Pendant des décennies, l'aérospatiale a été un secteur de croissance. Il y a bien eu des crises au fil des ans, mais jamais une crise aussi grave et longue que celle de la pandémie de COVID-19. Maintenant que les marchés ont retrouvé les niveaux de croissance observés pour la dernière fois en 2006, comment les fabricants de ce secteur peuvent-ils se remettre sur les rails ? La réponse réside dans une fabrication plus durable. Sébastien Jaeger, Industry Solution Manager – Aerospace chez Sandvik Coromant, explique ici comment la collaboration jouera un rôle vital dans la reprise de l'industrie aérospatiale.

« L'industrie aérospatiale était en croissance constante depuis 14 ans lorsque la pandémie a frappé. Il ne fait aucun doute que les tendances et l'avenir de l'aérospatiale ont été considérablement affectés par la pandémie de coronavirus sans précédent. Les voyages d'affaires ou de vacances ont connu une réduction exponentielle, tandis que les compagnies aériennes ont dû s'adapter à des niveaux de rentabilité nettement inférieurs.

Il n'y a pas que des mauvaises nouvelles. Le secteur de l'aéronautique a connu une certaine amélioration au cours du premier semestre 2021 ; mais le succès est lié à plusieurs facteurs comme les vaccinations et les perspectives économiques mondiales, la prospérité économique de la Chine et la reprise des voyages d'affaires et de vacances ayant également une influence. Selon les prévisions, l'industrie reviendra à son niveau d'avant la crise d'ici deux à trois ans. La vitesse de cette reprise variera selon les pays et les régions. Néanmoins, à long terme, le nombre de nouveaux avions pourrait encore être réduit de 25 % d'ici 2040.

Un autre grand changement, du point de vue de l'ingénierie, est que les avions seront à une seule aile plutôt qu'à deux ailes et donc moins larges. Ils devront également avoir une plus grande autonomie de vol. Les moteurs et les châssis sont étroitement liés : l'un ne va pas sans l'autre, mais avec les moteurs, on peut dire que l'accent est mis sur la durabilité. Cela signifie une réduction du poids, du bruit et des émissions et un rendement plus élevé avec une consommation moindre. Ces appareils à une seule aile doivent satisfaire un large éventail d'utilisations, sans augmenter la taille ou la quantité de moteurs.

Il existe différentes façons d'aborder ces défis de conception. La première consiste à trouver des carburants alternatifs en utilisant les réservoirs des moteurs existants, comme le carburant synthétique, le biocarburant ou l'hydrogène. Et puis il existe une nouvelle architecture de moteur auprès de gros fabricants présentant de nouveaux types de moteurs, à savoir une approche à plus long terme. Sans compter des formes alternatives de moteurs qui sont électrifiés, alimentés par batteries ou électromagnétiques, ou des moteurs hybrides où les moteurs actuels sont assistés par des moteurs électriques. »

Les constructeurs adoptent des approches de conception variées pour les avions électrifiés de demain, comme le prototype Airbus E-Fan du groupe Airbus

Des matériaux exigeants

« Prenons l'industrie automobile, par exemple, elle fait déjà de grands progrès avec les nouveaux systèmes électrifiés et hybrides. Les fabricants d'équipements de première monte (OEM) de l'aérospatiale, quant à eux, travaillent encore sur ces systèmes et bon nombre de ces développements ne devraient pas trouver une utilisation généralisée avant 2035. Avec des avions plus petits, qui peuvent accueillir de deux à dix personnes par exemple, ces technologies pourraient se manifester plus tôt.

La réduction du bruit, du poids et des émissions aura bien sûr une incidence sur les performances de ces systèmes électriques, mais il y a des défis à relever. En cas de problème dans un véhicule électrique (VE) comme une automobile, celui-ci peut s'arrêter sur le bord de la route - ce n'est pas une option à 10 000 pieds dans les airs. De plus, les batteries sont lourdes alors que les concepteurs et les ingénieurs veulent des avions plus légers pour parcourir de plus longues distances. Il y a donc des obstacles techniques à surmonter.

Pour un composant comme le fuselage de l'avion, les équipementiers vont dans deux directions différentes. D'une part, nous assistons à une utilisation accrue de l'aluminium, bien que les composants de l'avion nécessitent de nouveaux types d'aluminium présentant une plus grande solidité, une meilleure résistance à la fatigue et d'autres attributs. Cette approche s'inscrit dans la conception traditionnelle des avions où on dispose, pour faire simple, d'un gros tube avec des ailes et un moteur.

Une autre approche consiste à explorer d'autres formes d'avions, comme la forme delta, le corps d'aile mélangé et l'aile à haubans, ou encore les cas où le moteur est davantage intégré au fuselage. Ici, les ingénieurs se tourneront plus volontiers vers les matériaux composites, ou les combinaisons composite-céramique et les matériaux mixtes. Reste à savoir si ces modèles auront du succès. Pour l'instant, nous pouvons être sûrs que davantage d'aluminium sera utilisé, ainsi que des superalliages résistant à la chaleur (SAR). Les superalliages réfractaires sont utilisés pour la fabrication de pièces de moteurs d'avions soumises à des contraintes extrêmement importantes. Avec leur résistance élevée à des températures élevées ces matériaux peuvent conserver leur dureté face à une chaleur intense.

