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29/11/2017 - MATTHIAS ROBBE

SOLUTIONS DE L'ETINCELAGE
DANS LE SECTEUR AERONAUTIQUE


L'industrie aéronautique est un marché en plein essor. Mais les alliages qu'elle utilise ne sont pas toujours faciles à usiner. Quelques-unes des présentations lors de la conférence de Louvain portaient spécifiquement sur les matériaux de l'aéronautique.


Erosion de c1023

A l'université de Bilbao (Espagne), on a étudié quels paramètres ont le plus d'influence sur l'érosion de C1023, un superalliage de nickel. Ce matériau est notamment employé dans les aubes de guidage de turbines. Comme ce matériau est difficile à usiner, on utilise l'électro-érosion par enfonçage pour la réalisation de crans de sécurité avec un rapport de forme élevé dans ces aubes. Les chercheurs espagnols en concluent que l'usure de l'électrode est optimale lorsqu'on travaille avec une combinaison de courant élevé, de durée d'impulsion élevée et de faible tension. Cette combinaison donne aussi le meilleur temps d'usinage.


Electro-érosion d'inconel

Des chercheurs de l'université technique chinoise de Shandong ont étudié l'électro-érosion par fil d'Inconel 718, autre superalliage fréquemment utilisé dans l'industrie de la turbine. Ils ont notamment examiné la relation entre la qualité de la surface et l'énergie d'étincelage. L'électro-érosion par fil d'Inconel est, en effet, une technologie attractive p.ex. par rapport au fraisage ou au meulage, entre autres pour les formes complexes. Dans la pratique, la qualité de la surface cause toutefois assez bien de problèmes. Sur un Sodick A280 L, les chercheurs chinois ont effectué des tests avec de l'eau déminéralisée en guise de diélectrique. Ils ont tout d'abord constaté que le sens dans lequel on travaille a peu d'impact sur la rugosité de surface obtenue. Si on réduit la quantité d'énergie d'étincelage, la rugosité de la surface s'améliore, en revanche, fortement (de 3,75 à 1,25 µm). Et si on réduit encore la quantité d'énergie de l'étincelle lors de l'usinage final, on limite l'apparition de la fine couche blanche typique après le processus d'électro-érosion. Ce constat vaut par ailleurs aussi pour d'autres matériaux. Le processus d'électro-érosion n'est donc pas différent pour l'Inconel 718.


Temps de production Réduit de moitié

Troisième matériau de l'aéronautique évoqué dans les présentations: le MAR-M247, un alliage beaucoup utilisé aussi dans l'industrie de la turbine. L'IWF, un institut de recherche de l'Université Technique de Berlin, s'est chargé de cette étude. L'industrie de la turbine utilise ce matériau car il permet une température et une pression plus élevées dans le moteur à réaction d'un avion, ce qui est nécessaire pour réduire la consommation de carburant. De profondes cavités sont réalisées dans les composants avec l'électro-érosion par enfonçage. L'université de Berlin a procédé aux tests sur un Genius 1000 de Zimmer&Kreim du Fraunhofer IPK. MTU Aero Engines était impliqué en tant que producteur de composants de turbines. Le but de l'étude était d'optimiser le processus de production de ce dernier. En guise de diélectrique, on a utilisé du IonoPlus IME-MH d'Oelheld. On a travaillé avec des électrodes de graphite. Jusque là, il fallait à MTU Aero Engines 48 minutes au total pour réaliser les crans. Avec la nouvelle technologie, ce temps est plus que réduit de moitié, avec seulement 21,9 minutes. La durée d'impulsion et le courant de décharge sont les deux principaux paramètres pour optimiser le processus. Les chercheurs ont aussi prouvé qu'un espace plus large entre la pièce et l'électrode garantissait un meilleur rinçage, ce qui accélère le processus total. La rugosité de la surface, qui est restée bonne avec une valeur Ra inférieure à 6,3 µm, n'en pâtit pas. D'après les chercheurs allemands, la réduction de moitié du temps de production n'est pas encore le maximum possible. De nouvelles recherches sur la durée d'impulsion optimale pour chaque étincelle et l'adaptation dynamique de celle-ci pendant l'usinage pourraient encore réduire le temps de production.


Conclusion: beaucoup De recherche nécessaire

Ces trois exemples illustrent l'une des remarques du professeur K. Rajurkar dans son exposé lors de la session d'ouverture. “Nous ne comprenons toujours pas parfaitement le phénomène de l'espace d'étincelage. Nous ignorons comment l'énergie est distribuée." Cela exige davantage de recherche, notamment parce que les matériaux difficiles à usiner sont de plus en plus utilisés. Le professeur Rajurkar recommande une surveillance plus intensive de l'espace d'étincelage. Il suggère pour l'usinage de matériaux avec une faible conduction thermique, comme les alliages de titane, de d'abord préfraiser les produits et puis seulement de passer à l'électro-érosion pour la finition. “Cela réduit le temps de production de moitié." Le professeur Rajurkar attend beaucoup des processus hybrides, auxquels travaille entre autres la KU Leuven sous la houlette du professeur Bert Lauwers. Au Japon, Sodick planche notamment sur la combinaison d'électro-érosion par enfonçage et de meulage sur une même machine.