Les matériaux difficiles à usiner tels que les alliages de titane, les alliages à haute température, les composites à matrice métallique / céramique/ polymérique, les matériaux durs et fragiles, ainsi que les composants géométriquement complexes comme les structures minces, les micro-canaux et les surfaces complexes, sont largement utilisés dans la communauté aérospatiale.
De nombreux problèmes, notamment l’usure sévère et rapide de l’outil, une efficacité de travail médiocre et une mauvaise intégrité de surface, existent encore dans le travail des matériaux. Aussi, comment traiter efficacement et précisément ces matériaux et composants, c’est-à-dire rendre les difficiles à usiner en «faciles à usiner», attire une attention croissante ?
Une technologie prometteuse pour l’ingénierie aérospatiale
Le travail des matériaux difficiles à usiner à l’aide d’énergies non traditionnelles est une technologie prometteuse pour l’ingénierie aérospatiale. Il s’agit d’un processus hybride utilisant des énergies non traditionnelles (vibration, laser, électricité, etc.) pour améliorer l’usinabilité des matériaux locaux et alléger le fardeau du travail mécanique. Dans ce processus, le travail mécanique est la technique principale pour l’élimination des matériaux, qui est assistée par des énergies non traditionnelles ayant des effets significatifs sur le processus d’élimination des matériaux.
Cette technologie offre une manière réalisable et prometteuse d’améliorer le taux d’enlèvement de matière et la qualité de surface, de réduire les forces de procédé et de prolonger la durée de vie de l’outil dans le traitement des matériaux et des composants difficiles à usiner dans la communauté aérospatiale. La transformation de difficile à usiner en «facile à usiner» est réalisée en utilisant une énergie non traditionnelle pour modifier la condition de contact outil-pièce, ramollir ou modifier le matériau local, contrôler la cinématique de l’outil, améliorer la condition de procédé, comme dans le travail mécanique assisté par refroidissement avancé.
Des résultats optimaux peuvent être obtenus en appliquant une énergie non traditionnelle appropriée pour assister le travail mécanique en tenant compte des caractéristiques à la fois du matériau et de l’énergie. Il faut noter qu’il n’est pas possible de traiter tous les matériaux avec la même méthode. Par exemple, certains oxydes céramiques qui ne peuvent pas être encore oxydés, et les verres qui ont un taux d’absorption de laser très faible, ne peuvent pas être traités avec le travail mécanique assisté par oxydation induite au laser.
Défis et perspectives d’avenir
Malgré les progrès remarquables dans la technologie de travail des matériaux difficiles à usiner à l’aide d’énergies non traditionnelles, certains défis spécifiques demeurent non résolus. Par exemple, il est toujours difficile actuellement d’appliquer le travail mécanique assisté par laser à des structures géométriquement complexes. La coopération collaborative entre le balayage laser et le mouvement de l’outil de coupe doit être prise en compte.
« Pour le travail mécanique assisté par vibration, il est essentiel d’améliorer les performances de l’équipement de traitement par vibration et de fournir des outils innovants compatibles avec les vibrations ultrasonores », a déclaré le Dr Biao Zhao.
Pour surmonter ces problèmes, le moyen le plus efficace et le plus innovant consiste à concevoir le processus en amont et à mettre au point des équipements intelligents.
Wenfeng Ding, l’auteur correspondant de l’article, a souligné que « le terme « hybride » ici n’est pas une simple combinaison d’énergie non traditionnelle et d’usinage mécanique, la conception préalable est obligatoire afin de parvenir à une adéquation optimale entre la technologie et les exigences de traitement en termes d’efficacité, de qualité et de coût. En outre, le développement d’équipements intelligents pour l’usinage mécanique assisté par des énergies non traditionnelles est indispensable pour promouvoir une large application de ces technologies ».
Avec le développement rapide de la communauté aérospatiale, de plus en plus de matériaux et de composants difficiles à découper, dotés d’excellentes propriétés globales et capables de fonctionner dans des environnements extrêmement difficiles, sont inventés et utilisés.
« Il reste encore un long chemin à parcourir pour que cette méthode hybride passe du laboratoire à l’usine », a ajouté encore le professeur Ding. « Des travaux futurs sur la recherche fondamentale, les percées techniques et le développement d’équipements sont nécessaires. Il s’agit d’une discipline transversale de premier plan qui couvre de nombreux domaines tels que la mécanique, la physique, la chimie et la science des matériaux. Des collaborations interdisciplinaires de grande envergure sont nécessaires pour promouvoir l’application à grande échelle de la technologie d’usinage mécanique assisté par énergie non traditionnelle dans la communauté aérospatiale. »
Article : « Nontraditional energy-assisted mechanical machining of difficult-to-cut materials and components in aerospace community: a comparative analysis » – DOI: 10.1088/2631-7990/ad16d6
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