Bien que la part des composants en titane ne représente qu'environ 14 % du poids d'un avion de ligne typique, leur part dans le temps d'usinage est d'environ deux tiers du temps total d'usinage des composants métalliques. En effet, par rapport à l'usinage de l'aluminium, les volumes d'enlèvement de matière (cm3/min) atteignables lors de l'usinage du titane sont très faibles. Celui qui parvient à réduire les temps d'usinage pour un composant en titane ou à améliorer significativement les temps de vie des outils de coupe augmente considérablement l'efficacité et la rentabilité de ses processus. Avec le nouvel outil de fraisage à coupe légère M5250, le spécialiste de l'usinage Walter a réussi à faire un pas en avant, en étroite collaboration avec l'expert en lubrification Blaser Swisslube et le fabricant de machines haut de gamme Makino.
Les processus d'usinage, surtout lorsqu'il s'agit de travailler des matériaux exigeants comme le titane, nécessitent un travail d'équipe. Le potentiel d'une machine haut de gamme développée pour l'usinage des alliages de titane, comme la Makino T2, peut être pleinement exploité lorsque des outils de coupe et des lubrifiants optimisés sont utilisés. Inversement, le nouvel outil de fraisage Walter M5250 montre ses meilleures performances lors de l'usinage de composants en titane sur des machines comme la Makino T2, qui, grâce à un système d'amortissement actif, une construction rigide et une broche haute performance avec un couple élevé ainsi qu'un système de refroidissement haute pression performant, créent des conditions de travail optimales pour l'outil de fraisage.
Haute charge thermique pour l'outil et la broche
Le titane et les alliages de titane ont une faible conductivité thermique, ce qui représente un véritable défi pour l'usinage. Alors que lors de l'usinage de l'acier, environ 80 % de la charge thermique générée est évacuée par les copeaux, ce n'est que 20 % pour le titane. Cela signifie que l'outil de coupe et la broche doivent absorber une chaleur massive. À la coupe de la plaquette, des charges thermiques extrêmes se produisent. Sans mesures compensatoires, la coupe en contact avec la pièce s'userait extrêmement rapidement : elle s'évaporerait presque. Avec des géométries et des revêtements de tranchant spéciaux, ainsi que l'utilisation de lubrifiants, on essaie de ralentir et de maîtriser ce processus d'usure inévitable. Pour être vraiment en sécurité en ce qui concerne la qualité d'usinage, de nombreux responsables de production remplacent également les plaquettes de coupe bien avant l'apparition de traces d'usure profondes.
Lubrifiant et machine en harmonie
Daniel Schär, Senior Segment Manager chez Blaser Swisslube AG, explique le rôle de Blaser dans le projet : « Lors de l'usinage du titane, le contrôle du développement de la chaleur sur l'outil et la machine joue un rôle central. Avec un lubrifiant optimisé pour ces conditions particulières, on peut vraiment faire bouger la durée de vie de l'outil et le volume d'enlèvement de matière. Notre équipe de développement a donc travaillé intensément sur la vision du lubrifiant idéal. Avec le Vasco Skytec H 600, nous y sommes très proches. »
Dans des tests comparatifs avec 22 lubrifiants de concurrents et cinq de nos propres produits, que Blaser Swisslube a réalisés dans son centre technologique en Suisse, le lubrifiant innovant se classe clairement en tête.