Cependant, même les meilleurs fabricants de pièces aéronautiques peuvent manquer d'expérience dans la fabrication de ces matériaux plus résistants. C'est là que l'expertise de Sandvik Coromant s'est avérée utile. »

La nuance de tournage S205 de Sandvik Coromant est conçue pour une résistance élevée à l'usure et une longue durée de vie de l'outil lors de l'usinage de superalliages résistant à la chaleur (SAR)

Solutions à composants

« Sandvik Coromant propose des solutions à composants en réponse à la pression croissante exercée sur les mécaniciens pour les amener à être multitâches. Plutôt que de se concentrer sur une seule machine, les ingénieurs d'aujourd'hui peuvent faire fonctionner quatre ou cinq machines à la fois, ce qui leur laisse moins de temps ou d'opportunités pour se concentrer sur des processus spécifiques. Mais, qu'entendons-nous par une solution à composants ? Il s'agit d'adopter une perspective plus globale, ce qui signifie qu'il ne s'agit pas seulement des outils que Sandvik Coromant fournit, mais aussi de l'assistance au processus complet.

C'est ce qui s'est passé lorsqu'un client de Sandvik Coromant dans l'aérospatiale a rencontré des difficultés lors de l'usinage de matériaux SAR. L'approche existante du client nécessitait plusieurs machines-outils, avec un mauvais contrôle des copeaux et des temps de cycle longs. La durée de vie des outils était irrégulière et les processus peu fiables, et l'opération d'usinage nécessitait souvent la surveillance à plein temps d'un opérateur.

Pour des projets de grande valeur comme ceux-ci, la solution de Sandvik Coromant consiste en plusieurs étapes. Elles comprennent l'examen des exigences de la machine, des études de temps pour examiner le coût par composant, et l'analyse des méthodes de production à la sortie liées à la fois aux méthodes de mesure du temps (MTM) et aux processus de l'utilisateur final. Ceci comprend également la programmation de la fabrication assistée par ordinateur (FAO) (computer-aided manufacturing (CAM)) et la gestion de projets locaux ou transfrontaliers.

Ces analyses ont révélé que nous devions modifier la stratégie de programmation du client pour résoudre ses problèmes de rupture de copeaux. En combinaison avec l'outil, les spécialistes de Sandvik Coromant ont développé une nouvelle stratégie avec des courbes d'entraînement dynamiques, ce qui nous a permis de contrôler la fragmentation des copeaux à chaque instant. Nous avons appelé cette nouvelle approche « scoop turning » et nous en détenons à présent le brevet.

Le scoop tuning a permis au client de réaliser de très bonnes économies. Outre un excellent contrôle des copeaux, le client a également obtenu une réduction de 80 % du temps de cycle et a doublé la durée de vie des outils. Il a pu réduire son utilisation de quatre machines à une seule, réduisant ainsi le besoin de multitâches avec des processus d'usinage plus sûrs et une production au feu vert.

Cela montre comment une approche plus globale peut profiter aux résultats d'un fabricant. Les logiciels jouent également un rôle essentiel, comme CoroPlus® Tool Guide, qui fait partie du portefeuille numérique de Sandvik Coromant. Les clients peuvent ainsi décider du choix de l'outil et des paramètres de coupe avant même d'avoir commencé la production. »

Tournage plus durable

« Les fabricants du secteur aérospatial adoptent des approches différentes pour aborder la durabilité. Néanmoins, Sandvik Coromant a découvert qu'il était possible de développer une solution sur mesure pour un client, qui a depuis profité à des industries entières.

Pour aider le client à réaliser de meilleures opérations de tournage sur les SAR, la réponse de Sandvik Coromant a été de développer la nuance de tournage S205. La plaquette est recouverte d'un revêtement Inveio® de deuxième génération pour une meilleure résistance à l'usure et une longue durée de vie de l'outil, tandis que la technologie de post-traitement renforce la plaquette S205 en modifiant ses propriétés mécaniques. Le matériau comporte une couche d'Inveio® caractérisée par des cristaux unidirectionnels très serrés qui créent une forte barrière protectrice autour de l'insert. Cela maximise la protection thermique et améliore l'usure en cratère avec une meilleure résistance à l'usure du flanc.

Cette nuance est bien adaptée à l'usinage de composants tels que les disques de turbine de moteur d'avion, les anneaux et les arbres. Nos clients ont signalé des vitesses de coupe de 30 à 50 % supérieures avec la S205 par rapport aux nuances de tournage SAR concurrentes, et ces résultats ont été obtenus sans compromettre la durée de vie de l'outil. . Le S205 a depuis profité à plusieurs fabricants de l'aérospatiale et d'autres industries. Ces résultats ont été obtenus grâce à une approche globale, notamment avec la technologie PrimeTurning de Sandvik Coromant qui permet un tournage multi-directionnel pour une productivité maximale.

La technologie PrimeTurning se base sur le fait que l'outil entre dans le composant au niveau du mandrin et enlève de la matière au fur et à mesure qu'il se déplace vers l'extrémité du composant. Cela donne la priorité aux taux d'enlèvement de métal les plus importants pour une production et des changements plus rapides et de qualité. Dans certains cas, nos clients ont terminé des séries de production avec un seul changement d'outil alors qu'avec un outil concurrent, il leur en aurait fallu cinq.

L'aérospatiale est peut-être confrontée à l'une des plus grandes crises de son histoire, mais l'horizon s'éclaircit ! Sandvik Coromant continue à soutenir tous les principaux équipementiers de l'aérospatiale pour les aider à se rétablir après la pandémie, en associant la durabilité à de meilleurs outils et à des paramètres de coupe optimisés avec une approche globale de l'outillage. »