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Réduire les vibrations lors de l’usinage de pièces pour l’aéronautique

La fraise CoroMill® MH20 de Sandvik Coromant est optimisée pour les pièces à grand porte-à-faux ~ Les ingénieurs en charge de l'usinage des pièces pour l'aéronautique n'ont pas le droit à l'erreur. Les normes de contrôle qualité de ces pièces sont extrêmement rigoureuses, et cette exigence est amplifiée par l'utilisation d'outils longs pour usiner des poches étroites et profondes. Ici, Sangram Dash, Gestionnaire d'application produit pour le fraisage indexable chez Sandvik Coromant, explique comment la nouvelle CoroMill® MH20 pour le fraisage grande avance peut permettre une production sans erreur des pièces pour l'aéronautique.
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Les vibrations dues à l'usinage peuvent entraîner des imperfections superficielles, qui affectent la qualité finale des pièces aéronautiques.

L’usinage de pièces pour l’aéronautique est un défi. Les fabricants produisent des pièces avec des fonds et des parois minces, des poches profondes et des angles serrés. Ces caractéristiques exigent un outil de coupe légère, qui offre une grande stabilité en opération et maintient un contrôle stable, particulièrement lors de l’utilisation d’outils longs pour fraiser des poches étroites et profondes.

La capacité d’un outil à usiner de grands porte-à-faux est une exigence importante lors du fraisage de poches étroites et profondes, ce qui est souvent le cas lors de la production de pièces typiques des pièces structurelles de l’aéronautique comme les longerons. Ces pièces sont souvent faites en titane forgé, une matière difficile à usiner dans laquelle les problèmes de vibrations sont fréquents, surtout avec de grandes longueurs de porte-à-faux d’outil.

Les vibrations d’usinage peuvent entraîner des imperfections superficielles dans la pièce, ce qui affecte la qualité du produit final. Les vibrations posent d’autres problèmes : l’épaisseur des copeaux ne reste pas constante et, de ce fait, les forces de coupe varient elles aussi. Les vibrations peuvent, dans certains cas, provoquer la rupture de la plaquette ou de l’outil.

Moins d’angles

Pour relever ce défi, Sandvik Coromant a élaboré CoroMill® MH20, une nouvelle fraise à grande avance conçue principalement pour le fraisage de cavités, ou poches, dans les matières ISO S, M et P.

De par sa conception, CoroMill® MH20 intègre plusieurs innovations, en particulier le nouveau matériau de corps de fraise utilisé pour les corps à queue cylindrique qui permet de minimiser l’usure pendant l’usinage. Ce matériau réduit le frottement et le coincement des copeaux, qui se produisent lorsque des contraintes ou des forces de coupe élevées créent une déformation plastique sur le siège de la plaquette. Les caractéristiques de CoroMill® MH20 permettent de prolonger la durée de vie de l’outil.

Les ingénieurs de Sandvik Coromant ont tenu compte des exigences strictes de l’aérospatiale lors de la conception de l’outil. Il peut notamment effectuer des opérations variées, ce qui permet de réduire le nombre d’outils nécessaires et, par conséquent, les manipulations d’outils et les changements d’outils en machine. Les temps de cycle s’en trouvent également réduits et l’économie de la production améliorée.

De plus, Sandvik Coromant a introduit pour la première fois avec les concepts de fraisage grande avance des géométries de plaquettes spécifiques adaptées à différents groupes de matières ISO afin d’offrir plus de sécurité des process et plus de productivité. Contrairement aux concepts de fraises conventionnels équipés de plaquettes à quatre arêtes, CoroMill® MH20 possède des plaquettes à deux arêtes. Cela présente l’avantage d’éloigner la zone de coupe de la partie la plus faible des plaquettes afin d’offrir plus de fiabilité et de résistance à l’usure. En outre, lors de l’usinage contre des épaulements ou dans des angles, l’autre arête des plaquettes est protégée et pourra offrir des performances égales lors de l’indexage.

