Une collaboration d’experts français au service de solutions de perçage haute performance dans le secteur aéronautique.

Depuis plusieurs années, les sociétés aéronautiques de rang 1 et 2 ont pris l’option stratégique de ne plus investir uniquement dans un équipement de production pour la réalisation d’opérations de perçage des aérostructures. En effet, les attentes ont fortement évolué vers une responsabilité plus globale, en intégrant au développement des machines le développement des outils coupants et le paramétrage du process associé, l’ensemble devant répondre aux impératifs de qualité et de productivité. Cette évolution extrêmement exigeante de livraison de machines clé en main a donc conduit les sociétés Spie Sud-Ouest (développement de machines), Mitis (développement de process) et Mapal (développement d’outils) à unir leurs expertises techniques respectives pour réaliser deux projets significatifs et de haute technicité.
Des développements à forts enjeux stratégiques. En 2013, Spie Sud-Ouest est retenue pour le développement de la ligne de production des APF (After Pylon Fairing) de l’Airbus A320 Neo. Ce sous-ensemble composé de tôles de titane et d’Inconel doit être produit à cadence soutenue. Le perçage vibratoire s’est donc rapidement imposé et les sociétés Mitis et Mapal ont rejoint ce projet stratégique. De cette association est né un centre de perçage à commandes numériques à deux têtes 5 axes et vireur, équipé de porte-outils spéciaux multifonctions (technologie de perçage vibratoire, mécanisme de presse-tôle, aspiration copeaux), et d’outils spécifiques de perçage-fraisurage compatibles avec les contraintes d’usinabilité des métaux durs sur assemblages déformables.
Nonobstant les verrous techniques du projet (cadence élevée, contraintes produit, fiabilité du moyen), des solutions innovantes de haute productivité ont été développées, puis fiabilisées au sein d’un protocole spécifique de mise en épreuve (boost tests).

Perçage vibratoire
Avec l’arrivée de l’Airbus A350-1000 pourvu de mats réacteurs avec longeron carbone (assemblages composite et titane), Spie Sud-Ouest est retenue pour la conception d’un nouveau centre de perçage à forte valeur ajoutée, composé de quatre têtes 5 axes et vireur à commandes numériques, avec process de perçage vibratoire en cohabitation du perçage orbital. Mitis, Mapal et Spie ont donc associé une nouvelle fois leurs compétences dans ce projet d’envergure, sans équivalent en termes de matériaux à usiner, avec une large gamme de diamètres et d’épaisseurs. Les exigences client étaient particulièrement rigoureuses (productivité, perçage sans bavures, rugosité, qualité des trous, contrôles santé-matière dans le carbone, capabilité du process, durée de vie des outils…).
Près de 2 ans de travaux ont été nécessaires aux équipes de recherche et développement des trois sociétés pour aboutir de manière collégiale à une solution de perçage haute performance dans le respect du planning. Sur la base d’un protocole de montée en maturité technologique rigoureux, la qualification a été obtenue dans le respect de l’ensemble des attentes contractuelles du client. Une prouesse pour ce projet hors normes.
Architecte machine : l’ingénieriste du moyen et maître d’œuvre du process. Au-delà du rôle de concepteur et fabricant de machines à commandes numériques, c’est désormais une fonction d’architecture globale du moyen qui est assurée par Spie Sud-Ouest, à Colomiers (Haute-Garonne). Garant de l’interface contractuelle avec le maître d’ouvrage, elle définit la méthodologie de développement du process, pour l’obtention des critères qualitatifs des usinages et de la productivité (Tackt time). Pour ce faire, un processus itératif en quatre étapes est désormais mis en place pour chaque nouveau projet : Essais préliminaires en avant-projet pour l’acquisition des grandeurs dimensionnantes conduisant au design de la future machine, tests et optimisations du process et des outils en laboratoire, affinage des paramètres process lors de la mise en route des machines et qualification définitive du moyen en conditions réelles avant mise en production.

