Technologies d'usinage de matériaux de pointe

Les experts en usinage de matériaux du CNRC développent des technologies d'usinage à haute performance et à vitesse élevée pour réduire les coûts et améliorer la production de pièces usinées destinées à l'industrie aérospatiale. Les technologies qui font actuellement l'objet d'études comprennent notamment le meulage super-abrasif, l'usinage par laser et par vibration, l'usinage à sec et à la lubrification minimale. Les experts effectuent aussi des travaux pour améliorer l'exactitude des machines-outils et le rendement des outils de coupe et pour optimiser les procédés d'usinage à l'aide d'outils de simulation et de modélisation.

Usinage à grande vitesse et à haute performance

Les experts du CNRC utilisent leur centre d'usinage Makino A88E à grande vitesse pour améliorer l'usinage de pièces monolithiques et à parois minces en alliages d'aluminium, en alliages de titane et de nickel, en aciers inoxydables et en composites. Des stratégies d'usinage à haute performance sont en cours d'élaboration en vue de réduire les coûts et d'accélérer la production de pièces de haute qualité. Le centre d'usinage, qui effectue le fraisage, le perçage, l'alésage et le rodage de pièces complexes, permettra également au Canada d'acquérir de l'expertise en matière de meulage super-abrasif, une technologie d'intérêt pour l'industrie aérospatiale, car la haute conductivité thermique de super-abrasifs comme le diamant et le nitrure de bore cubique permet un meulage plus profond causant moins de dommages sur le plan thermique. De plus, les meules ont une durée de vie plus longue et peuvent effectuer le meulage à une plus grande vitesse. Des études sont actuellement en cours pour intégrer cette capacité de meulage aux autres procédés d'usinage du centre Makino.

Tournage à haute performance

Les matériaux utilisés par l'industrie aérospatiale, comme le nickel, le titane, les alliages intermétalliques et les aciers à haute résistance, sont difficiles à usiner parce qu'ils conservent leur résistance et leur dureté à des températures élevées. À l'aide de son centre de tournage Boehringer NG200 qui compte 6 axes et 2 broches, le CNRC élabore des stratégies de tournage à haute performance en vue de couper plus efficacement ces matériaux. On étudie également de nouvelles technologies, comme le tournage par laser, qui utilise un faisceau laser pour chauffer et ramollir le matériau avant de le couper et de l'usiner.

Dynamique et simulation des procédés d'usinage

Tous les systèmes de machinerie et d'outillage présentent des caractéristiques dynamiques qui influent sur le procédé de coupe. La performance des machines-outils, par exemple, est souvent limitée par les vibrations de type broutement, qui diminuent la qualité de la surface et réduisent la durée de vie de l'outil. Ces caractéristiques varient grandement et sont difficiles à prévoir avec exactitude par les méthodes traditionnelles. Le CNRC étudie la dynamique des procédés d'usinage afin d'identifier des moyens de traiter efficacement le broutement grâce à sa prévision et à son élimination. On utilise des outils de simulation et de modélisation de pointe afin d'optimiser les procédés d'usinage en choisissant les paramètres d'usinage et les outils de coupe appropriés, en diminuant la durée de l'usinage et en réduisant l'utilisation des outils. On utilise la modélisation par éléments finis du procédé d'usinage pour prévoir les contraintes résiduelles, la formation de bavures et d'autres paramètres qui influent sur le rendement.

Équipement

Centre d'usinage Makino A88E :

• Unité de contrôle : FANUC 16i – MA;
• Centre d'usinage horizontal à grande puissance et à grande vitesse, comptant 5 axes;
• Broche : vitesse maximale (18 000 tr/min), puissance maximale (50 kW), cône (HSK100A);
• Vibration de la broche : 2 µm pic-à-pic à 12 000 tr/min;
• Capacité du magasin à outils : 40 outils;
• Taille maximale des pièces à usiner : Φ1000 mm x 1300 mm;
• Poids maximal des pièces à usiner : 1200 kg;
• Nombre de palettes : 2 avec un temps de changement de 17 secondes;
• Axes : 3 axes linéaires et 2 axes rotatifs;
• Déplacement linéaire : X (900 mm), Y (800 mm), Z (970 mm);
• Axes rotatifs : 360 degrés, bidirectionnels;
• Exactitude linéaire : positionnement (± 2 µm), répétabilité (±1 µm);
• Accélération linéaire maximale : 0,5 G;
• Vitesse d'avance maximale par axe : 50 m/min;
• Poids maximal de l'outil : 20 kg;
• Longueur maximale de l'outil : 690 mm;
• Diamètre maximal de l'outil : 125 mm quand les casiers adjacents sont pleins; 300 mm quand les casiers adjacents sont vides;
• Système auxiliaire de mesure de l'outil et dispositif de mesure de la pièce usinée;
• Système de refroidissement : pression de refroidissement réglable entre 250 et 1000 lb/po².

Capacité de meulage :

• Buse de meulage rétractable;
• Dresse-meule rotative montée sur table;
• Système de filtrage permanent permettant de séparer des débris de 10 µm.

Centre de tournage Boehringer NG200 :

• Unité de contrôle : Siemens – SINUMERIK 840D;
• Machine à fonctions multiples, comptant 6 axes et 2 broches;
• Espace de travail : longueur maximale de tournage (850 mm), distance maximale entre les broches (1000 mm), diamètre de passage sur le banc (600 mm), diamètre maximal de tournage avec outils externes (300 mm);
• Vitesse d'avance maximale : 25 m/min;
• Broche principale : vitesse (4000 tr/min), puissance (40 kW), conicité (8);
• Broche secondaire : vitesse (4500 tr/min), puissance (36 kW), conicité (6);
• Déplacement linéaire : X (220 mm), Y (50 mm), Z (950 mm), broche secondaire (700 mm), poupée porte-pièce (950 mm);
• Tourelle d'outils : capacité (12 outils); puissance (5 kW); vitesse maximale (4000 tr/min).

Équipement auxiliaire :

• Machine d'ajustement pour outils de coupe au carbure, en acier à haute résistance et en cermet avec régulation automatique de la température de chauffage et bobine d'induction jusqu'à 1 po;
• Machine d'équilibrage (équilibrage sur deux plans);
• Système de lubrification minimale;
• Système d'usinage par laser;
• Système de mesure de la rugosité des surfaces, du profil et de la topographie (série Talysurf S4C);
• Système d'aspiration sous vide pour recueillir les débris pendant l'usinage des composites.