Traditionnellement classée dans les procédés d’usinage lents et attaquée de toutes parts, en fraisage par l’UGV et en pièces de révolution par le tournage dur, la rectification se remet en cause. Par le biais d’un constructeur de machines outils et d’un de ses distributeurs, elle prouve, si besoin était, qu’elle a toujours son mot à dire et que tout n’a pas encore été inventé.

Viper au point ...
Le constructeur japonais de machines outils (centres d'usinage horizontaux, verticaux, machines EDM filaires et par enfonçage), Makino (T.934), présente son agent britannique, Ncmt (T.935), comme le leader mondial en matière d'application de la rectification "Viper" (Vitrified Performance Extreme Removal - Usinage à débit extrême avec des meules vitrifiées).

Cette technologie permet de produire des pièces en alliage à base de nickel, jusqu'à huit fois plus vite qu'en utilisant une meule classique en CBN (Nitrure de Bore Cubique). Makino-NCMT Grinding Division a été établie au Royaume-Uni pour commercialiser la technologie à travers l'Europe, principalement dans l'industrie.

Pour lancer cette initiative, la division a organisé des séminaires et des démonstrations sur cette technologie en juin dernier dans son centre technique de Middlemarch, près de Coventry. Parmi les orateurs invités, on remarquait les utilisateurs Rolls-Royce et Teleflex Aerospace (T.937) ainsi que le fabricant de meules Tyrolit (T.938).<

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Un grand pas,
de nombreux avantages
Comme nous venons de la découvrir, Viper est une méthode d'usinage à haut rendement utilisant des meules en oxyde d'aluminium. Cette technologie constitue un pas important dans le domaine de l'enlèvement de métal, par rapport aux méthodes de rectification traditionnelles. Ses applications sont essentiellement pour les super alliages à base nickel, mais aussi pour d'autres matériaux.<

br />Selon Alan Gibons de Ncmt, dans les applications courantes de rectification, le lubrifiant est dirigé vers et près du point de contact entre la meule et la pièce. Pour cette raison, la couche périphérique de la meule peut dévier le fluide de la zone qu'il devrait atteindre, car l'épaisseur de la barrière d'air est proportionnelle à la rugosité de la meule. De même, les meules à forte perméabilité peuvent influer sur cette barrière.

Il en résulte souvent un manque de liquide dans la zone où il est le plus requis.
Avec Viper, le liquide de refroidissement sous une pression de 1000 N/cm2 est dirigé radialement au plus près du point de contact d'une meule en oxyde d'aluminium à structure ouverte.

Ainsi, le liquide atteint la surface de la meule en traversant la barrière d'air et en assurant un flux continu, quel que soit le profil à exécuter, ce qui diminue la température de la pièce et de la meule imprégnée par le fluide. Pour y parvenir, la buse est articulée suivant 2 axes pilotés par la CNC de la machine. On note en outre une diminution des taux de dressage dans un rapport pouvant dépasser 2.

D'une manière générale, Viper apporte :
– Taux d'enlèvement matière très élevé ;
– Perturbations thermiques plus faibles qu'avec des meules CBN ou des outils céramique en fraisage et en tournage ;
– Economie sur les prix des consommables dans un rapport de 1 à 10 en comparaison au fraisage dans de l'Inconel ;
– Stabilité du procédé avec des machines robustes permettant leur automatisation sans surveillance.<

br />Sur ce dernier point, Makino a relevé le défi et développé une gamme de rectifieuses flexibles Viper convenant à de nombreuses applications. Toutes dotées d'une broche horizontale et de 5 axes continus, elles sont équipées, suivant les modèles, d'un dispositif de dressage de meule en continu et d'un changeur automatique à grande capacité pour les outils, les meules et les molettes de dressage. Un autre changeur est dédié aux buses d'arrosage, jusqu'à 6.

Ces machines multi-fonctionnelles permettent d'utiliser les outils rotatifs standards comme les fraises, les forets et les alésoirs. Ils se combinent avec les meules et les outils statiques du tournage, par exemple. La super finition, le honing et la mesure en ligne sont également possibles.<

br />Au chapitre des avantages, on remarque :
– Amélioration de la productivité ;
– Réduction des effectifs ;
– Flexibilité accrue ;
– Réduction des coûts de production ;
– Création d'un potentiel d'amélioration des profits.<

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Que cachent les super abrasifs ?
Un des axes de travail de Hans Noichl de chez Tyrolit est de réduire la température dans la zone de contact entre la meule et la pièce : Contrairement à une fraise ou une scie circulaire, les éléments coupants d'une meule sont répartis de manière aléatoire. Même si les forces appliquées sur chaque grain d'une meule CBN sont plus élevées que dans le cas d'une meule en oxyde d'aluminium, elles restent tout de même faibles.

