Usinage de pièces forgées pour le transport de carburant aérospatial

Lusinage de pièces forgées pour le transport de carburant aérospatial fait référence à la fabrication de pièces métalliques critiques pour les moteurs davion, les systèmes de propulsion de fusée ou les systèmes dalimentation en carburant des satellites, en combinant le processus de forgeage avec un usinage de précision. Ces pièces sont principalement utilisées pour transporter du kérosène daviation, de lhydrogène liquide/oxygène liquide et dautres carburants, garantissant la fiabilité et la sécurité dans des environnements de haute altitude, de haute vitesse, de températures extrêmes (-200°C à +500°C) et de haute pression (>10 MPa). Le processus de forgeage (tel que le forgeage à la matrice ou le forgeage de précision) offre un affinement du grain, une résistance et une structure sans défauts excellents. Par rapport à la coulée ou à lusinage, la durée de vie en fatigue des pièces forgées peut être augmentée de 2 à 5 fois, ce qui convient aux exigences de haute fiabilité de laérospatiale (conformes à la norme AS9100). Les pièces typiques comprennent les corps de pompe à carburant, les corps de vannes, les raccords de buse et les brides de tuyauterie.

1. Caractéristiques des matériaux

Les pièces forgées pour le transport de carburant aérospatial utilisent couramment des alliages haute performance pour assurer la résistance à la corrosion, la résistance aux hautes températures et la légèreté :

• Alliage de titane (Ti-6Al-4V) : Léger (densité 4,5 g/cm³), haute résistance (>900 MPa), résistant à la corrosion du carburant, adapté aux systèmes dhydrogène liquide à basse température.
• Alliage à base de nickel (Inconel 718, Hastelloy X) : Résistant aux hautes températures (>1000°C), anti-oxydation, adapté au transport de carburant des turbines à gaz à haute température.
• Acier inoxydable (17-4PH, 15-5PH) : Type à durcissement par précipitation, dureté HRC>40, résistant à la fatigue, adapté aux systèmes de kérosène daviation à température moyenne.
• Autres : Lalliage daluminium (7075-T6) est utilisé pour les pièces à faible charge, ou lalliage à base de cobalt est utilisé pour les applications dusure extrême.

2. Méthodes dusinage

Lusinage des pièces forgées combine le forgeage grossier, le traitement thermique et la finition pour assurer la précision (tolérance ±0,02 mm) et la qualité de surface (Ra≤0,8μm). Les étapes clés comprennent :

• Forgeage à la matrice de précision (Closed-Die Forging) : Utilisation de matrices à haute température (800-1200°C) pour forger des ébauches, formant des pièces de forme quasi-nette. Avantages : taux dutilisation des matériaux >90%, réduction de la quantité dusinage. Convient aux formes complexes telles que la cavité interne du corps de pompe.
• Forgeage isotherme (Isothermal Forging) : Forgeage à température constante dans un environnement sous vide ou de gaz inerte, adapté aux alliages de titane/nickel, évitant loxydation et la déformation. Haute précision, grains uniformes.
• Traitement thermique : Trempe sous vide + durcissement par vieillissement, améliorant la résistance (par exemple, la dureté de lInconel 718 passe de HRC 30 à 45).
• Finition :
  • Usinage CNC 5 axes : Suppression des surépaisseurs, usinage des surfaces courbes et des systèmes de trous. Utilisation de machines-outils à haute rigidité (telles que DMG Mori), combinée à un logiciel CAM pour optimiser les trajectoires, contrôlant les vibrations <5μm.
  • Usinage électrochimique (ECM) ou usinage laser : Finition sans contact des cavités internes, évitant les contraintes thermiques, rugosité de surface Ra<0,4μm.
  • Rectification/Polissage : Traitement de surface final, améliorant la résistance à la corrosion.
• Processus auxiliaires : Contrôle non destructif (ultrasons/rayons X), assurant labsence de fissures ; revêtement de surface (tel que le revêtement DLC ou céramique) améliorant la résistance à lusure.