Les assemblages de titane et de carbone sont utilisés par AIRBUS FRANCE dans la structure des avions, et notamment l'A380. Ils constituent une partie des ailes, du caisson central et des longerons. Malheureusement, il est actuellement très difficile de les usiner : cinq trous, effectués qui plus est dans de mauvaises conditions, ont raison des outils de perçage. Car ces deux matériaux présentent des conditions de coupe antagonistes. Le carbone se travaille usuellement à vitesse élevée à l'aide de polycristaux de diamant. Or, les revêtements à base de ces polycristaux ne résistent pas aux usinages du titane. Par contre, les carbures revêtus qui composent les outils de coupe du titane, utilisés à faible vitesse, sont usés et abrasés par le carbone. Devant un tel dilemme, il faut inventer des outils entièrement nouveaux de par leur matériau, leur forme et leur revêtement. Cette tâche est rendue plus compliquée encore par l'outillage spécifique utilisé par AIRBUS FRANCE.
• Sollicités par DIAGER INDUSTRIE, via le PRéCI, les laboratoires M3M — Mécatronique, modèles, méthodes et métiers — et LERMPS — laboratoire d'Études et de recherches sur les matériaux, les procédés et les surfaces — de l'UTBM ont répondu présents pour concevoir ces outils de coupe. Un accord de partenariat courant sur trente mois a été signé avec AIRBUS FRANCE, client de longue date de DIAGER INDUSTRIE.
• Les cinq premiers mois correspondent à une phase de défrichage où il s'agira d'approcher les conditions de coupe et de valider des revêtements d'outils qui résisteront à l'abrasion par le carbone. Lors de la seconde phase, prévue sur douze mois, les expériences seront adaptées à l'environnement exact de travail d'AIRBUS FRANCE : les assemblages seront formés de couches de 20 mm de carbone et de 6 mm de titane, avec des outils d'un diamètre donné. Dans ce but, des mesures d'efforts s'exerçant sur les forets et des mesures de température seront réalisées. D'autres études permettront de définir les mécanismes d'usure prépondérants : abrasion, adhésion, diffusion. Une étude poussée des vibrations détectées pendant la coupe sera également effectuée. Ainsi, toute une batterie de tests mobilisant les compétences des deux laboratoires impliqués permettra de définir empiriquement le matériau et la géométrie de l'outil, ainsi que son revêtement adéquat. La tâche pourrait paraître démesurée s'il n'était une piste maîtrisée par le LERMPS : l'utilisation comme revêtement de matériaux nanocomposites particuliers, intégrant des grains résistants à l'usure dans une matrice de grains résistants à l'effort.
• Enfin, la dernière phase consistera à étendre les résultats obtenus à toutes les configurations possibles d'assemblage du carbone, du titane et de l'aluminium. Une modélisation de l'usure du foret en fonction de différents paramètres tels que les longueurs ou les modes d'empilage des couches sera développée. À charge ensuite pour AIRBUS FRANCE d'en assurer l'industrialisation.
Daniel Schlegel
Laboratoire M3M
Université de technologie de Belfort-Montbéliard
Tél. 03 84 58 33 55
daniel.schlegel@utbm.fr
