Des composants d’avion intégrés, légers et durables
Dans le but d’améliorer les performances environnementales et la rentabilité, les fabricants s’intéressent de plus en plus aux alliages de métaux légers pour les pièces d’avion. La réduction du poids entraîne une diminution de la consommation de carburant, ce qui stimule fortement la compétitivité de l’industrie européenne des transports. Par ailleurs, l’assemblage rapide et rentable des structures métalliques est essentiel pour une production à haut rendement. Le projet MISSP, financé par l’UE, a permis de réaliser des progrès dans l’assemblage de pièces structurelles exceptionnellement solides et légères, ce qui a contribué à l’accélération de la production. Les chercheurs du projet ont notamment proposé des méthodes innovantes pour la fabrication de portes de chargement métalliques. Ces portes pourraient également servir de démonstrateurs pour de nouveaux matériaux et de nouvelles techniques de fabrication applicables aux structures génériques des cellules d’avion. «Notre objectif a été de développer des procédés de fabrication avancés compatibles avec les nouveaux alliages d’aluminium légers, ainsi que des principes de conception intégrale. Les aspects abordés en priorité ont été la réduction des coûts, ainsi que l’allègement et la fabrication durable», souligne Michel Willemssens, coordinateur de MISSP et responsable du développement commercial chez Sonaca.
Optimiser les opérations d’assemblage
Pour atteindre leurs objectifs, les chercheurs se sont concentrés sur la conception d’une structure complète plus intégrée avec des interfaces réduites entre les pièces. «La fabrication de la porte de chargement en cours se concentre sur des structures intégrées afin de réduire le nombre de pièces assemblées et de simplifier les opérations d’assemblage. L’ajout de structures intégrées permettra à terme de réduire les coûts d’assemblage», note Yves Marchal, chef du département Matériaux et procédés de Sonaca. Les attaches pour aéronefs sont largement utilisées par les ingénieurs aéronautiques, il s’agit de dispositifs qui relient mécaniquement deux ou plusieurs pièces entre elles. Les rivets sont parmi les attaches les plus couramment utilisées dans l’assemblage des avions. Le processus de rivetage de haute précision inclut le perçage, le fraisage et l’installation des attaches. Ce processus est répété des milliers de fois sur les gros appareils. «Lors du perçage des orifices des attaches, les ingénieurs utilisent des revêtements et des peintures spécifiques pour protéger les pièces et les trous avant d’installer les rivets. C’est un processus qui prend beaucoup de temps et nécessite l’utilisation de grandes quantités de matériaux consommables», ajoute Yves Marchal.
Un alliage d’aluminium novateur prêt à prendre son envol
Les chercheurs ont travaillé sur le développement d’un alliage aluminium-magnésium-scandium, soit un alliage métallique unique en son genre dans la conception des avions. Sa grande rigidité spécifique, sa ductilité et ses propriétés mécaniques, ainsi que son excellente soudabilité et sa résistance à la corrosion sont une véritable aubaine pour l’industrie par rapport aux autres alliages d’aluminium généralement utilisés. Il est important de noter que l’alliage d’aluminium proposé peut être formé à des températures allant jusqu’à 300 °C sans perdre ses propriétés d’origine.
Un projet, deux objectifs
Pour la fabrication de l’enveloppe de la porte extérieure, le premier objectif était d’améliorer les aspects environnementaux. Au lieu d’utiliser le fraisage chimique comme procédé de fabrication soustractif, les chercheurs ont opté pour un fraisage mécanique afin de produire des poches d’allègement sur une plaque plane avant le formage. Afin de constituer une structure intégrale, qui était le deuxième objectif principal du projet, CRM, partenaire du projet, a utilisé le soudage par faisceau laser pour joindre les longerons au panneau de l’enveloppe en aluminium-magnésium-scandium. Sonaca a ensuite mis en forme ce panneau en une pièce par fluage dans un fourneau. Le formage de la structure complète en une seule étape a également été abordé. À cette fin, les chercheurs ont exploité le potentiel des procédés de formage à grande vitesse pour la fabrication de la porte de chargement. À grande vitesse, la déformation du matériau est essentiellement régie par les règles de viscoplasticité, de la même manière qu’elle se produit à des températures élevées. Ce comportement améliore largement le formage de formes complexes et réduit le retour élastique. «La technique d’hydroformage à haute énergie utilisée par 3D Metal Forming, autre partenaire du projet, met en évidence les avantages du formage à grande vitesse par rapport aux procédés de formage mécanique classiques. Ce procédé est similaire à un tsunami: il utilise une charge explosive pour créer la pression d’eau nécessaire pour pousser la plaque dans un moule femelle. Cela nous permet de former des plaques très épaisses, à partir desquelles des structures entièrement intégrées peuvent être usinées presque sans aucune déformation. Pas de rivets, pas de soudure, tout est fait en combinant formage et usinage», conclut Yves Marchal.
Mots‑clés
MISSP, avion, intégré, assemblage, alliage d’aluminium, porte de chargement, alliage aluminium-magnésium-scandium, hydroformage à haute énergie