Il en résulte une usure des grains qui s'émoussent plutôt que de s'auto-affûter. Ainsi, les performances de coupe de ces meules réduisent au fur et à mesure que leur rugosité s'affine. C'est de cette constatation qu'est venue l'idée d'améliorer les performances des meules en Al2O3 avec dispositif de dressage continu. Par ailleurs, des essais effectués par Tyrolit ont montré que le liquide d'arrosage avait une influence réelle sur le nettoyage des meules et sur l'évacuation des calories.<

br />Avant, lors de l'usinage de pieds de sapin de grande largeur, un seul profil de meule complet était utilisé avec les mêmes spécifications. Grâce à Viper, les ébauches sont réalisées à l'aide de 4 meules différentes aux profils et conditions de coupe optimisés. La finition est confiée, pour sa part, à une seule meule qui couvre l'ensemble du profil.<

br />D'une manière générale et dans les alliages à base de nickel et de cobalt, on peut dire que l'utilisation des meules CBN se justifie pour les rainures très fines et difficiles d'accès avec un taux d'enlèvement de métal modéré. En revanche, les meules en oxyde d'aluminium conviennent à tous les types d'usinage et génèrent un taux d'enlèvement matière élevé.<

br />Pour conclure et répondre à la question posée dans le sous titre, derrière les super abrasifs se cachent un centre de rectification flexible et une technologie Viper.

Briser les règles
Les aubes de turbine pour moteurs d'avion sont des pièces complexes, délicates et non prismatiques. Avec l'arrivée des nouveaux moteurs, la température de fonctionnement a encore augmenté et les alliages à base nickel utilisés pour leurs composants sont de plus en plus difficiles à usiner.

Par ailleurs, les séries sont plus petites et plus variées et les stocks doivent rester faibles. Il fallait donc trouver de nouvelles solutions pour s'adapter à ces conditions, en particulier au niveau de la rectification. Trois types majeurs de cultures peuvent être recensés dans une entreprise. Le 1er consiste à travailler seul dans le concept "vivons heureux, vivons caché". Il engendre un état de survie.

Le second réalise des innovations à hauteur de 2% qui ne sont considérées que comme des évolutions. Enfin, le dernier consiste à développer de véritables marches technologiques de 10 à 20% par an, ce qui sous-tend de réelles créations et augmente les profits. C'est dans cette dernière configuration que se place Gordon Moore, co-fondateur de Intel, qui double les performances de ses processeurs tous les 2 ans.

Le tableau ci-dessous illustre les avancées technologiques de la rectification dans les alliages à base Nickel et, en particulier, le bond effectué depuis la naissance de la technologie Viper associée à "Hscd" High Speed Continuous Dressing - Dressage continu à grande vitesse :
Avec un partenariat de plus de 10 ans avec Ncmt, Rolls Royce a opté pour les centre d'usinage à broche horizontale Makino dont 10 sont en production dans l'atelier.

La proximité d'un distributeur local appuyé par le service R&D du constructeur a été jugée la solution la plus constructive. Les machines standards fournies sont maintenant adaptées à la rectification et au fraisage ... elles permettent de réaliser les pièces avec un minimum de posages... Tout est nouveau et amélioré : procédés, équipements, programmes, production, compétitivité et profits. Les règles sont brisées.

Avant, après ...<

br />La société américaine Teleflex Aerospace est spécialisée dans la fabrication de pièces forgées et dans les usinages de pièces pour le médical et l'aéronautique telles que les rouets de compresseurs, les aubes mobiles, les distributeurs et les carters moteurs.<

br />Phil Chadwick, Directeur de fabrication chez Teleflex rapporte que les centres de rectification Makino Viper sont capables de réaliser des pièces avec une seule machine alors qu'il en fallait jusqu'à 10 auparavant pour effectuer les mêmes opérations. Il en résulte des gains très importants au niveau des investissements, des temps de cycle globaux, de la précision obtenue, de la quantité des opérateurs et de la surface au sol nécessaire.

Par ailleurs, ces machines ne sont pas dédiées à un seul produit et conviennent aussi bien pour des aubes de turbine d'une longueur de 30 mm que de 200 mm. L'usinage complet d'une aube de turbine HP est réalisé en moins de 12 minutes. Cela comprend le pied de sapin et l'autre extrémité, chargée de l'étanchéité au niveau du carter. Des rayons de 0,19 mm sont effectués avec une tolérance de ± 0,015 mm.

Les vitesses d'avance sont de 1,6 m/min pour l'ébauche et de 2 m/min pour la finition avec une vitesse tangentielle de la meule de 35 à 40 m/sec.

Le show
Six centres d'usinage Makino, chacun avec sept axes à commande par calculateur, ont été mis à disposition pour les séminaires. Parmi elles, le modèle A99-5XR-CD a fait la démonstration d'usinage en une seule passe d'un disque de turbine, y compris la rectification de la forme complète de la fente d'emmanchement.

Une première mondiale, selon le constructeur. Egalement présent, le Makino A100-5XR-CD avec des courses de 1700 x 1350 x 1400 mm a montré comment un grand corps de turbine peut être usiné, en utilisant une combinaison de rectification et de fraisage. Les logiciels associés développés par Makino-NCMT Grinding Division étaient également présentés, y compris un module pour la rectification d'engrenages.<

br />Comme nous venons de le voir, la rectification des super alliages vient de faire un bond spectaculaire en avant, reléguant loin derrière les autres procédés d'usinage. Alors, on se prend à rêver et on se dit que les alliages de titane pourraient peut être, eux aussi, bénéficier de ces avancées technologiques ... Les paris sont ouverts ...