Etablir un protocole
Un protocole est alors établi par les experts techniques de Spie, détaillant le plan d’action et la configuration des tests à réaliser en laboratoire (combinaisons d’essais, éprouvettes et supports représentatifs, types de contrôles et échantillonnages, critères de réception, fiabilité du process…). Les fonctions périphériques sont également testées : chanfreinages, ébavurages automatiques, lamages en tirant… Les résultats de ces développements sont alors répercutés sur les paramètres de programmation de la machine (cascades outils, lubrification, jeux de paramètres par matières…).
Développeur process : le lien stratégique entre la machine et l’outil. Dans le cadre de ces projets, Mitis a mis à disposition une double expertise, d’une part dans le développement et l’optimisation du process de perçage, d’autre part dans la conception de systèmes spécifiques intégrant – entre autres fonctions – sa technologie leader de perçage assisté par vibrations basse fréquence.
Créée initialement pour ses besoins propres, la plate-forme d’usinage instrumentée Mitis-lab a été utilisée pour les deux premières étapes de développement, permettant d’aboutir à la définition complète des paramètres du process, dans le respect du cahier des charges du client. Une présence sur le terrain lors des deux étapes suivantes a permis de finaliser la mise au point du process au pied de la machine.
Ces projets ont également sollicité les compétences du bureau d’étude. Notamment, le projet APF A320 Neo a donné lieu à la conception du porte-outil PF4730, véritable vitrine technologique du savoir-faire de Mitis. Développé en un temps record, il regroupe quatre fonctions complexes dans un encombrement limité : l’assistance vibratoire au perçage, la compensation de profondeur de fraisure, qui garantit la maîtrise de la qualité en fraisurage, le mécanisme de presse-tôle, permettant de contraindre l’assemblage de tôles fines lors du perçage, et l’aspiration des copeaux.

Microlubrification
Ces différentes compétences produit et process ont permis d’établir un lien technologique fiable entre la machine-outil et l’outil coupant.
Concepteur outil : le garant des critères qualitatif et de productivité. L’outil coupant est le dernier équipement d’un process global, garantissant la qualité finale, les temps de production et la maîtrise des dérives. Mapal s’inscrit dans cette réflexion, en ne fournissant plus seulement une prestation de conception et réalisation d’outils avec service de réaffûtage, mais propose un service R&T/R&D, permettant de raisonner globalement sur la production escomptée.
Le travail collaboratif dans ce type de projet permet, depuis la prise d’information en amont, d’apporter son expertise, dès les fondements du projet, en anticipant les différents risques liés à l’architecture machine, et ainsi adapter sa proposition de solution de coupe. « Nous avons pu développer des géométries innovantes dédiées spécialement aux moyens mis en place, permettant de limiter les bavures, et tenir une régularité de diamètre sur l’ensemble de la durée de vie en minimisant le coût au trou », affirme Mapal.
Doté de machines CN 3 axes, UPAs pneumatique et électrique et de machines manuelles, mais aussi de systèmes de microlubrification et d’assistance au perçage Mitis, Mapal propose un service complet de mise au point et d’essai pour tout type de projet, en mettant à disposition une connaissance propre des différents systèmes.

Robustesse du process
Ce service, créé initialement pour répondre à des demandes spécifiques de perçage-alésage, s’est étendu pour anticiper une mutation de la demande vers des solutions directement intégrables et robustes. Dans le cadre des différents projets réalisés au sein de la collaboration technique Spie-Mitis-Mapal pour arriver au but spécifié par le client, Mapal a pu apporter sa connaissance sur le process global, en plus de son expertise outil coupant. L’ensemble des compétences ont ainsi permis d’atteindre la robustesse du process dès son intégration.
Le travail réalisé a pu démontrer l’importance de l’intégration des outils coupants dans la mise au point d’un process global.
Une coopération dynamique et heuristique pour anticiper les futurs défis. Spie Sud-Ouest, Mitis et Mapal affichent, au travers de ce partenariat, une volonté de proposer des solutions technologiques à la fois innovantes et robustes, tout en garantissant un engagement de performance jusqu’à l’assistance à la production. L’association des compétences indispensables à la réussite de ces projets structurants passe avant tout par une rigueur méthodologique et des liens de confiance. « Cette collaboration d’experts judicieuse et très complémentaire (maîtrise du triptyque machine + process + outils) souhaite véhiculer avant tout une image de haute technologie française dans le domaine de l’usinage à forte valeur ajoutée », soulignent les trois sociétés. Porteurs de brevets et d’innovations, elles disent afficher une volonté dynamique d’être en avant-garde des futures technologies de perçage du secteur aéronautique.