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Auteur(s)
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Joël VIGNEAU : SNECMA - Département Matériaux et Procédés
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Lire l’articleINTRODUCTION
Une assez grande variété de matériaux sont considérés comme ayant une faible usinabilité ; ce sont, notamment, les aciers durs, certaines variétés de fontes, les alliages haute température, les alliages de titane, les céramiques, certains matériaux composites, etc. Cet article concerne seulement les matériaux d’usage aéronautique, dont les applications requièrent l’enlèvement par usinage d’une grande quantité de matière pour passer d’une pièce brute de forgeage ou de moulage, à une pièce finie, le volume de matière à enlever par usinage atteignant 80 %. Ces matériaux sont essentiellement les superalliages et les alliages de titane, utilisés notamment pour la construction des turboréacteurs.
Les principales caractéristiques des turboréacteurs sont le rapport poussée sur masse et la consommation spécifique. Les chiffres les plus favorables sont atteints en utilisant des alliages de nickel et de cobalt (superalliages) pour leur résistance à haute température et des alliages de titane pour leurs propriétés spécifiques (rapport propriété sur masse volumique). Les superalliages représentent environ 55 % des matériaux utilisés dans les turboréacteurs et les alliages de titane environ 25 %. Ces matériaux présentent de grandes difficultés d’usinage et leurs évolutions, comme les nouveaux alliages issus de la métallurgie des poudres (MdP) ou les alliages monocristallins, vont généralement dans le sens d’amplifier ces difficultés.
Cependant, les impératifs de compétitivité demandent de produire les pièces avec des performances accrues de productivité et de qualité. Dans ce but, toutes les améliorations potentielles des procédés d’usinage conventionnels et non conventionnels doivent être considérées et évaluées.
Le sujet de cet article est d’analyser les spécificités d’usinage des superalliages et des alliages de titane, puis de considérer et commenter les développements des procédés d’usinage avancés comme la grande vitesse et l’assistance à la coupe, enfin de décrire les stratégies nouvelles d’optimisation des paramètres d’usinage. Des procédés d’usinage plus anciens mais qui, en regard des matériaux nouveaux, s’avèrent hautement productifs, sont également considérés.
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5. Concept avancé d’optimisation des paramètres d’usinage
Les besoins d’amélioration de la productivité, de réduction des délais de fabrication, de diminution des coûts, d’obtention de haute qualité conduisent au concept « faire bien du premier coup ». Cela signifie que les conditions d’usinage doivent résulter d’une démarche ou stratégie construite et non de données génériques ou empiriques.
Pour cela, des développements sont en cours, notamment en France mais aussi au niveau ISO, pour établir des spécifications des données d’usinage, fondées sur le concept « Couple outil-matière » (COM). Il s’agit d’un ensemble de paramètres décrivant une opération d’usinage donnée, pour une matière donnée et avec un outil de coupe donné. Les principaux éléments de cet ensemble sont les suivants.
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Les paramètres de coupe limites sont :
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d’une part, les valeurs minimales et maximales de la vitesse de coupe et de l’avance, générant une énergie spécifique de coupe minimale ;
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d’autre part, les valeurs minimales et maximales de l’avance et de la profondeur de passe bornant la zone de copeaux maîtrisés.
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Les paramètres de liaison sont les coefficients de la relation de Taylor généralisée. Ils servent à calculer les interactions entre les paramètres précédents qui ne peuvent être utilisés simultanément à leur valeur maximale.
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Les paramètres auxiliaires prennent en compte rugosité, efforts de coupe, coefficients correctifs, etc.
Les spécifications décrivent également les méthodologies d’obtention des paramètres COM par essais d’usinage ou par calcul à partir de COM expérimentaux. Un objectif est d’obtenir une bonne fiabilité des données, rendant les COM échangeables entre fabricants d’outils et utilisateurs et entre utilisateurs. La disponibilité d’un COM permet le calcul des paramètres de coupe optimaux pour une opération d’usinage, en fonction :
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de critères préétablis comme coût minimal, production maximale, changement d’outils, copeaux segmentés, etc ;
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également, de critères de qualité comme rugosité, efforts, puissance machine, etc.
La façon...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - KRAMER (B.), HUET (J.F.) - The wear of Ceramic Tools - . Proceeding of NMARC, Conf. SME Toronto, Mai 1982.
-
(2) - VIGNEAU (J.) - Influence of the Microstructure of Composite Ceramic Tools on Their Perfomance when Machining Nickel Alloys - . Annals of CIRP, 1987. Vol. 36/1.
-
(3) - VIGNEAU (J.) - Reliability of Ceramic Cutting Tools. - Annals of CIRP, 1988. Vol. 37/1.
-
(4) - KRAMER (B.) - Theorical Consideration of Rare Earth Metal Compounds as Tool Materials for Titanium Machining - . Annals of CIRP, 1993. Vol. 42/1.
-
(5) - VIGNEAU (J.) - L’Usinage des Superalliages : - Les Entretiens de la Technologie, 1992, Paris, 1re Édition. Vol. 1.
-
(6) - EL BESTAWI (M.A.), EL WARDANI (T.I.) - Performance of Whiskers Reiforced Ceramic Tools in Milling Nickel Based Alloys : - Annals of CIRP, 1993. Vol. 42/1.
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