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L'aviation

L'aviation
Aerospace assembly bench with a clamped titanium and aluminium sheet stack, a stub-length precision drill and a tray of close-tolerance fasteners
L'aviation

Accessoires d’outils aéronautiques qui maintiennent la dimension des trous dans le carbone, le titane et les matériaux stratifiés.

Mèches, outils de débourrage et accessoires spécifiés selon la séquence de stratification et la classe de tolérance des trous.

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Un trou aéronautique est évalué deux fois : une première fois selon le diamètre final obtenu, et une seconde fois selon les dommages qu’il a causés au matériau. Une mèche capable de maintenir son diamètre dans l’aluminium peut provoquer un délaminage des dernières couches d’un stratifié carbone, et une géométrie adaptée à un fonctionnement à basse température dans l’aluminium peut brûler la face en titane d’un stratifié. Cette page indique, pour chaque séquence de stratification, le substrat, le revêtement et la géométrie de pointe prescrits, ainsi que les critères permettant de vérifier chaque choix.

Aperçu sectoriel

Quatre variables qui déterminent le résultat

Le travail aéronautique est défini par la combinaison des matériaux traversés dans le trou, et non par le trou lui-même : un seul point de fixation peut traverser un stratifié en carbone, un adhésif, du titane et de l’aluminium avant d’en sortir. Les outils sont donc sélectionnés en fonction de toute la séquence, ce qui explique pourquoi une spécification rédigée pour un matériau unique dans l’empilement ne conviendra pas aux autres.

Équipement typique
Unités de perçage automatisées et têtes de perçage orbitales, fraiseuses à chariot pour la découpe de panneaux, perceuses pneumatiques portatives équipées de cages de fraisage à contre-filet à microarrêt, pistolets à rivets, visseuses à couple contrôlé, cellules robotisées pour panneaux d’aile.
Matériaux traités
Stratifié CFRP, empilements CFRP/titane, empilements CFRP/aluminium, alliage Ti-6Al-4V, alliages d’aluminium 7075-T6 et 2024-T3, acier inoxydable 15-5PH, alliage A286, alliage Inconel 718, âme en nid d’abeille d’aluminium, composite en fibre de verre.
Normes applicables
AS9100 pour le système qualité sous lequel s’effectue la commande, ANSI B94.11M pour la géométrie de la pointe des forets, NAS 907 et ISO 5855-1 là où le plan les spécifie, ISO 286-1 pour les ajustements, ISO 1101 pour les tolérances géométriques, ISO 4287 pour la texture de surface, ISO 6892-1 pour les essais de traction, ASTM E384 pour la dureté par microindentation, ASTM E466 pour la fatigue axiale, ASTM B117 pour les essais en brouillard salin, ISO 9712 pour le personnel chargé des essais non destructifs, ASTM E1417 et ASTM E1444 pour les inspections par ressuage et par particules magnétiques.
Modes de défaillance observés
Délamination à la sortie et bavures de poussoir dans les composites renforcés par fibres de carbone (CFRP), trous surdimensionnés dus à la déviation du foret, formation d’une couche alpha sur le Ti-6Al-4V, usure de la face de dépouille à haute température de coupe, adhérence sur l’aluminium, écaillage des bords lorsque la pointe traverse la stratification pour entrer dans le titane, hauteur des bavures supérieure à la limite spécifiée sur le plan, erreur de position des trous due à la flexion des forets à grande longueur.
Défis opérationnels

Trois défaillances qui coûtent de l’argent aux lignes

Chaque défi décrit ce qui ne va pas, puis la décision concernant la géométrie ou le matériau qui y répond.

Défi 1

Le CFRP se délamine à la sortie tandis que la perceuse est encore en train de couper.

Lorsque la pointe perce les dernières couches, la poussée axiale éloigne le stratifié non découpé de l’outil au lieu de le cisailer, ce qui provoque la séparation des couches. Un trou délaminté mais toujours conforme au diamètre échoue à l’inspection, car les dommages sont évalués séparément de l’ajustement ; la conséquence est donc une réparation plutôt qu’un perçage à nouveau. La défaillance commence du côté de la sortie, qui est aussi le côté invisible pour l’opérateur pendant le perçage.
Réponse Amsuo

Délamination à la sortie dans le CFRP → Forets en carbure massif avec revêtement diamant.

Un film diamanté conserve sa dureté face à l’abrasion des fibres de carbone bien au-delà de ce qu’une arête non revêtue pourrait supporter, de sorte que la géométrie de coupe reste inchangée — telle qu’usinée — sur toute la série, plutôt que de s’user progressivement pour adopter une autre forme. La géométrie du bout est conçue pour maintenir faible la poussée axiale au moment où la pointe approche les couches finales, et les coins extérieurs sont positionnés de façon à ce que les dernières couches de fibres soient cisaillées contre une surface supportée, et non repoussées. Cette même géométrie est disponible avec évacuation interne de fluide de coupe ainsi qu’avec une tige microstop, permettant ainsi d’utiliser, en perçage manuel, la même pointe et le même diamètre nominal.
Défi 2

Une seule géométrie doit traverser, en cours de perçage, du carbone vers le titane.

