Par Sofia SEMAR, Consultante – Financement de l’Innovation – ACIES

Autour de la « smartisation » de l’usinage

L’interopérabilité de l’instrumentation des machines-outils représente un enjeu considérable pour la mesure de la technicité d’une chaîne numérique de conception et d’industrialisation.

En effet, le développement de la modélisation des procédés (à plusieurs échelles) et la caractérisation de leurs enchaînements/interactions représente un enjeu majeur pour les procédés avancés d’usinage. De plus, l’utilisation de plus en plus accrue de matériaux à haute performance (composite, superalliages, revêtements, etc.) inflige le développement de nouveaux procédés d’usinage, respectueux de l’impact environnemental.

Un des points cruciaux permettant ces développements consiste en l’augmentation des procédures et moyens de contrôle en cours et en fin de fabrication. Le pilotage de celle-ci est possible en fonction des informations disponibles, « intelligent products », afin d’améliorer l’agilité du système de production. Ainsi, la tendance qui se développe vise à proposer des logiciels intelligents basés sur des modélisations plus fines et plus prédictives s’appuyant sur les avancées récentes dans les domaines de sciences des matériaux, mécanique des solides et des structures, analyse numérique, etc.

Par ailleurs, à travers la recherche constante d’un bon état de surface, d’une diminution de l’engagement matière ou encore l’amélioration de l’impact environnemental (diminution des copeaux issus d’usinage, liquides de lubrification, etc.), les spécialistes du milieu développent des stratégies d’usinage dites « smart » reposant essentiellement sur des procédés innovants tels que l’Usinage Grande Vitesse (UGV) ou encore l’usinage par électroérosion (EDM).

L’usinage grande vitesse consiste en l’enlèvement de matière à des vitesses de coupes élevées, engendrant un phénomène de coupe spécifique. La chaleur dégagée lors du cisaillement du copeau n’a pas le temps de se propager à travers la pièce et l’outil. En effet, la majeure partie de la chaleur est évacuée par le copeau (environ 80% en UGV contre 40% en usinage conventionnel).

Les centres d’usinage grande vitesse (CUGV) permettent ainsi la fabrication de pièces complexes à trois dimensions. Celles-ci sont caractérisées par de bons états de surface ainsi qu’une conservation de l’intégrité matière. Les CUGV offrent également des possibilités d’usinage de matériaux traités thermiquement. Cependant, les exigences en termes d’interopérabilité imposent, pour certaines opérations d’usinage, la détermination et/ou l’amélioration de paramètres de simulation/fabrication complémentaires. Dans ce sens, le perçage assisté par vibrations est un procédé assurant la maîtrise dimensionnelle des copeaux. En effet, l’ajout d’une oscillation axiale guidée en amplitude et en fréquence permet d’introduire deux nouveaux paramètres à déterminer en adéquation avec les paramètres standards que sont l’avance et la vitesse de coupe.

L’usinage par électroérosion, en revanche, ne concerne pas les grandes séries (tel que l’UGV), mais offre une qualité de précision excellente et inédite. Cette technique se distingue par la modification des caractéristiques de la matière en surface et en sous-couche. L’approche d’innovation de GF Machining Solutions sur cet axe de recherche a permis de développer une intelligence artificielle ayant recours à la logique floue et aux réseaux neuronaux, afin de doubler la vitesse d’usinage de la matière sur les machines d’enfonçage par électroérosion. Ceci leur a permis d’aboutir à une qualité de surface record de 26 nanomètres tout en améliorant les interfaces et précisions machines et le rendement des générateurs.

Par ailleurs, les spécialistes de GF Machining s’accordent à dire que la technologie EDM se pérennisera à travers la croissance des technologies médicales, la miniaturisation, les nouveaux matériaux, etc. qui impliquent davantage de précision et d’auto-correction.

En outre, le projet « dry-to-fly » (2015 – 2019) labellisé par les pôles de compétitivité Matéralia, Viameca et EMC2 introduit la notion « d’usinage local ». Il définit ainsi un nouveau concept de cellule de fabrication soustractive intelligente pour la fabrication de pièces hautes performances de grandes dimensions et propose la suppression de la FAO au détriment d’algorithmes de stratoconception et de pilotage adaptatif.

Tant de nouveautés techniques et technologiques subliment les approches traditionnelles autour de la machine-outil, de quoi révolutionner les applications industrielles tous secteurs confondus !


RÉFÉRENCES

C. DANJOU. « Ingénierie de la chaîne numérique d’industrialisation : proposition d’un modèle d’interopérabilité pour la conception-fabrication intégrées ». Thèse de Doctorat. Décembre 2015.

M.LADONNE. « Modélisation du procédé de perçage assisté par vibrations » Thèse de Doctorat. 2016.

http://www.cetim.fr/Actualites/En-France/A-la-une/Usinage-de-pieces-de-grandes-dimensions-vers-des-procedes-intelligents-hors-normes

http://www.usinenouvelle.com/article/et-l-usinage-devint-intelligent.N158310

http://www.gfms.com/country_FR/fr/Products/innovation/tapping-edm-s-innovation-potential.html

Association Française de Mécanique. « Livre Blanc de la Recherche en Mécanique – Enjeux industriels et sociétaux, Recherche, innovation, formation ». Février 2015.