Technique d'usinage - Fraisage - Commande numérique CNC Fraiser des aubes de turbines en titane

Les aubes de turbines sont usinées sur des centres de fraisage StarragHeckert à 5 axes. La précision et la productivité jouent un rôle important. Pour la programmation de la commande numérique, StarragHeckert, le fabricant des fraiseuses, travaille en étroite collaboration avec Siemens.

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La géométrie des aubes de turbines détermine l'efficacité des moteurs d'avions, des turbines à vapeur ou des turbochargeurs. La tendance s'oriente clairement vers les profilés minces en matériaux durs. Les aciers fortement alliés sont les matériaux les plus simples qui sont usinés dans les centres de fraisage de StarragHeckert. Désormais, on serre fréquemment des alliages à base de titane ou de nickel dans les machines. S'ajoute à cela le fait que les aubes sont produites en série. la productivité des machines est par conséquent déterminante pour les clients de StarragHeckert.

Lors de l'usinage dynamique, des défauts apparaissaient jusqu'à présent à la surface: marques de retour, arêtes écrasées ou traces de broutage. Même si toutes les tolérances étaient respectées, on pouvait voir fréquemment sur les anciennes aubes de turbines des «ghostlines» ou des traces de broutage. Lorsque Bernhard Bringmann, directeur technique chez Starrag, présente aujourd'hui à ses clients une aube venant d'être usinée, rares sont ceux qui croient que celle-ci n'a pas été meulées après fraisage. Une surface aussi impeccable ne pouvait jusqu'à présent être obtenue que par une opération supplémentaire de meulage, un procédé qui est cependant contesté, étant donné qu'il risque de modifier la géométrie des aubes. Ce sont surtout les surfaces d'amenée d'air qui sont délicates.

Corriger les erreurs dynamiques

Le fait que les centres de fraisage les plus récents travaillent avec une meilleure précision ne relève pas seulement de la rigidité mécanique. Certes, celle-ci peut être améliorée jusqu'à un certain stade, toutefois il subsistera toujours des déformations mécaniques. Cela peut donner lieu à des erreurs de poursuite qui entraîneront un contour imprécis des pièces. Les marques de retour qui apparaissent sur les surfaces galbées lorsque la tête de fraisage change de direction en sont un exemple typique. Cela se produit notamment lorsque sont appliquées des accélérations importantes. Une marque perpendiculaire à la direction du flux apparaît alors à la surface de l'aube. Ces erreurs sont quasiment éliminées par une précommande dynamique et la fraiseuse travaille avec précision, même aux vitesses d'avance tangentielle élevées. Le pack technique MDynamics de la commande Sinumerik de Siemens intègre les fonctions correspondantes. Pour un paramétrage précis, les ingénieurs de StarragHeckert ont travaillé en étroite collaboration avec les développeurs de Siemens qui ont simulé mathématiquement l'ensemble du système mécanique.

Une ligne directe entre développeurs

Bernhard Bringmann apprécie la collaboration étroite avec Siemens: «Ensemble, nous avons obtenu de beaux succès». StarragHeckert investit actuellement autant dans la programmation et l'optimisation de la commande que dans le perfectionnement de la partie mécanique. A cet égard, les ingénieurs ont profité du système Sinumerik ouvert, auquel on peut intégrer des processus propres tels que les cycles de mesure. Le traînard sur l'axe X avec deux entraînements séparés est également une spécialité de StarragHeckert: l’aube de la turbine est montée entre deux chariots qui sont tous les deux entraînés. En raison de la dilatation résultant de l'échauffement des aubes, le déplacement des chariots ne doit pas être tout à fait synchrone. Le second chariot maintient l'aube avec une force constante et se déplace avec le chariot maître.

La disposition horizontale de l'aube de la turbine dans le centre de fraisage offre en outre l'avantage d'un flux optimal des copeaux. Parce que les copeaux sont une source de chaleur, Bernhard Bringmann veut éviter l'échauffement, qui provoque des dilatations aussi bien sur la machine que sur la pièce usinée, ce qui a pour effet de dégrader la précision. Les sources de chaleur sont par conséquent minimisées, par exemple avec des moteurs énergétiquement efficients et une commande assurant la mise hors circuit des composants non employés comme les compresseurs d'air, lorsqu'ils ne sont pas nécessaires.

Éviter le broutage

Le broutage est un phénomène qui n'est pas si simple à éviter. Les aubes de turbines modernes sont souvent à parois minces, de sorte qu'elles commencent facilement à vibrer, notamment pour les Blisks (blade integrated disks), lorsque l'on fraise des roues complètes comportant plusieurs aubes dans une seule pièce de métal. Ici, les ingénieurs comparent les fréquences d'excitation du processus aux fréquences propres de la pièce et adaptent la chronologie des usinages et les vitesses de manière à éviter ce phénomène de broutage. Dans le pire des cas, un capteur d'accélération déclenche une alarme.

«Blisks machining» sur un centre d'usinage 5 axes de type Starrag STC 800

«Les choses évoluent, nous ne livrons pas simplement des machines, mais nous élaborons l'ensemble des processus de fabrication pour nos clients», affirme Bernhard Bringmann. «Un dialogue intense est nécessaire à cet effet, non seulement avec les clients, mais également avec Siemens en sa qualité de fabricant de la commande.» <<

Source: Insight Magazine (Siemens) 2/2012, www.siemens.ch/insight/fr

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