La fibre de carbone est abrasive et évacue la chaleur avec les copeaux très lentement, tandis que le titane est chimiquement réactif et retient la chaleur au niveau du tranchant. Là où une géométrie capable de résister au stratifié rencontre l’interface métallique, le flanc s’use rapidement ; là où le tranchant est suffisamment renforcé pour usiner le titane, il a tendance à pousser les plis de carbone plutôt que de les ciseler. Usiner un outil jusqu’à la fin de sa durée de vie à l’intérieur d’un empilement signifie également que le trou suivant est percé avec un tranchant dont les dimensions ont déjà changé, ce qui explique pourquoi un trou initialement conforme aux tolérances devient trop grand et nécessite un passage de reprise.
Réponse Amsuo

Perçage d’empilements → Forets dotés d’un revêtement multicouche et d’un chanfrein de tranchant défini.

Le revêtement évacue la chaleur générée par la coupe loin du tranchant dans le titane, de sorte que le substrat n’est pas exposé à la température à laquelle l’usure de flanc s’accélère ; l’empilement des couches place une couche plus tenace sous une couche plus dure afin de résister aux chocs à l’interface entre le stratifié et le métal. Le rayon d’arrondi du tranchant est maintenu à une valeur qui empêche le micro-écaillage au niveau du point de transition entre les deux matériaux, et les orifices internes de lubrification dirigent le fluide vers ce point, ce qui constitue la méthode pratique pour maîtriser la température du titane dès lors que le trou est plus profond que le diamètre de la mèche.
Défi 3

Le titane s’enflamme et l’aluminium s’agglomère, à deux températures différentes.

Dans le Ti-6Al-4V, une température de bord supérieure à la plage sûre provoque une usure rapide de la face de dépouille et une couche durcie, enrichie en oxygène, sur la paroi du trou, qui doit être éliminée avant le montage de la fixation. Dans l’aluminium, la même fraise, utilisée à la même avance, provoque un phénomène d’accumulation de matière sur la face de coupe, qui est ensuite transférée sur la paroi du trou, entraînant des déchirures de surface et une réduction du diamètre après alésage. Deux matériaux, deux mécanismes différents, et une seule fraise devant résister aux deux sans changement d’outil en cours de pièce.
Réponse Amsuo

Grippage sur l’aluminium et endommagement de la paroi du trou dans le titane → Outils pour ébavurage et arrondissement des bords adaptés au matériau.

Pour l’aluminium, la face de coupe est polie et laissée non revêtue, car un revêtement augmente le frottement contre une pièce à usiner tendre et réactive, et devient la surface sur laquelle l’aluminium se soudre. Pour le titane, la paroi du trou est protégée en maîtrisant la température du bord plutôt que par le revêtement seul, ce qui signifie, en pratique, une plage de vitesse de coupe spécifiée et une avance suffisamment élevée pour maintenir le bord hors du régime de frottement et d’échauffement excessif. Le débarrassage des bavures suit la même logique que le perçage, car une bavure retirée avec une géométrie inadaptée laisse une marque qui doit être inspectée à nouveau. Les deux familles sont rectifiées jusqu’à une tolérance h6 sur la tige, conformément à la tolérance indiquée sur le dessin, afin d’assurer un ajustement reproductible d’un outil à l’autre dans une cage microstop ou une unité automatisée.
Macro view of a countersunk hole through a clamped metal stack with a flush fastener head
Familles de produits

Les gammes correspondant à cette application

Drill Bits

Forets

Perçage de stratifiés CFRP et de piles mixtes

Réponses : Délamination à la sortie et trous surdimensionnés

Norme : ANSI B94.11M

Jobber Length Drill Bits

Forets à queue cylindrique

Travaux standard en aluminium et en acier sur pièces détaillées

Réponses : Dérive et bavure à la sortie

Norme : ANSI B94.11M

Multi-Stepped Drill Bits

Forets à plusieurs étages

Trous à épaulement pour dégagement des éléments de fixation et des tiges

Réponses : Usure progressive modifiant le profil du trou

Miniature Straight Shank Drill Bit

Fraise à queue droite miniature

Perçage de repérage et travaux de précision à petit diamètre

Réponses : Cassure lors de l’accès à distance prolongé

Burrs

Bourrelets

Ébavurage et adoucissement des bords après le perçage

Réponses : Hauteur du bourrelet supérieure à la limite indiquée sur le plan

Screw Driver Bits

Embouts de tournevis

Serrage des éléments de fixation pendant l’assemblage

Réponses : Arrondissement de l’extrémité d’entraînement et déboîtement

Norme : DIN 3126-C 6.3 / ISO 1173

Screw Extractors

Extracteurs de vis

Retrait des éléments de fixation endommagés sans endommager le trou

Réponses : Détérioration de la paroi du trou pendant l’extraction

Normes et spécifications

Les chiffres derrière les affirmations

Le tableau indique le paramètre concerné, la norme qui le fixe et la raison pour laquelle la fonction qualité d’une usine le vérifie.