Le lubrifiant innovant Vasco Skytec H 600 développé par Blaser Swisslube a un rendement nettement supérieur à celui des lubrifiants conventionnels lors de l'usinage. Ainsi, des durées de vie plus longues pour l'outil utilisé peuvent être atteintes même dans des processus déjà existants. Andrea Biscardi, chef de produit chez Makino Europe GmbH, explique quels effets le nouveau lubrifiant a sur une machine comme la T2 : « L'une des caractéristiques les plus importantes de la Makino T2 est son puissant système de refroidissement haute pression de 7MPa avec 200L/min. Cela signifie qu'avec des lubrifiants conventionnels, nous obtenons déjà un très bon degré de refroidissement sur la pièce. En utilisant le Vasco Skytec H 600, on remarque une différence significative. Le facteur limitant reste alors, dans une certaine mesure, l'outil de coupe. Ou bien on utilise une pièce optimisée pour l'usinage du titane comme l'outil de fraisage Walter. Ce qu'il peut faire se remarque déjà aux temps de fonctionnement des machines et aux données de coupe que l'on peut utiliser. »
Rester au frais là où c'est nécessaire : outil de fraisage Walter M5250
L'usinage du titane est depuis des années l'un des thèmes centraux du développement de produits chez Walter. Avec l'outil de fraisage BLAXX Igel M3255, les spécialistes de l'usinage de Tübingen ont déjà un peu un classique de l'usinage du titane dans leur gamme. En 2022, Walter a lancé une nouvelle génération de plaquettes de coupe dont le tranchant, avec une géométrie innovante WaveCut, permet des avantages de durée de vie significatifs par rapport aux solutions conventionnelles. Dirk Masur, responsable de segment aéronautique chez Walter, explique : « Nous travaillons constamment à offrir à nos clients de meilleures solutions pour leurs processus. Des projets comme cette collaboration avec Makino et Blaser Swisslube sont une opportunité importante pour tester et développer de nouveaux concepts d'outils dans des conditions idéales, mais néanmoins réelles et concrètes. Le nouvel outil de fraisage Walter M5250 en a beaucoup bénéficié. »
L'objectif principal pour Walter était d'augmenter encore considérablement le volume d'enlèvement de matière ou la durée de vie des plaquettes de coupe lors de l'usinage de composants en titane par rapport aux solutions précédentes. Avec les plaquettes de coupe WaveCut, un élément clé d'une stratégie d'usinage optimale est déjà présent : en modifiant la géométrie du tranchant d'une coupe droite à une coupe « ondulée », les forces agissant sur l'outil et la pièce lors du fraisage changent. Les arêtes pénètrent beaucoup plus doucement dans le matériau, ce qui réduit les vibrations et permet des profondeurs d'usinage jusqu'à 5xD avec peu de vibrations lors de l'usinage haute performance.
La charge thermique qui agit sur la plaquette indexable, l'outil et la broche est déjà réduite grâce à la géométrie WaveCut. En fournissant le liquide de refroidissement aussi directement que possible aux plaquettes indexables, le développement de chaleur au niveau des arêtes de coupe peut encore être considérablement réduit. Pour le nouvel outil Walter Igelfräser M5250, l'équipe de développement a utilisé les avantages des arêtes WaveCut, qui permettent une entrée relativement douce dans la coupe, pour doter les plaques frontales de deux canaux de refroidissement chacun. Les canaux de refroidissement dans le corps de l'outil sont optimisés pour fournir le liquide de refroidissement de manière optimale aux différentes arêtes de coupe, ainsi qu'au niveau de la section transversale du trou, afin que la performance de la pompe à liquide de refroidissement et celle du débit offert soient pleinement exploitées. Le liquide de refroidissement agit en fonction des exigences thermiques directement à l'entrée de coupe dans le matériau. La stabilité globale du corps de l'outil n'est pas affectée pendant l'ébauche, et grâce au refroidissement amélioré aux endroits névralgiques, la stabilité de l'usinage augmente considérablement.
Surtout lorsque le nouveau Vasco Skytec H 600 de Blaser Swisslube est utilisé : dans la configuration de test avec les paramètres vc 60 m/min, fz 0.18 mm, vf 218 mm/min, ap 60 mm, ae 10 mm dans une pièce en titane de grade 5 (Ti6Al4V) sur une Makino T2, le nouvel outil Walter Igelfräser M5250 avec des plaquettes indexables Tiger·tec G55W WSM45X surpasse littéralement toutes les autres combinaisons testées d'outils Walter Igelfräser, de plaquettes indexables et de liquides de refroidissement. Avec 110 minutes, la durée de vie de l'outil par arête de coupe est supérieure de 162 % à celle de la configuration avec d'autres liquides de refroidissement ainsi que des géométries de coupe. Cela se reflète également dans le taux d'enlèvement de matière, qui est de 130,9 m3 par minute.
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