En quête de légèreté
|
THE MAGAZINE DEVOTED TO NICKEL AND ITS APPLICATIONS |
 |
|
Le nouveau 777 de Boeing comprend plusieurs composants importants en matériaux composites non métalliques légers. |
 |
|
Les matériaux composites non métalliques peuvent être produits avec des moules en nickel électroformés comme celui-ci. L'épaisseur régulière des moules électroformés permet de chauffer ces composants régulièrement et rapidement dans un autoclave. |
|
|
La forme idéale pour un moule en nickel électroformé est une forme en J, comme ce couvercle d'un moteur d'hélicoptère. |
|
|
La technologie des outils en nickel électroformé est idéale pour la production de composants formés comme ce cône arrière d'un BD100. |
 |
|
Vue latérale du moule représenté ci-dessus pour le cône arrière du BD100. |
 |
|
Une machine de mesure de coordonnés est utilisée pour comparer les contours des surfaces (ici un moule pour la trappe d'un C17) avec les valeurs de la construction pour assurer que les composants finis présenteront des dimensions précises. |
 |
|
Vue rapprochée de la machine de mesure de coordonnées représentée ci-dessus. |
|
Article sous forme d'un fichier PDF (460 kB) |
|
Read another Nickel Magazine article on the use of nickel alloys in the
making of composite aircraft components ici. |
Les moules en nickel électroformés permettent à Airbus et à Boeing de construire des avions consommant moins de carburant. Par Carroll McCormick
Magazine Nickel, Mars, 2004 -- Les constructeurs d'avions de part et d'autre de l'Atlantique utilisent de plus en plus de matériaux composites non métalliques au lieu d'alliages d'aluminium afin de réduire le poids et, par conséquent, la consommation de carburant de leurs avions commerciaux. Si ces nouvelles sont mauvaises pour l'industrie de l'aluminium, elles sont excellentes pour l'industrie du nickel.
La raison en est que la plupart des moules (ou "outils", comme on les appelle parfois) utilisés pour la production des principaux composants en matières plastiques renforcées aux fibres de carbone et en d'autres matériaux composites sont réalisés soit en K93600 (ou Invar [TM]) soit avec une fine couche de nickel pur déposée sur un support métallique à l'aide d'un procédé dénommé "électroformage". Il existe des applications spécifiques pour chacun de ces produits.
A titre d'exemple, Ex-Press Plastics (Process Equipment) Limited, une société implantée à Norfolk, Angleterre, produit des moules en nickel électroformés pour la fabrication des trappes du train d'atterrissage de l'Airbus A380. Cette société a également produit un moule électroformé d'une longueur de 12,5 mètres pour la gouverne de profondeur du Boeing 777.
L'Invar (un alliage qui comporte 36 % de nickel et 64 % de fer) présente un coefficient d'expansion thermique proche de zéro et est typiquement utilisé pour la réalisation de moules en tôles soudées ou en blocs usinés (pour de plus amples détails, veuillez vous référer à l'édition février 2003 du Nickel Magazine). En revanche, les moules en nickel électroformés sont réalisés par le dépôt de nickel sur des "modèles de bain" en matière plastique - des moules en époxyde correspondant à la taille et aux contours d'un composant d'avion.
Les moules électroformés sont légers et leur épaisseur régulière permet de les chauffer régulièrement et rapidement dans un autoclave. "Si on fait fonctionner un autoclave par exemple à 60 £ de l'heure, la durée qu'il faut pour chauffer le moule joue un rôle important pour l'exploitant", explique Michael Shead, directeur des ventes technique de la société Ex-Press Plastics. "On peut ainsi obtenir un plus grand débit pour une des étapes les plus coûteuses. D'habitude, l'autoclave est le goulot d'étranglement [de la production]. Si vous avez beaucoup de commandes, votre autoclave peut tourner 24 heures sur 24, ce qui n'est pas le cas du service de revêtement."
Dans un procédé familier à tous ceux qui travaillent dans le secteur de la galvanoplastie, une couche de nitrate d'argent d'une épaisseur de quelques micromètres tout juste est vaporisée sur la surface d'un modèle de bain, qui est ensuite plongé dans une solution de sulfamate de nickel. Le nitrate d'argent agit comme couche conductrice initiale pour le nickel qui doit se déposer sur le moule. "Par la suite, le nickel devient conducteur à son tour, et on peut augmenter le courant du modèle de bain", explique M. Shead.
L'épaisseur nominale de la couche de nickel finie est de cinq millimètres mais, comme l'explique M. Shead, "nous ciblons une couche d'une épaisseur de quatre à six millimètres." Si la couche est plus épaisse, il faudra trop de temps pour chauffer le moule dans l'autoclave. Par ailleurs, avec cette épaisseur nominale, la surface du moule peut être corrigée à l'aide d'une machine de mesure de coordonnés [CMM] pour assurer que les composants finis présenteront des dimensions précises.
Normalement, la durée de vie d'un moule en nickel électroformé correspondra à la durée pendant laquelle le producteur en aura besoin pour la fabrication de pièces moulées. Si les chiffres de production sont élevés, il faudra plusieurs moules. Dans le cas des trappes du train d'atterrissage de l'Airbus par exemple, quatre moules ont été commandés.
M. Shead explique que cette méthode de production des moules permet de prévenir les fuites de vide que l'on trouve parfois dans les moules soudés. Par ailleurs, la surface des moules est plus facile à ajuster si les pièces présentent une détente inacceptable lors de leur retrait du moule.
"Avec l'Invar, on peut parfois accepter la détente de la pièce mais souvent, il faudra réusiner le moule", note M. Shead. "Avec les moules en nickel électroformés, par contre, on peut ajuster le moule de manière à compenser la détente de la pièce moulée. Le moule est assemblé sur une structure en acier à l'aide de goupilles ajustables. Nous utilisons une machine de mesure de coordonnées avec une tête à cinq axes qui balaie la surface du moule et compare ses dimensions aux données CAD." Ensuite, les ingénieurs peuvent ajuster le moule avec précision à l'aide des goupilles.
Les constructeurs emploient un facteur de compensation dans le fichier CAD afin de compenser les différences entre le coefficient d'expansion thermique du moule et celui du matériau composite. La société utilise environ huit tonnes de nickel par an.
L'Invar est utilisé pour la réalisation de moules emboutis, comme par exemple un caisson en forme de U avec des angles de près de 90°. "Ce serait le pire des cas pour un moule électroformé", explique M. Shead. "Le moule écraserait la pièce en refroidissant. Une forme en J, avec un grand angle de dépouille sur les côtés et un grand rayon en bas, est une géométrie idéale pour un moule électroformé. Les arêtes avant profilées des ailes, des gouvernes ainsi que des nacelles d'avions en sont de bons exemples. Le rayon minimum [pouvant être obtenu] correspond à l'épaisseur du moule; un rayon intérieur plus petit réduira l'épaisseur du moule."
L'électroformage est particulièrement bien adapté aux pièces moulées présentant des courbes tridimensionnelles. Une forme comme par exemple celle d'une nacelle d'avion représenterait un vrai défi pour un producteur de moules en Invar.
Carroll McCormick est un collaborateur indepéndant établi à Montreal.
FIGURES: Ex-Press Plastics Limited
 Mike Shead |