Paramètre Référence Norme Ce que la norme fixe Pourquoi l’acheteur le vérifie
Géométrie de la pointe de la mèche ANSI B94.11M Angles de la pointe et forme à pointe divisée pour les mèches hélicoïdales La pointe détermine l’effort axial, la déviation et l’état du trou à la sortie
Dimensions et tiges des mèches aéronautiques NAS 907 Dimensions et exigences dimensionnelles pour les mèches de qualité aéronautique Un outil mentionné conformément à cette norme sur le plan doit être réalisé sur cette base
Exigences relatives aux filetages MJ ISO 5855-1 Exigences générales applicables aux filetages MJ (filetages métriques aérospatiaux) Les éléments de fixation aérospatiaux sont spécifiés selon le système MJ, et non selon un filetage métrique général
Ajustements et écarts limites ISO 286-1 Système ISO des tolérances pour les ajustements et les écarts Les indications « trou H8 » sont interprétées à partir des mêmes tableaux par les deux parties
Tolérancement géométrique ISO 1101 Comment les tolérances de forme, d’orientation, de position et de battement sont exprimées Les indications de position des trous et de concentricité doivent être mesurables de la même manière
Texture de surface ISO 4287 Comment les paramètres de rugosité de surface sont définis et exprimés L’état de surface des parois des trous est évalué selon des paramètres définis
Dureté par microindentation ASTM E384 Méthode d’essai de dureté par microindentation Les couches durcies, y compris les régions de couche alpha, sont quantifiées selon une méthode spécifiée
Essai de fatigue axiale ASTM E466 Essais de fatigue axiale à force contrôlée des matériaux Les résultats d’essais sur éprouvettes sont comparés selon une méthode d’essai spécifiée
Tests de pulvérisation saline ASTM B117 Appareil et procédure d’essai en brouillard salin Les composants en acier sont comparés selon une méthode d’exposition spécifiée
Essai de traction ISO 6892-1 Méthode d’essai de traction des matériaux métalliques La certification des matériaux est lue sur une base commune
Personnel chargé des essais non destructifs ISO 9712 Qualification et certification du personnel chargé des essais non destructifs Un résultat d’essai non destructif n’est aussi bon que la qualification qui le sous-tend
Essais par ressuage et par particules magnétiques ASTM E1417 / ASTM E1444 Méthodes d’essai par ressuage et par particules magnétiques Les défauts de surface sont détectés selon une méthode définie
Système de qualité AS9100 Exigences relatives au système de management de la qualité pour les fournisseurs aérospatiaux L’audit mené par l’acheteur porte sur le système sous lequel la commande est exécutée
Comment nous vérifions

Organisé par méthode, et non autour d’un chiffre publié

Dans le domaine aérospatial, la méthode fait partie intégrante de la spécification ; ainsi, nos contrôles sont nommés avant même d’être réalisés. Les mesures dimensionnelles et géométriques sont effectuées en comparaison du dessin et des normes qui le régissent : AS9100 régit le système qualité sous lequel la commande est exécutée ; ANSI B94.11M, et, lorsque le dessin l’exige, NAS 907 définissent les exigences relatives à la pointe et à la tige ; ISO 286-1 définit l’ajustement ; ISO 1101 définit les tolérances géométriques. L’état de surface des parois de trou, lorsqu’il est spécifié, est évalué conformément à ISO 4287.

Lorsqu’une question métallurgique se pose sur une couche durcie ou enrichie en oxygène, elle est examinée selon la méthode de microindentation ASTM E384. Les résultats relatifs à la fatigue et à la corrosion, lorsqu’un programme les exige, sont obtenus respectivement selon les méthodes de fatigue axiale ASTM E466 et de brouillard salin ASTM B117 ; l’inspection des défauts de surface suit les normes ASTM E1417 et ASTM E1444, avec un personnel qualifié conformément à la norme ISO 9712, et les propriétés mécaniques du matériau sont évaluées selon la norme ISO 6892-1. La traçabilité par lot relie un outil livré à son lot de carbure ou d’acier, et un dossier du premier article accompagne chaque pièce spéciale. Lorsqu’une inspection n’est pas applicable à l’article fourni — par exemple, un contrôle par ressuage sur un outil ne comportant pas la caractéristique concernée — nous le mentionnons explicitement, plutôt que de faire état d’une opération non réalisée. Tout complément aux relevés de routine est fourni sur demande.

