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L'USINAGE À GRANDE VITESSE SE SURPASSE

Mirel Scherer

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- Après quatre ans de travaux, le programme UGV Aluminium Composites fait son bilan.

Tout le petit monde de l'UGV (usinage à grande vitesse) était présent à la journée du 24 janvier 2008 au Cetim (Centre technique des industries mécaniques) de Senlis (Oise). Raison de cette effervescence : connaître les résultats du programme UGV Aluminium Composites (www.ugv-alu-composites.com) lancé en avril 2005. Une curiosité justifiée, tant les attentes des industriels sont grandes. Directeur industriel recherche et développement à l'usine Airbus de Nantes (Loire-Atlantique), Pascal Dublineau fait un inventaire rapide de ces besoins dans l'industrie aéronautique en prenant l'exemple de la fabrication de l'A350. « Nous serons confrontés à des cadences de production plus importantes, tandis que l'adoption du "tout composite" nécessitera de nouvelles méthodes de fabrication comme le perçage multimatériau (aluminium-composite). » Sans oublier la généralisation, allégement oblige, du composite dans la fabrication d'autres produits comme les bateaux ou les automobiles.

Les composites et le choix d'outils adaptés

Pour répondre à ces desiderata, les différentes équipes qui ont participé au projet se sont attelées à quatre tâches prioritaires. À savoir, l'amélioration des outils coupants et des lubrifiants, la résolution de problèmes vibratoires, la programmation de l'usinage, le développement économique ainsi que la sous-traitance et la formation.

Le programme, doté de 7,5 millions d'euros, est loin d'être une sinécure. La recherche de nouveaux outils s'apparente, par exemple, à un véritable casse-tête. « Il n'y a pas un composite mais des composites, chacun constituant un cas d'usinage spécifique », souligne ainsi Frédéric Le Nouvel de Synervia, le centre de ressources technologiques créé par des industriels pour assurer le transfert entre les laboratoires de recherche et les PME nantaises. Pour ce spécialiste, le choix des outils pour les composites doit tenir compte des caractéristiques de pièces (matériaux, morphologies, dimensions, etc.) et du type de fabrication et de moyens d'usinage.

Autre champ d'étude : les caractéristiques géométriques des outils. Les chercheurs de l'Irccyn (Institut de recherche en communications et cybernétique de Nantes) et de Synervia ont testé, à ce titre, l'influence de l'acuité d'arête (de 2 à 40 µm) sur les efforts de coupe. Les utilisateurs ont ainsi appris que le choix d'une acuité plus faible assure un gain de productivité sensible tout en réduisant les vibrations. Ce qui permet de limiter les efforts d'usinage et de prolonger la durée de vie des outils. « Nos développements futurs viseront l'usinage à sec de l'aluminium », ont précisé Grégoire Peigné (Irccyn) et Richard Tomasi (Synervia).

Ces recherches ont débouché sur des solutions pratiques. Ainsi FFDM-Thomas a développé une fraise en carbure monobloc dont l'acuité d'arêtes permet de prolonger sensiblement la durée de vie tout en offrant des performances d'usinage évoluées. L'outil est aujourd'hui qualifié chez Airbus pour l'usinage de l'aluminium. « Précisons d'ores et déjà que les outils, développés par les équipes de recherche en collaboration avec l'équipe de Didier Le Borgne d'Airbus Nantes, ont doublé leur durée de vie », assure Benoît Furet de l'Irccyn.

La broche, essentielle pour réussir l'usinage à grande vitesse, a fait également l'objet de recherches intenses. « Nous avons doté de capteurs une broche pour mesurer les déplacements du rotor par rapport au stator et identifier les faux-ronds statique et dynamique ainsi que les efforts de coupe », note Sylvain Laporte, ingénieur de recherche à l'Irccyn. Le résultat pratique ne se fait pas attendre là aussi sous la forme d'un laboratoire portatif d'analyse des broches. Baptisé Smartibox, il est en cours de validation actuellement avec Airbus Nantes.

Enfin, pour Stéphane Auger, chef de projet UGV au Cetim, une solution UGV aluminium ou composite ne doit pas se limiter qu'aux aspects technologiques. « Attention au mauvais choix technique et à un investissement mal justifié, qui peuvent être lourds de conséquences », explique l'expert en prenant l'exemple du coût des plaquettes amovibles. « La plaquette carbure non revêtue coûte 8 euros, la même revêtue diamant coûte 27 euros et la plaquette avec insert PCD est à 70 euros l'unité. Soit un rapport de 1 à 9 ! »

Les broches soumises à rude épreuve

La suite du programme s'annonce tout aussi alléchante. Le projet UsinAE (pour usinage aéronautique économique) pour n'en citer qu'un, vise le développement de nouvelles broches dont la durée de vie sera multipliée par 2,5. « Une broche à paliers magnétiques de S2M a été installée sur un centre d'usinage Meteor de PCI à l'usine Airbus de Méaulte [Somme] où elle sera "torturée" pendant un an par l'équipe d'Alexandre Crosnier, responsable méthodes, indique Benoît Furet. On saura ainsi s'il s'agit d'une véritable solution industrielle. En sachant que Fischer continue l'amélioration de ses broches à roulements et que les broches instrumentées s'ajoutent à la panoplie de l'usineur. Nous étudions de près également la surveillance automatique de l'usinage et des machines grâce à notre nouveau concept Smart Machining Method and System. »

Rendez-vous dans un an...

l'impact

- L'utilisation de plus en plus étendue de matériaux composites dans l'aéronautique, l'industrie automobile ou celle de loisirs (bateaux, etc.), soulève le problème de moyens et de méthodes de fabrication adaptées. D'autant plus que la recherche de gains de productivité ne fait que s'accentuer. Tout comme la pression écologique. - L'usinage à grande vitesse des alliages tendres comme les aluminiums et, surtout, des matériaux très abrasifs tels que les composites, sont donc à un tournant.

LES PARTENAIRES DU PROGRAMME

- La coordination scientifique du programme a été assurée par Benoît Furet, professeur d'université à l'IUT de Nantes (Loire-Atlantique) et chercheur à l'Irccyn. Le management industriel relève de Didier Le Borgne, responsable UGV à l'usine Airbus de Nantes.

Il a réuni : > Des industriels : Airbus, AOB, Bretagne Composites, Europe Technologies, Synervia, FFDM-Thomas, Num, Unil Opal, Vogel, SKF ; > Le Cetim ; > Les universitaires de la région Pays de Loire : Irccyn, École centrale et l'IUT de Nantes ; > Et d'autres partenaires spécialisés dans l'UGV, comme Asahi Diamond Industrial Europe, Huron, Precise, Seco, System 3R, Digital Way...

LES RÉSULTATS DU PROGRAMME UGV ALUMINIUM COMPOSITES

AUJOURD'HUI - Des nouveaux outils de coupe, qui allongent la durée de vie dans l'usinage de composites, apparaissent. - Des systèmes de microlubrification plus performants. - Des logiciels de surveillance automatique. DEMAIN - Des outils de coupe adaptés à l'usinage à sec de l'aluminium, des composites et des ensembles de matériaux différents. - Des broches d'usinage (comme la broche à paliers magnétiques de S2M et celles à roulements instrumentées de Fischer) plus résistantes, plus puissantes et plus rapides. - Des systèmes de commande de machines adaptatifs capables de les piloter intelligemment. - D'autres solutions d'usinage (avec robots ou machines à structure allégée).

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