Opérationnel au semestre prochain pour la partie pédagogique, le nouveau centre d’usinage cryogénique arrivé en janvier sur le campus d’Angers sert dès à présent pour la partie Recherche. Yessine Ayed et Bruno Lavisse, Maîtres de Conférence au laboratoire le Lampa d'Angers, nous parle de cette machine unique en France.
Comment se passe la fabrication d’une pièce dans un centre d’usinage ?
Traditionnellement au moment de la fabrication d’une pièce dans un centre d’usinage, on lubrifie avec un mélange d’huile (5%) et d’eau qui s’appelle l’émulsion. La lubrification sert à réduire la température de la zone de coupe, à augmenter la durée de vie des outils, et ainsi à baisser les mécanismes d’usure pour augmenter la productivité. La lubrification traditionnelle comporte des difficultés, des problèmes de sécurité (sols glissants, produits allergisants, inhalation de vapeur d’huile cancérigène…). La pièce et les copeaux étant contaminés par l’huile de coupe, il faut, après l’usinage, nettoyer la pièce, les copeaux et traiter les huiles. Donc en plus de la partie usinabilité on a toute la partie sécurité, décontamination et traitement écologique.
Quand on utilise le centre d’usinage sur des pièces complexes, à forte valeur ajoutée, comme des pièces en titane par exemple pour le secteur de l’aéronautique ou du biomédical, on a des problématiques importantes d’usinabilité. Cela impacte fortement la productivité qui est assez basse. Pour information une pièce en aluminium va mettre 5 min à être usinée quand la même pièce en titane mettra 50 min.
Une partie des solutions à ce problème consiste à trouver des assistances à l’usinage.
Pourquoi utiliser la cryogénie dans un centre d’usinage ?
L’assistance cryogénique est un système de lubrification. En utilisant un fluide cryogénique, on n’utilise pas d’huile de coupe. L’azote liquide va s’évaporer dans l’air, on a donc juste besoin de maitriser les aspirations. Les pièces et les copeaux ne sont pas contaminés, le traitement après l’usinage est donc mineur, ce qui rend cette technique de cryogénie prometteuse.
Quelle est l’idée du projet derrière l’arrivée de ce centre d’usinage cryogénique ?
L’idée de ce projet est de démontrer l‘intérêt de cette technique. Cette machine va être utilisée de manière immédiate dans le cadre d’une thèse de doctorat qui vient de démarrer sur Angers, avec Achref FERSI. Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’un large projet « ScCryo » qui regroupe le Lampa à Angers, le Labomap à Cluny, l’Institut de Chambéry et le campus de Paris. Ce projet durera 4 ans avec 3 thèses et 1 post-doctorat. Une thèse à Angers, une thèse à Cluny, une thèse à Paris et un post-doctorat à Chambéry qui viendra compiler les résultats des thèses et aura pour but de travailler sur l’Analyse du Cycle de vie (ACV) de la pièce. Il s’agira de comparer toute la chaine d’approvisionnement jusqu’à l’usinage et d’étudier si cette technique d’usinage est intéressante en matière de cycle de vie.
Cette machine s’inscrit-elle dans les Evolutive Learning Factories (ELF) ?
A Angers on travaille beaucoup sur l’assistance à jet d’eau de pression (eau+ huile injectée à très haute pression). Cette technique de haute pression permet également d’augmenter la productivité. On va pouvoir comparer sur cette machine, la lubrification traditionnelle (eau+huile), la technique de haute pression, la technique du MQL (technique qui consiste à utiliser très peu de produit) et l’assistance cryogénique. On va également pouvoir combiner plusieurs techniques et ainsi faire des comparaisons.
C’est une machine très agile grâce à laquelle on peut très rapidement basculer d’une technique à une autre. La machine sera également instrumentée et connectée. Il sera ainsi possible d’extraire des données et de les étudier : puissance machine, températures, efforts… en temps réels.
Au moment de l’appel d’offre, 2 entreprises (Knoll et SOMAB) ont décidé de travailler ensemble en alliant leurs compétences complémentaires d’usinage et de cryogénie pour fabriquer et tester conjointement la machine avant de la livrer. C’est la seule machine en France de ce type. On pourrait conclure en disant que c’est une machine classique de centre d’usinage rendue exceptionnelle par le système de cryogénie qui a été rajouté.
Mais qu’est-ce que c’est ?
Un centre d’usinage est composé de :
- Une table sur laquelle est fixé le brut à usiner
- Une broche qui tourne sur laquelle est fixé un outil
- Une commande numérique qui contrôle la machine
- Un magasin d’outils qui stocke tous les outils de la machine
- Un système d’arrosage pour évacuer les copeaux générés par l’usinage
- Un système de soufflage qui permet de retirer les copeaux
- Un convoyeur à copeaux qui entraine les copeaux à l‘extérieur de la machine
Assistance à l’usinage : il s’agit d’une technique supplémentaire qui vient s’ajouter à la technique traditionnelle, permettant ainsi d’augmenter la productivité et de faciliter la réalisation de pièces. Utilisée pour des pièces à haute valeur ajoutée.
