Des pièces en aluminium usiné pour un poids réduit et un avenir plus durable

Les constructeurs automobiles et aéronautiques sont confrontés à des changements profonds. Les nouvelles réglementations environnementales et les attentes des consommateurs en matière de respect de l'environnement demandent de nouveaux moyens de transport avec peu d'émissions, voire pas du tout.
L'aluminium pourrait être une solution pour répondre aux contraintes désormais imposées à l'industrie manufacturière. L'aluminium est en effet un des matériaux les plus légers au monde, presque trois fois moins lourd que le fer, tout en étant à la fois résistant et peu sensible à la corrosion. De plus, il peut être réutilisé à l'infini. Il est possible de le refondre encore et encore sans qu'il se détériore ni que ses propriétés mécaniques s'altèrent. Avec le développement du recyclage et de son efficacité, environ 75% de tout l'aluminium jamais produit est encore utilisé aujourd'hui, ce qui représente un atout considérable pour le développement durable.

Usinage des alliages d’aluminium dans l'industrie automobile

Vidéo : Des fraises pour l'usinage de l'aluminium dans l'automobile
Les voitures électriques ont le vent en poupe, mais il s'écoulera encore beaucoup de temps avant que le moteur à combustion interne ne quitte définitivement la scène. Avec les efforts de réduction des émissions polluantes et de consommation de carburant, l'utilisation de matières plus légères dans la fabrication de moteurs à combustion interne devient un impératif. Les groupes motopropulseurs des voitures européennes comportent environ 80 kg d'aluminium pour différentes pièces de moteurs et de boîtes de vitesses, ainsi que pour des éléments de suspension et des carters, ce qui en fait un excellent candidat pour les efforts de réduction du poids. Le remplacement des éléments traditionnellement faits en fonte par des alliages d'aluminium permet de réduire le poids des moteurs de voitures de 40 à 55 %, même en tenant compte de la moindre résistance de l'aluminium par rapport à la fonte grise. Plusieurs éléments des transmissions, par exemple les carters de boîtes de vitesses, les dispositifs électriques, les bras de suspension et les essieux, sont des exemples d'utilisation de l'aluminium.
Des solutions d'outillage spécifiquement conçues pour le secteur automobile et pour les fabricants de machines-outils permettent de rendre les opérations d'usinage plus efficaces. La gamme des fraises M5 est conçue pour l'usinage de l'aluminium dans l'automobile. Elle couvre toutes les opérations, de l'ébauche à la super finition et offre une qualité optimale avec un coût à la pièce réduit.
Fraises M5 pour les matières ISO N :

• M5Q90 est un concept de fraise d'ébauche conçu pour préusiner les surfaces des blocs moteurs et culasses en aluminium coulé brut de fonderie en une seule opération, sans bavures. L'outil est fiable et à une longue durée de vie.
• La fraise M5R90 est le premier choix pour les opérations d'ébauche et semi-finition avec fraisage d'épaulements sur des pièces automobiles en aluminium telles que des blocs cylindres, des culasses et des boîtiers de transmission.
• Le concept de fraise à surfacer M5B90 est un outil très efficace pour la super finition de culasses, de blocs-moteurs et d'autres pièces en aluminium qui nécessitent un grand engagement de l'outil dans la matière. L'usure de l'outil est régulière est la durée de vie est longue, même à grande avance.
• Le concept M5C90 est basé sur M5B90 et offre la même action de coupe fluide, exempte de bavures, rayures ou ruptures. Les plaquettes indexables sont positionnées de manière décalée. Ce qui distingue la fraise à surfacer M5C90 est la rangée de plaquettes d'ébauche supplémentaire positionnée tangentiellement sur le diamètre extérieur.
• M5F90 est une fraise à surfacer spécialisée dans l'usinage de pièces en aluminium à parois minces en une seule passe ; elle peut aussi servir au fraisage de méplats et aux opérations qui demandent un grand engagement de l'outil dans la matière.

Matières ISO N

Les matières non-ferreuses comprennent l'aluminium et d'autres matières comme le magnésium, le cuivre et les alliages à base de zinc. L'usinabilité de ces matières varie principalement en fonction de la teneur en Si. L'aluminium hypoeutectique est le type le plus courant ; sa teneur en Si est inférieure à 13%.

Pendant longtemps, les blocs moteurs ont été faits en fontes alliées, des matières résistantes, peu coûteuses et résistantes à l'usure. Avec le développement des moteurs et leur complexification, de nouvelles matières sont utilisées pour réduire le poids, augmenter la robustesse et augmenter la résistance à l'usure. Les matières les plus courantes utilisées pour les blocs moteurs actuellement sont des alliages d'aluminium en raison de leur légèreté et de la facilité de moulage.

Outils pour les opérations d'alésage de cylindres dans des pièces en fonte ou en aluminium avec chemises de cylindres en fonte :

• B685 Alésage stable et productif de cylindres, de l'ébauche à la semi-finition
• B687 Alésage finition stable et productif de cylindres
• B681 Alésage ébauche stable et productif de cylindres
• B683 Alésage semi-finition stable et productif de cylindres

Les pièces automobiles sont produites en grandes séries et comportent de nombreux trous de géométrie complexe, ce qui justifie l'utilisation d'outils de perçage optimisés offrant une productivité maximum et une longue durée de vie, ainsi qu'un faible coût au trou.
Outils rotatifs monoblocs pour l'usinage de trous dans l'aluminium :

• CoroDrill® 400 est un foret à goujures droites pour les trous complexes à plusieurs diamètres, avec chanfrein et avec différents rayons ; l'écart entre les diamètres peut être important dans la plage de 3 à 25 mm (0.118–0.984 pouces). Ce foret donne d'excellents résultats en termes de débit copeaux, de rectitude des trous et d'état de surface.
  
