Comprendre la cryogénie

Quel est l'intérêt de la cryogénie en usinage ? Le Cetim participe à un projet de R&D visant à évaluer l'intérêt technique et économique de l'usinage assisté par cryogénie.

L’amélioration de la productivité et de la qualité des pièces nécessite une innovation perpétuelle. L’assistance cryogénique est l’une de ces techniques.

Principe
L’usinage cryogénique est une innovation présentée par l’Américain MAG IAS, racheté depuis par le groupe Fives. La cryogénie est une alternative pour refroidir la coupe des métaux. Le processus multibreveté utilisant l’azote liquide (-321°F soit -196°C) a été développé sur plusieurs années par Creare Incorporated, HM Dunn et MAG IAS, en collaboration avec Lockheed Martin pour l’avion F 35 Lightning II. Une bouteille d’azote liquide intégrée à la machine délivre l’azote liquide à 1,5 bar à travers des circuits créés dans la broche, l’outil et chaque plaquette de la fraise. Le fluide arrive ainsi à l’endroit où il est utile pour refroidir l’outil et les matériaux difficiles à usiner. Remplacer les lubrifiants par de l’azote liquide pour refroidir l’outil : c’est la voie prometteuse de l’assistance cryogénique à la coupe pour les matériaux réfractaires.

Prolonger la durée de vie des outils
Comment refroidir les outils coupants lors de l’usinage ? La question se pose aujourd’hui avec encore plus d’acuité pour les matériaux réfractaires qui manifestent une très faible conductivité thermique. Le principe est simple, remplacer les lubrifiants par de l’azote liquide (LN2(1)) pour assurer le refroidissement. De fait, l’utilisation des matériaux à haute résistance et les superalliages (alliages base titane, base nickel ou chrome-cobalt, etc.) ne cesse de croître. Dans ce domaine, un secteur d’activité se trouve particulièrement concerné : l’aéronautique.
Outre la nécessité de prolonger la durée de vie des outils et de réduire les coûts, l’usinage assisté par cryogénie permet également de se passer des huiles de coupe qu’il faut récupérer et retraiter pour protéger l’environnement.

Objectif du projet
Le Cetim participe à un projet de recherche et de développement sur l’usinage assisté par cryogénie, financé par le Fonds pour l’innovation dans l’industrie (F2i). Le projet de recherche sur l’usinage assisté par cryogénie est mené en collaboration avec le syndicat des concepteurs de machines spéciales et d’équipements de process avec les usineurs (AMICS-E&PI), l’École des Mines de Saint-Étienne, Arts et Métiers ParisTech Cluny, le Cetim-Ctdec et l’Enise, réunis au sein du consortium Intercut Network. L’objectif de ce programme de recherche et de développement est de lever les verrous technologiques et d’étudier l’intérêt économique du refroidissement par l’azote liquide comparé au procédé classique de la lubrification. En fait, si l’utilisation de l’azote ne pose guère de difficulté dans le tournage, elle se révèle plus compliquée pour le fraisage car il faut que l’azote traverse la broche. Se posent alors des problèmes d’étanchéité et de température, le moteur de la broche n’étant pas prévu pour fonctionner aux températures extrêmes de l’azote liquide. Le projet porte également sur la coupe en elle-même.
Créé en 2009 à l’initiative de l’Union des industries et métiers de la métallurgie (UIMM), le F2i a aussi comme membres fondateurs la FIM et la Fédération des industries électriques, électroniques et de communication.
(1) Azote liquide, N2 étant le symbole de l’azote, L pour liquide.