Projet ANR-15-CE10-0005 – SIMP-Aero : Simulation Mécanique du Processus d'usinage des Pièces Aéronautiques
Programme : Usine du futur - système, produit, process (DS0302) 2015
Année de financement : 2015
Coordinateur du projet : Monsieur Emmanuel Duc (Institut Pascal UMR CNRS/UBP/IFMA 6602)
Partenaires : Association; Entreprise autre que TPE ou PME; Entreprise autre que TPE ou PME; Laboratoire public
Montant : 796418.0 euros
Date de début : 2015
Durée : 48 mois
Résumé : Dans le cadre de la production de pièces de structure aéronautique, ce projet a pour but de développer les outils numériques permettant d’évaluer la distorsion des pièces laminées, forgées ou matricées durant l’usinage, afin d’en valider la géométrie, d’en optimiser le processus d’usinage voire d’en modifier la définition géométrique. Ce projet suit un projet FUI, terminé en juin 2015, qui avait regroupé Aubert et Duval, Constellium, le Cemef et l’Institut Pascal / IFMA. Ce projet avait porté sur l’étude de la déformation après usinage d’une morphologie de pièces, fabriquée à partir d’un nouvel alliage d’aluminium-lithium. Sa conclusion nous a permis d’exprimer des problématiques scientifiques plus fondamentales.
La conception des pièces de structure aéronautique répond à une exigence de résistance mécanique tout en cherchant une réduction du poids et une minimisation du coût de fabrication. Les pièces sont physiquement réalisées à partir d’une préforme, dont 80% à 90% de la masse est éliminé par usinage. Ce fort enlèvement de matière engendre un rééquilibrage des contraintes internes induites par la mise en forme initiale, qui déforme la pièce usinée, augmente le coût et le temps de fabrication. La maîtrise de cette déformation est donc un facteur de réduction des coûts et d’optimisation du processus, par la simplification des opérations et le contrôle du volume de métal engagé. 
Durant l’usinage, nous avons constaté que la déformation de la pièce dépend de la situation d’usinage et en particulier du type de bridage utilisé, ainsi que de la planification de l’usinage qui produit un rééquilibrage continuel des contraintes. Le problème d’identifier la planification qui aboutit à la distorsion minimale n’est pas résolu. Le but de ce projet est ainsi de proposer une modélisation théorique et expérimentale de la distorsion de la pièce pendant l’usinage.
Le projet est structuré suivant cinq lots :
-	Caractérisation des contraintes résiduelles dans les pièces préformées, pour identifier les champs de contraintes nécessaires à la simulation pour différents matériaux et différents procédés. La mesure des contraintes résiduelles et l’évaluation de son incertitude sont des problèmes complexes dans le cas des pièces industrielles massives.
-	Développements numériques sous le logiciel Forge ®, pour modéliser l’enlèvement de matière et estimer la distorsion en réduisant les temps de calcul et en améliorant la qualité de la prédiction.
-	Développement d’une méthode de mesure des distorsions, non intrusive, de la pièce lors de l’usinage applicable dans l’environnement perturbé de la machine outils.
-	Optimisation des gammes de fabrication, pour contrôler l’influence de la déformation sur le respect des spécifications géométriques et adaptation de la conception des pièces.
-	Validation sur des pièces industrielles, de la simulation par comparaison avec les résultats expérimentaux.
Ce projet concourt à la proposition d’une simulation fidèle du comportement mécanique des pièces durant l’usinage à l’instar des autres procédés comme la fonderie ou la forge. En effet, il n’existe pas d’outils permettant d’évaluer l’état de chargement mécanique d’une pièce pendant l’usinage.
Au niveau industriel, la maitrise de la déformation des pièces et l’enrichissement de l’expertise d’Aubert et Duval et de Constellium est un avantage concurrentiel majeur dans un marché aéronautique en pleine évolution qui doit absorber une augmentation importante des cadences et l’apparition de concurrents low-cost sur les marchés très techniques de l’obtention de préformes. Les clients attendent dorénavant de leur fournisseur d’être en mesure de les conseiller sur les processus avals dans une démarche de réduction des coûts.