L’usinage cryogénique prêt à décoller

Les recherches du consortium "Dry to fly" mené par Mecachrome pour approfondir l’utilisation de la cryogénie dans l’usinage ont abouti la construction de trois démonstrateurs. A la clé, l'absence de problèmes thermiques et une vitesse d'usinage doublée.

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L’usinage cryogénique prêt à décoller
Le programme "Dry to fly" expérimente l'utilisation de la cryogénie dans l'usinage.

La cryogénie est en train de se faire une place au chaud dans l’usinage. Un programme clé de recherche et développement sur cette technique, "Dry to fly", présenté aux 10e Rencontres internationales de l’usinage, jeudi 2 février à Senlis (Oise), vient de franchir une nouvelle étape. Après deux ans de développement, les efforts du consortium de recherche, mené par Mecachrome, ont permis la réalisation de trois machines-outils expérimentales.

Si l’utilisation de l’azote liquide pour des opérations de tournage était déjà connue, elle est à approfondir dans les opérations de fraisage et de perçage de superalliages. La cryogénie y est promise à un bel avenir : grâce au refroidissement de l’outil, cette technique règle les problèmes thermiques induits sur le matériau, qui n’a lui-même plus besoin d’être lavé des (grasses) émulsions d'eau et d'huile utilisées traditionnellement pour le refroidissement. Surtout, elle permet d’augmenter la vitesse d’usinage, par exemple multipliée par deux pour un alliage de titane, tout en préservant l’outil, dont la durée est ici triplée.

Un démonstrateur au Cetim

Une des trois machines-outils expérimentales est à Senlis, au Centre technique des industries mécaniques (Cetim), partenaire de ce projet. Dans un grand nuage de vapeur, la fraiseuse Huron KX10 trois axes, en démonstration, place l’outil, littéralement congelé, juste devant la pièce à usiner. Autour de la pièce, des copeaux, secs, qui ne collent pas et sont donc plus faciles à évacuer.

L’azote liquide, stocké dans un réservoir de 450 litres, est injecté jusqu’à l’outil à travers la broche. C’est la difficulté majeure : pour que l’outil soit correctement refroidi, il faut s’assurer que l’azote reste à son état liquide jusqu’à la zone de coupe, alors que son point d’ébullition se situe à -196 degrés…

"Aujourd’hui, on cherche à industrialiser cette technique, explique Ugo Masciantonio, expert référent usinage au Cetim. Elle ne sera pas généralisée mais elle peut être très utile pour les matériaux utilisés dans l’aéronautique", pour aboutir par exemple à la fabrication de ferrures en titane pour des portes d’avion.

Les pièces devront être certifiées

Depuis le lancement du projet, en 2015, les industriels ont pu multiplier les tests sur différents, échantillons, matériaux et machines-outils. Les démonstrateurs vont désormais pouvoir produire des pièces destinées à l’aéronautique. Mais leur utilisation pour la fabrication de nouveaux avions devra attendre la certification des nouvelles pièces, une étape clé relativement longue : "Nous estimons que ce processus va nous prendre environ deux ans", avance Ugo Masciantonio.

Au-delà de pièces en titane, l’azote liquide pourrait également ouvrir à terme des perspectives dans l’usinage de matériaux composites dont sont friands les industriels de l'aéronautique. Preuve de cet intérêt : d’autres démonstrateurs sont également "en cours d’industrialisation" en Allemagne et aux États-Unis, précise Ugo Masciantonio.

En France, l’ambition de "Dry to fly" est grande : le programme doit permettre de diminuer de plus de 30 % les coûts de production de la fabrication de grandes pièces pour les marchés de l’aéronautique, du nucléaire, de l’éolien ou encore des transports. Un gain important de productivité qui n’est pas seulement dû à la cryogénie : le programme de recherche s’appuie également sur le numérique et un système de découpe 3D innovant. Doté d’un budget de 12,5 millions d’euros, le projet de recherche est financé à hauteur de 5 millions d’euros par le programme d’investissements d’avenir.

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