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Feb 05, 2024

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Le nouveau procédé HPWF a été utilisé pour former cette pièce aérospatiale à partir de Ti6Al4V à 520 degrés F (270 degrés C) et à 20 000 PSI (1 400 bar). Les données du marché indiquent une croissance significative de l'utilisation du titane dans

Le nouveau procédé HPWF a été utilisé pour former cette pièce aérospatiale à partir de Ti6Al4V à 520 degrés F (270 degrés C) et à 20 000 PSI (1 400 bar).

Les données du marché indiquent une croissance significative de l’utilisation du titane dans les nouveaux avions. Les volumes devraient tripler sur une période de cinq ans (voir l’encadré La croissance aérospatiale mondiale propulse la trajectoire d’expansion du titane).

Un nouveau moyen, plus rapide et plus efficace, de former du titane de qualité aérospatiale est nécessaire.

Il y a de bonnes raisons à l’augmentation de l’utilisation du titane dans la construction aéronautique. Les alliages de titane sont légers, possèdent une résistance extraordinaire à la corrosion et peuvent résister à des températures extrêmes. Cependant, le coût élevé des matières premières et les méthodes de formage actuelles ont limité l’utilisation commerciale des alliages de titane à des applications étroitement spécialisées dans les avions, les engins spatiaux, les turbines, les dispositifs médicaux et d’autres composants très sollicités.

Les grades de titane 1 à 4, également appelés purs commerciaux, sont formables à température ambiante. Cependant, le grade 5, titane/6 pour cent d'aluminium/4 pour cent de vanadium (Ti6Al4V), est désormais le grade le plus couramment préféré dans la conception des avions. Actuellement, le Ti6Al4V nécessite des méthodes de fabrication telles que des processus de fraisage ou de formage à chaud, qui sont effectués à des températures de 1 300 à 1 650 degrés F (700 à 900 degrés C).

L'inconvénient inhérent à chacune de ces méthodes est leur coût élevé. Le taux élevé de rebuts (50 à 70 pour cent) lors du broyage, combiné au prix élevé du titane lui-même, a sérieusement limité son utilisation à grande échelle. De même, les processus de formage à chaud peuvent prendre du temps et nécessiter un outillage coûteux. Par conséquent, l’adoption du titane par l’industrie aérospatiale a été plus lente que prévu, empêchant les fabricants de tirer pleinement parti de ses avantages.

Une technologie nouvellement introduite, le formage à chaud à haute pression (HPWF), a été développée pour former des feuilles de titane de qualité aérospatiale à des températures inférieures au formage à chaud, à l'estampage à chaud et au formage superplastique.

La technologie de pressage de cellules fluides à haute pression est utilisée commercialement pour fabriquer des composants aérospatiaux depuis des décennies partout dans le monde. Les progrès en matière de capacité de pression, combinés à la conception modernisée des outils, ont permis à l’industrie aéronautique de suivre le rythme de la demande croissante en utilisant ce processus de formage à froid. La pression accrue a permis de donner aux pièces leur forme finale, éliminant à la fois la dépendance à la correction manuelle et le besoin de traitements thermiques intermédiaires.

Conformément à une amélioration continue, le processus de cellule fluide à haute pression a encore progressé en appliquant le processus à haute pression à des températures élevées. Cette combinaison de haute pression et de chaleur augmente la vitesse de formage, diminue les coûts et améliore la précision du formage du Ti6Al4V.

Cette nouvelle approche introduit un système de chauffage par induction pour réchauffer l'ébauche et l'ensemble d'outils à environ 520 degrés F (270 degrés C) juste avant qu'ils n'entrent dans la presse. Les températures HPWF requises sont nettement inférieures à la plage requise pour le formage à chaud. Fonctionnant à une pression de 20 000 livres par pouce carré (PSI) ou 140 mégapascals (MPa), la presse à cellules fluides est équipée de fonctionnalités de mesure, de contrôle et de traçabilité pour répondre aux paramètres critiques du processus HPWF.

Une analyse tierce des pièces produites avec le procédé HPWF indique que les paramètres de formage se situent dans les tolérances requises.

Figure 1 Une analyse du retour élastique des pièces formées en Ti6Al4V, t = 2,0 mm, a montré une diminution avec HPWF. Image fournie par l'Advanced Forming Research Centre, Glasgow, Écosse.

Des études réalisées par l'Advanced Forming Research Centre (AFRC) de l'Université de Strathclyde à Glasgow, en Écosse, fin 2017 et début 2018, confirment que les pièces ayant subi une HPWF présentent un écart de retour élastique après formage inférieur à 0,5 millimètres (voir Figure 1). Il convient de noter que la flexibilité du processus permet un contrôle du retour élastique dans la conception de la matrice, ce qui permet d'incorporer une compensation du retour élastique du matériau dans le processus. Cela donne comme résultat direct des pièces de forme finale. Le degré constant de retour élastique est lié à la forme de la pièce, à l'épaisseur du matériau et aux paramètres de processus suivis. Le niveau de pression utilisé semble avoir un impact primordial.