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Innovative Stamping Die for Aluminium Ribs Hot Stamping

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Une technologie d’estampage améliorée pour fabriquer des pièces d’avion en métal plus performantes

Lorsqu’il s’agit de fabriquer des pièces d’avion complexes, il n’y a pas de place pour l’erreur. En raison des tolérances strictes et de la formabilité optimisée requise, on ne saurait se contenter d’une conception «satisfaisante»: il faut qu’elle soit parfaite. La société espagnole Batz a mis au point des matrices d’estampage à chaud avancées pour la conception de nervures d’ailes sophistiquées et très précises.

Technologies industrielles

Le formage des métaux permet aux ingénieurs de l’aérospatiale de façonner une large gamme de pièces structurelles et de composants de cellules d’avions, petits et grands. Mónica Carranza Sáenz, coordinatrice du projet Rib-ON financé par l’UE, fait remarquer que malgré le potentiel de ce procédé, «lorsqu’il s’agit de former des tôles d’aluminium à température ambiante, celles-ci présentent une faible formabilité et un retour élastique, c’est-à-dire qu’elles ont tendance à reprendre leur forme initiale. Augmenter la température permettrait de répondre de manière significative à ces défis et de produire des pièces très précises à la géométrie complexe.»

Façonner des pièces métalliques à haute température

L’estampage à chaud est une technologie prometteuse pour une production compétitive et en grand volume de pièces structurelles primaires et secondaires d’avions. «La combinaison de l’estampage à chaud avec des alliages d’aluminium haute performance offre une foule d’avantages, notamment des formes plus courbes, des tolérances plus serrées et une réduction du poids, tout en conservant la résistance du composant final», ajoute Mónica Carranza Sáenz. Dans le cadre du projet Rib-ON, la société Batz et le partenaire du projet AZTERLAN, basés en Espagne, ont mis au point une matrice d’estampage modulaire et peu coûteuse pour la fabrication de différentes géométries de nervures d’ailes en alliages d’aluminium de haute performance. Cette matrice d’estampage avancée a permis aux ingénieurs de fabriquer des nervures en aluminium de différentes formes et longueurs. Avant son développement, les chercheurs ont effectué des simulations afin de déterminer le type et la configuration adéquate des composants de la matrice d’estampage. Une configuration simple comprenant un poinçon, une matrice et un porte-flan a été retenue pour l’outil d’estampage à chaud. Le processus de formage du métal a également intégré une étape de formage à froid pour contrebalancer un éventuel retour élastique. Cette étape de formage à froid peut également être ignorée, car les tolérances des pièces obtenues par formage à chaud sont suffisamment élevées. Des tests tribologiques ont été réalisés pour analyser le frottement et l’usure de plusieurs combinaisons de matériaux et de revêtements à différentes températures. En fin de compte, le GGG70-L – un type de fonte ductile à haute résistance à la traction – s’est avéré être le matériau le plus rentable pour la fabrication des matrices.

Une réduction des coûts des matériaux et du traitement thermique

«L’utilisation de ce type de fonte – une matière première – dans la fabrication des matrices d’estampage à chaud a permis de réduire les coûts de matériaux de 80 % par rapport aux aciers forgés (alliages de carbone et de fer) couramment utilisés. Les coûts de fabrication ont également été réduits en utilisant des circuits de refroidissement simples dans la matrice, grâce à la longue durée de cycle permise par la production en petites séries», souligne Mónica Carranza Sáenz. Grâce aux petits lots, il n’est plus nécessaire de revêtir les matrices, car la fonte a montré le plus faible niveau de grippage – un type d’usure qui fait qu’un métal adhère à un autre métal – à des températures typiques pour des productions courtes. Les matrices d’estampage constituent un facteur important du coût final des pièces structurelles. Leur faible coût facilite indéniablement leur adoption à grande échelle par l’industrie aérospatiale. La matrice d’estampage à chaud BATZ s’est avérée adaptée à la fabrication de nervures d’ailes, garantissant un haut niveau de précision, des tolérances étroites et un bon degré de répétabilité pour les géométries complexes.

Mots‑clés

Rib-ON, estampage à chaud, matrice d’estampage, nervure d’aile, avion, tolérance, aluminium, pièces structurelles, fonte, aérospatiale, fonderie

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