La géométrie des arêtes de coupe de la fraise CoroMill® MH20 est une autre spécificité innovante. La conception inclinée de l’arête offre une action coupante graduelle et légère, qui consomme moins d’électricité, et est donc adaptée à l’utilisation de machines plus petites. La ligne d’arête optimisée de la principale arête de coupe et le rayon d’angle de la plaquette offrent une plus grande sécurité de process.

Usinage de précision

Un client historique de Sandvik Coromant, un sous-contractant de l’aéronautique, rencontrait des problèmes lors de l’usinage de pièces à mandrins longs et fins pour les avions. Un mandrin est une pièce rotative qui se fixe à l’hélice et supporte l’alésage qui glisse sur l’arbre de l’hélice afin que l’alésage puisse tourner librement et de manière stable. Les mandrins, nouvellement introduits chez le client, se sont avérés difficiles à usiner en raison de leurs dimensions excentriques et parfois extrêmes, et étaient parfois impossibles à tourner.

En conséquence, les poches fraisées dans la pièce en alliage Inconel étaient parfois décentrées de deux à trois millimètres. En outre, l’outil existant chez le client présentait une durée de vie très faible et produisait de nombreux rebuts, ce qui laissait supposer une connexion défaillante entre la machine et l’outil. Dans certains cas, les composants du mandrin se pliaient même, car la fraise poussait sur la pièce au lieu de découper la matière.

On a identifié le tournage-fraisage comme solution, qui consiste à faire tourner la pièce autour de son point central. Cette technique de fraisage est souvent recommandée dans les cas où les formes d’un produit s’écartent considérablement de celles d’un fraisage conventionnel, comme ce fut le cas pour les mandrins. Cependant, lorsque le client a essayé le tournage-fraisage, il a rencontré des problèmes de vibrations.

Pour résoudre ces problèmes, Sandvik Coromant a recommandé d’utiliser CoroMill® MH20 pour l’opération de tournage-fraisage. La fraise a été choisie pour son action de coupe très légère afin d’éviter la déformation de la pièce, tout en procurant un prix par arête plus compétitif. CoroMill® MH20 s’est intégrée facilement dans la configuration du client. Mais, autre défi, le client n’avait jamais utilisé la technique du tournage-fraisage auparavant. Les spécialistes de Sandvik Coromant ont travaillé en étroite collaboration avec le client pour lui expliquer la technique et lui donner des recommandations et des instructions pour le programme de fraisage à commande numérique par ordinateur (CNC).

CoroMill® MH20 a été utilisée pour usiner l’Inconel 718 et l’A286, un alliage à base de fer très résistant et présentant d’excellentes caractéristiques de fabrication, qui sont tous deux des matières populaires dans l’aéronautique. L’outil a fonctionné à une vitesse de coupe (vc) de 40 m/min, une avance par dent (fz) de 0.3 mm/dent et une profondeur de coupe axiale (ap) de 0.5 mm. Il était essentiel que CoroMill® MH20 soit plus performante que l’outil existant chez le client en seulement 30 minutes d’usinage, afin d’éviter tout risque de vibrations.

Au final, CoroMill® MH20 a démontré que sa durée de vie était prolongée. En outre, l’outil présente l’avantage de réaliser une coupe très légère, qui permet un usinage précis, impossible avec l’outil précédent, et qui peut être obtenu avec des paramètres de coupe plus élevés et dans un temps d’usinage plus court de 30 minutes. Enfin, CoroMill® MH20 y est parvenu avec une ou deux dents de moins que l’outil concurrent.

La solution de coupe de Sandvik Coromant a ouvert de nouvelles opportunités d’usinage de poches au sous-contractant de l’aéronautique. En passant à la CoroMill® MH20, ce client a bénéficié d’une durée de vie d’outil nettement plus longue et de process d’usinage plus sûrs et sans vibrations. Grâce à ces avantages, l’outil de coupe s’est avéré utile pour l’usinage de précision de matériaux difficiles, notamment en cas de grands porte-à-faux, et en particulier pour répondre aux normes de contrôle qualité des pièces aéronautiques.

Pour plus d’informations sur la fraise à avance rapide CoroMill® MH20, consultez son site web.

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