Personnalisation et livraison

Trois niveaux d’engagement, une seule séquence

Les commandes aéronautiques suivent les mêmes trois niveaux.

Niveau 1 — marque distributeur
l’étiquette de l’acheteur est apposée sur des outillages déjà qualifiés pour la séquence d’empilement concernée, avec une géométrie inchangée et un dossier de qualification préservé.
Niveau 2 — Conditionnement et spécifications
la géométrie reste inchangée, tandis que le nombre d’unités par emballage, l’identification de l’outil et le marquage de traçabilité sont configurés selon le système de l’acheteur, ce qui permet de rattacher un outil à un lot lors d’un audit.
Niveau 3 — Piloté par échantillon et dessin
une géométrie ponctuelle particulière, une étape, un diamètre pilote ou une modification de la tige est usinée à partir de l’échantillon ou du plan fourni par l’acheteur, avec un examen préalable de la conception pour la fabrication et un rapport d’inspection du premier article avant toute soumission de devis pour une commande répétée. Quel que soit le niveau concerné, la séquence suit toujours le même déroulement : les séquences d’empilement, les diamètres et les critères d’acceptation sont définis par écrit ; le plan ou l’échantillon est examiné ; le parcours d’usinage (meulage, rectification et revêtement) est établi de façon à ce que chaque étape puisse être mesurée en fonction de la caractéristique qu’elle contrôle ; le premier article est inspecté conformément au plan et au dossier de certification ; et la série est libérée avec un marquage de traçabilité liant la pièce livrée à son lot. Lorsqu’un examen entraîne une modification de la géométrie, la séquence redémarre à partir du plan révisé, et l’acheteur en est informé à ce stade, et non à la date de livraison.
QUESTIONS DES ACHETEURS

Ce que les équipes achats demandent en premier lieu

Comment un outil est-il tarifé pour une séquence d’empilement spécifique ?

Le prix est indiqué par outil, en fonction d’une séquence et d’un diamètre nommés, car le substrat, le revêtement et la géométrie de pointe varient selon la composition du trou. Un foret destiné aux stratifiés en carbone et un foret destiné au carbone et au titane ne peuvent pas être traités comme un seul article, et les coter ensemble masquerait leurs différences. Veuillez nous transmettre la séquence, les diamètres et les critères d’acceptation ; l’offre sera établie sur cette base.

Quel est le minimum de commande pour une géométrie spéciale ?

Les dimensions standard sont cotées à partir d’un parcours existant, tandis qu’une géométrie de pointe spéciale ou une étape devant être meulée pour la première fois implique sa propre préparation spécifique pour les opérations de meulage, d’affûtage et de revêtement, et est cotée séparément. Lors de la phase de cotation, nous préciserons si une géométrie spéciale donnée peut partager une préparation avec une géométrie existante ou doit faire l’objet d’une préparation dédiée.

Pouvons-nous qualifier des échantillons selon notre propre essai sur éprouvette avant de passer commande ?

Oui. Les échantillons sont fournis conformément à la séquence d’empilement et au critère d’acceptation définis par écrit, afin que les résultats obtenus sur les coupons puissent être comparés aux limites que vous avez fixées, et non à un résumé fourni par le fournisseur. Indiquez-nous la configuration des coupons ainsi que le critère de réussite ; le devis pour les échantillons sera établi en fonction de ces éléments.

Quel est le délai de fabrication d’un lot de production ?

Les diamètres standards sont libérés après l’approbation des échantillons, tandis que les diamètres spéciaux suivent une fois les étapes de meulage, d’alésage et de revêtement terminées ; le revêtement étant traité comme une étape distincte. Lorsqu’un programme dépend d’un rythme de fabrication, le calendrier du revêtement et l’inspection du premier article constituent les deux points à confirmer au moment de la commande, car ils figurent tous deux sur le chemin critique.

Quels documents accompagnent une expédition ?

Chaque expédition est accompagnée d’un registre d’inspection par lot couvrant l’ajustement de la tige, le diamètre et la géométrie de la pointe conformément au plan, ainsi que la certification du matériau pour le lot de carbure ou d’acier rapide. Les rapports sur le premier article, les registres de durée de vie et les résultats concernant le délaminage ou la hauteur des bavures sont conservés par famille d’outils et fournis sur demande.

Prêt à le spécifier ?

Envoyez la séquence d’empilement et la limite d’acceptation. Indiquez-nous la séquence des matériaux, le diamètre et la limite de bavure ou de délaminage figurant sur le plan, et nous préciserons quel substrat, quel revêtement et quelle géométrie de pointe sont spécifiés pour cette application — ainsi que les cas où notre gamme ne répond pas à la limite que vous devez respecter.

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