Usinage des matériaux aéronautiques à faible usinabilité

Une assez grande variété de matériaux sont considérés comme ayant une faible usinabilité ; ce sont, notamment, les aciers durs, certaines variétés de fontes, les alliages haute température, les alliages de titane, les céramiques, certains matériaux composites, etc. Cet article concerne seulement les matériaux d’usage aéronautique, dont les applications requièrent l’enlèvement par usinage d’une grande quantité de matière pour passer d’une pièce brute de forgeage ou de moulage, à une pièce finie, le volume de matière à enlever par usinage atteignant 80 %. Ces matériaux sont essentiellement les superalliages et les alliages de titane, utilisés notamment pour la construction des turboréacteurs.

Les principales caractéristiques des turboréacteurs sont le rapport poussée sur masse et la consommation spécifique. Les chiffres les plus favorables sont atteints en utilisant des alliages de nickel et de cobalt (superalliages) pour leur résistance à haute température et des alliages de titane pour leurs propriétés spécifiques (rapport propriété sur masse volumique). Les superalliages représentent environ 55 % des matériaux utilisés dans les turboréacteurs et les alliages de titane environ 25 %. Ces matériaux présentent de grandes difficultés d’usinage et leurs évolutions, comme les nouveaux alliages issus de la métallurgie des poudres (MdP) ou les alliages monocristallins, vont généralement dans le sens d’amplifier ces difficultés.

Cependant, les impératifs de compétitivité demandent de produire les pièces avec des performances accrues de productivité et de qualité. Dans ce but, toutes les améliorations potentielles des procédés d’usinage conventionnels et non conventionnels doivent être considérées et évaluées.

Le sujet de cet article est d’analyser les spécificités d’usinage des superalliages et des alliages de titane, puis de considérer et commenter les développements des procédés d’usinage avancés comme la grande vitesse et l’assistance à la coupe, enfin de décrire les stratégies nouvelles d’optimisation des paramètres d’usinage. Des procédés d’usinage plus anciens mais qui, en regard des matériaux nouveaux, s’avèrent hautement productifs, sont également considérés.