• CoroDrill® 430 est un foret carbure monobloc à goujures hélicoïdales pour l'usinage de trous existants. Il offre un excellent contrôle de la taille et de la rectitude des trous dans des conditions difficiles.
  
• Le taraudage par déformation est la méthode de filetage de prédilection dans l'aluminium. Les tarauds par déformation CoroTap® 400 ne produisent pas de copeaux et sont le premier choix pour cette application.
  

Indications pour le perçage de l'aluminium

1. Les bavures et l'évacuation des copeaux peuvent poser problème. La durée de vie de l'outil peut aussi être réduite à cause de l'adhérence de la matière. Recommandations : Pour une meilleure formation des copeaux, utiliser une faible avance et une grande vitesse.
2. Pour prolonger la durée de vie de l'outil il peut être nécessaire d'essayer différents types de revêtements afin de réduire l'adhérence. Les revêtements diamant sont efficaces, mais dans certains cas (en fonction du substrat) il est préférable d'utiliser une nuance non revêtue.
3. Autres : Utiliser une émulsion ou un brouillard d'huile à pression élevée.

Usinage des alliages d’aluminium dans l'aéronautique

Image : Fraise RAL90 pour l'aluminium et nervures d'ailes d'avions

L'usinage de pièces en aluminium pour l'aéronautique nécessite des process d'usinage stables et fiables avec de grandes vitesses de coupe et des débits copeaux élevés. Pour obtenir de bons résultats, les forces de coupe doivent être faibles. La puissance consommée et les vibrations sont ainsi réduites et les états de surface produits sont de meilleure qualité.
Il y a plusieurs sortes de pièces en aluminium dans les avions, par exemple les longerons, les revêtements et les nervures. Les nervures d'ailes, par exemple, montrent quelques unes des difficultés de l'usinage telles que les parois et fonds minces, les poches 2D et l'importance des outils équilibrés. Sandvik Coromant propose un grand choix d'outils pour un usinage rentable de pièces structurelles de qualité en aluminium.
Usinage de parois minces
La stratégie d'usinage des sections à parois minces doit varier en fonction de la hauteur et de l'épaisseur de la paroi. Le nombre de passes doit être déterminé par les dimensions de la paroi et la profondeur de coupe axiale.
Utiliser les techniques à grande vitesse, à savoir une petite ap/ae et une grande vc pour faciliter le fraisage de parois minces car cela réduit la durée d'engagement de l'outil et, par conséquent, l'impulsion et la déflexion. L'usinage par sauts décalés pour soutenir la paroi lors des passes en recouvrement s'utilise lorsque l'épaisseur de la paroi par rapport à sa hauteur est de 15:1 à 30:1.
Usinage de poches avec la fraise à détourer à grande vitesse RAL 90
La fraise RAL90 pour l'aluminium est conçue pour donner de très grands débits copeaux. Le corps de fraise est très résistant et possède des logements de plaquettes optimisés qui offrent une stabilité exceptionnelle lors du fraisage à grande vitesse. C'est un outil idéal pour l'usinage de l'ébauche lourde à la semi-finition de poches dans des pièces structurelles en alliages d'aluminium dans l'aéronautique.
Dans les applications qui demandent des débits copeaux très élevés, la nouvelle fraise RAL90 Super MRR peut atteindre des vitesses de rotation très élevées, de l'ordre de 33 000 tr/min pour un diamètre DC de 50 mm (23 500 tr/min pour la fraise RAL90). Cela représente un gain de productivité de 40%.
Fraisage de l'aluminium avec des outils carbure monobloc
Lorsque des diamètres plus petits sont nécessaires, les outils en carbure monobloc sont la solution. Avec des géométries et des nuances optimisées pour l'aluminium, la fraise en bout CoroMill® Plura et la fraise en bout à embout amovible CoroMill® 316 offrent une longue durée de vie et des débits copeaux élevés.
Les goujures sont conçues avec un grand espace pour les copeaux afin d'en faciliter l'évacuation. Le biseau cylindrique spécial réduit les vibrations ainsi que les problèmes de copeaux, ce qui produit d'excellents états de surface.

Usinabilité de l'aluminium

• Polymère Matière à copeaux longs
• Contrôle des copeaux relativement facile si allié
• L'Al pur est collant et demande des arêtes de coupe vives avec une vc élevée
• Force de coupe spécifique : 350–700 N/mm
• Les forces de coupe, et, par conséquent, la puissance requise pour l'usinage, sont faibles.
• La matière peut être usinée avec une nuance carbure non revêtue à grain fin si la teneur en Si est inférieure à 7 ou 8 %, ou avec une nuance à pointe PCD si elle est plus élevée.
• L'aluminium hyper eutectique avec une teneur plus élevée en Si, > 12%, est très abrasif.