexes des moteurs à turbine.

Le Ti5553, ou Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr, est un alliage de titane 50 % plus résistant que le Ti-6Al-4V et doit être usiné avec un équipement rigide. Les experts s’accordent à dire que l’usinage de ce matériau nécessite une approche différente de celle des autres alliages de titane. Selon Swierczek, réduire la vitesse de coupe est un bon début, mais cela obligera les opérateurs à compter sur les forces de la machine pour pousser le foret. Travailler à basse vitesse avec ce matériau est essentiel pour éviter de créer des températures élevées. Une stratégie d’usinage axée sur l’amincissement des copeaux et une profondeur de coupe plus faible aidera à équilibrer la résistance élevée du matériau.

Le Ti5553 est généralement utilisé pour les trains d’atterrissage et les structures de cellule comme les composants du fuselage et des ailes.

« Les matériaux aérospatiaux, comme le titane et l’INCONEL, sont très chers », a déclaré Chad Brunn, responsable des applications chez NIIGATA Machine Techno USA, Elk Grove Village, Illinois. « Il est important de comprendre la charge exercée sur l’outil et les facteurs limitatifs qui conduisent à la perte d’une pointe ou d’un bord de coupe, car cela peut non seulement détruire le foret, mais aussi entraîner la mise au rebut de pièces très coûteuses. »

3. Comprendre la dynamique des machines

Le choix de la machine adéquate dépend souvent de la taille et de la forme des composants à usiner. Une fois que la taille de la machine est déterminée, les ateliers d’usinage doivent ensuite examiner d’autres caractéristiques et détails. La taille de l’outillage qui sera utilisé doit correspondre à la puissance de la broche qui va entraîner la perceuse, puis les spécifications de l’application aideront à déterminer le niveau de précision et de rigidité requis.

« Certaines machines peuvent produire des trous plus petits très rapidement », explique Swierczek. « D’autres sont conçues pour produire des trous extrêmement précis. Il s’agit en réalité d’adapter la taille de l’outillage requis à la broche adéquate. »

L’utilisation de machines à 5 axes pour l’usinage de composants aéronautiques est devenue monnaie courante, car ces machines permettent d’accéder à une variété d’angles différents et minimisent la nécessité de manipuler la pièce. Cela est particulièrement important pour le perçage de haute précision, où tout écart de position peut conduire à des trous hors spécifications.

En raison des tolérances et des précisions strictes requises pour les composants aérospatiaux, la mise en œuvre d’une machine 5 axes offre de nombreux avantages.

« Le positionnement et la précision sont parmi les plus grands défis des opérations de perçage », a déclaré Brunn. « C’est particulièrement vrai avec une machine à 5 axes, où vous travaillez avec cinq axes distincts. Vous devez vous assurer que tous sont dans le bon plan et positionnés correctement. »

C’est là qu’un centre d’usinage horizontal (HMC) prend tout son sens. Selon Brunn, la configuration d’un HMC permet à la gravité de jouer un meilleur rôle, en particulier lors des opérations de perçage. Ces machines offrent une bonne évacuation des copeaux et peuvent souvent accéder à quatre à cinq côtés lorsqu’elles fonctionnent avec une palette.

« Avec une table à tourillons HMC à 5 axes, la machine peut percer efficacement sur cinq côtés », a déclaré Brunn.

D’autres fonctionnalités qui peuvent offrir des avantages aux ateliers en matière d’opérations de perçage incluent les capteurs accéléromètres et le contrôle adaptatif.

Une conception de machine basse fréquence peut faciliter les opérations de perçage. Recherchez une cinématique de machine qui permet de tirer les palettes vers le bas sur la machine avec une faible amplitude de vibration.

L’ajout d’un capteur accéléromètre peut mesurer les niveaux de vibrations mécaniques et aider les opérateurs à comprendre la quantité de vibrations qui entre dans l’équation et à s’adapter en conséquence.

En ce qui concerne les palettes, les machines-outils actuelles varient en fonction du nombre de coupelles et de cônes utilisés pour placer la palette. Plus il y a de coupelles et de cônes, plus la configuration est rigide.

Le contrôle adaptatif, en ce qui concerne le perçage, peut détecter la charge appliquée à l’outil. Le système dispose d’une base de référence de la charge à appliquer et surveille le perçage de la machine. Il ralentira la vitesse ou arrêtera complètement le perçage pour limiter les dommages à l’outil ou à la pièce.

« Le contrôle adaptatif s’adapte aux conditions de coupe, ce qui est particulièrement important lorsque l’on travaille avec des pièces coûteuses », a déclaré Brunn.

4. Sélectionnez l’outillage approprié

Outre le choix et les performances des machines, le développement des processus est essentiel. Avec les matériaux conçus pour la fabrication de composants aéronautiques, le choix du foret adapté aidera un atelier d’usinage à s’assurer qu’il travaille avec les angles de coupe, la netteté et les revêtements appropriés.

« Vous ne voulez certainement pas vous retrouver dans une situation où vous devez percer 50 trous, mais le foret dont vous disposez n’en fera qu’une vingtaine avant que le bord ne s’émousse, créant une grosse bavure ou, dans le pire des cas, se brise à l’intérieur du trou », a déclaré Swierczek. « Maintenant, vous avez un problème encore plus grave car vous avez un foret coincé dans une pièce qui peut coûter des milliers de dollars. »

Pour éviter cela, les ateliers d’usinage doivent faire leurs devoirs avant de commencer en consultant les fabricants d’outillage sur l’application pour comprendre les limites de la machine et du foret.

Brunn a ajouté que si le choix d’outils appropriés est important, il est tout aussi important de s’associer à un fournisseur d’outils réputé. Le choix d’une perceuse générique et standard peut fonctionner dans certaines applications, mais lorsqu’il s’agit de composants aérospatiaux, un outil rigide de marque est préférable.

5. Assurez une installation rigide

Une configuration rigide est essentielle au perçage réussi des composants aérospatiaux.

« Un montage approprié fera toute la différence », a déclaré Swierczek. « Si vous ne maintenez pas correctement le composant ou si vous n’avez pas de support à l’arrière de l’emplacement du trou, en particulier avec les pièces à parois minces que nous voyons dans l’aérospatiale, vous rencontrerez alors des flexions et des déformations. »

Cela conduit à des trous qui ne sont plus parfaitement ronds, mais plutôt ovales. Dans les applications où la précision est primordiale, un montage rigide et spécifique à l’application peut faire la différence entre un bon ou un mauvais trou. (canadianmetalworking 13/01/2025)

Lindsay Luminoso, rédactrice en chef/éditrice numérique, peut être contactée à l’ adresse lluminoso@fmamfg.org .

Machinerie KITAMURA, kitamura-machinery.com

NIIGATA Machine Techno USA, niigatausa.com