Le refroidissement cryogénique, une technique révolutionnaire

L’usinage du titane sera bientôt plus efficace et plus abordable

Un projet de recherche mené par Sirris a récemment révélé que le refroidissement par le biais de gaz cryogéniques présentait des avantages significatifs pour le travail du titane. La qualité de surface est sensiblement améliorée et les traces de brûlage peuvent être évitées. En outre, la longévité des forets et fraises est doublée, ce qui a un impact positif sur les coûts.

Sirris met ses compétences au service des entreprises qui souhaitent savoir si et dans quelle mesure certaines innovations technologiques peuvent être implémentées utilement dans leur système d’exploitation. Sirris a une grande expérience et des connaissances approfondies dans le domaine et dispose de l’infrastructure de haute technologie requise.

Sirris mène, en collaboration avec Air Liquide,  un projet test portant sur l’usage du refroidissement cryogénique lors de l’usinage du titane. « Cette collaboration a débuté très spontanément », explique Tom Jacobs, Senior Engineer Precision Manufacturing chez Sirris.

Tom analyse de multiples technologies de production et est en charge de l’étude de l’organisation intégrale du processus de production. Il est en outre impliqué dans plusieurs projets de recherche européens et flamands et est responsable de l’implémentation du concept industrie 4.0 dans les techniques d’usinage.

«Comme nous avions besoin de gaz, nous avons tout naturellement pensé à Air Liquide. Nous avons simplement contacté la société en envoyant un e-mail à son adresse générale. C’est ainsi que tout a commencé. Air Liquide assure l’approvisionnement en gaz de nos installations de test et nous a fourni un système de vannes et de contrôle spécifique. La société nous aide par ailleurs à déterminer les températures d‘utilisation idéales des gaz.»

D’importantes économies grâce à la longévité doublée des forets et des fraises

Les entreprises qui usinent le titane et des matériaux similaires utilisent traditionnellement une émulsion de gouttelettes d’huile nébulisées (Minimum Quantity Lubrification), de l’air comprimé ou une combinaison des deux pour limiter la surchauffe du foret ou de la fraise.

«La technique est efficace, mais la technologie cryogénique –par laquelle un flux de gaz, comme le CO2 ou l’azote fortement réfrigéré est dirigé vers le point de fraisage– permet de travailler à des températures beaucoup plus basses et donc d’accroître la durée de vie des outils (foret et fraises). Ceci engendre  des économies substantielles. Les tests que nous avons effectués avec la technologie cryogénique révèlent que la durée de vie utile de ces outils est à peu près multipliée par 2  pour l’usinage du titane.»

«Comme le coût de l’outillage représente environ 20% du coût d’usinage total, les économies sont significatives.»

De meilleures conditions de travail

De plus, la surface de la pièce ouvragée est de meilleure qualité : elle est moins rugueuse et ne présente plus de traces de brûlage. La perte de matériau reste donc limitée au minimum. Dans le cas du titane, cette caractéristique ne manque pas d’intérêt car le matériau est très cher.

«Sans compter les coûts cachés qui peuvent être évités grâce à la cette technologie cryogénique. Avec la plupart des méthodes traditionnelles, les ouvriers respirent des vapeurs d’huile, ce qui peut entraîner des problèmes de santé. L’azote ou le CO₂ mis en œuvre par le refroidissement cryogénique ne présente en revanche aucun risque pour la santé lorsqu’ils sont correctement utilisés.»

Intégration au parc de machines existant

Le projet test s’étend jusqu’en août 2018 mais il est d’ores et déjà acquis que la technologie cryogénique fournit d’excellents résultats pour le travail du titane.

«Par ailleurs, nous ne cessons d’améliorer notre technique d’intégration de cette nouvelle technologie aux machines qui utilisent toujours des liquides de refroidissement ou de l’air comprimé. C’est important car les entreprises pourront ainsi mettre en œuvre la nouvelle technologie à court terme sans devoir consentir d’importants investissements.»

Optimisation et derniers ajustements

« Nous nous attelons à perfectionner cette technique en collaboration avec Air Liquide. Nous voulons examiner s’il est possible d’acheminer le gaz encore plus près du point de coupe afin d’accroître l’efficacité du processus. Il serait possible d’y parvenir par exemple en amenant le gaz via une buse d’injection intégrée au foret ou à la fraise. Quoi qu’il en soit, la buse est l’un des composants les plus cruciaux de cette technologie parce que c’est elle qui doit faire en sorte que le gaz parvienne au point de coupe à la bonne pression et selon la forme de jet qui convient. Les buses que nous utilisons pour les tests sont fournies par Altec, le centre d’expertise d’Air Liquide qui a une connaissance approfondie dans ce domaine. »