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Auteur(s)
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Daniel KREMER : Ingénieur des Arts et Métiers - Professeur à l’École nationale supérieure des arts et métiers
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’usinage par électroérosion est une technique procédant par fusion, vaporisation et éjection de la matière. L’énergie est apportée par des décharges électriques passant entre deux électrodes, la pièce et l’outil.
Cette technique modifie les caractéristiques de la matière en surface et en sous-couche (augmentation de la dureté, présence de contraintes résiduelles de traction d’origine thermique, présence de microfissures). Il s’ensuit une meilleure résistance à la corrosion et à l’usure, mais une baisse notable de la tenue en fatigue des pièces. La surface usinée est faite de cratères, sa rugosité est grossière en ébauche (Ra = 10 à 30 µm) ; elle peut être bonne en finition (Ra = 0,4 à 1,6 µm). Le débit de matière est plutôt faible : de l’ordre du centimètre cube en ébauche, du millimètre cube, voire moins, en finition.
Ce ne peut pas être une technique de grande série. Les décharges passant entre les deux électrodes, il y a aussi enlèvement de matière sur l’outil, qui s’use (usure volumétrique de 0,5 %, en ébauche, à 30 % ou plus en finition).
Sa très grande qualité est la précision, qui peut être meilleure que 0,01 mm, à condition de maîtriser l’usure de l’outil.
L’électroérosion est utilisée dans divers secteurs de l’industrie, pour usiner des matériaux conducteurs ou semi-conducteurs : aciers trempés, alliages métalliques réfractaires, certains composites, etc. Le plus gros utilisateur est le secteur de l’outillage : moules de verrerie, d’injection de matière plastique, matrices, poinçons, filières. Le procédé est aussi utilisé en aéronautique, pour des perçages ou usinages sur aubes ou disques de turbine. Les autres utilisateurs sont le domaine nucléaire, le domaine médical (prothèses, aiguilles), la mécanique générale et l'automobile pour des applications particulières (perçage d’injecteurs Diesel, découpe de petites séries en Formule 1).
L’électroérosion est incontournable pour réaliser des formes complexes dans des matériaux à hautes caractéristiques mécaniques. Ses concurrents potentiels sont l’usinage à grande vitesse (qui ne permet pas cependant d’obtenir des détails aussi fins) et le prototypage rapide, qui est plus flexible, mais pas encore assez précis.
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Synthèse
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6. Automatisation
L'électroérosion a connu un fort développement à partir des années 80, permis par deux avancées majeures :
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une amélioration des performances, principalement grâce aux générateurs et systèmes de commande d’avance ;
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une importante utilisation de l’automatisation, par l’emploi de commandes numériques multiaxes et par la gestion rationnelle de la fabrication et de la mise en position des électrodes.
6.1 Générateur
Le générateur doit pouvoir fournir des décharges de faible durée (quelques microsecondes à quelques millisecondes), d’intensité pouvant atteindre quelques dizaines ou centaines d'ampères, à une très haute fréquence de répétition.
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Pour les machines de défonçage, les progrès ne sont pas visibles. Certains constructeurs utilisent des systèmes de préamorçage de la décharge, à forte tension. D’autres contrôlent la forme du signal électrique pour lui donner l'allure d'une décharge type pour l'application envisagée. Des bases de données et des systèmes experts utilisent des données issues d'expérimentations pour optimiser l'usinage selon différentes stratégies : débit de matière ; compromis débit de matière – usure ; faible usure ; très faible usure.
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Pour les machines à fil, certains générateurs provoquent des inversions de polarité, car l’usure n'est pas un problème sérieux, pour faciliter l'évacuation des particules. Les générateurs ont considérablement évolué pour permettre les accroissements des vitesses maximales de coupe. La surface coupée est passée de 30 mm2/min dans années 70 à 350 mm2/min à la fin des années 90. Les constructeurs utilisent des circuits CMOS. Certains proposent des installations à 40 A, d'autres à 20 A avec signal de préamorçage de la décharge, d'autres enfin proposent des temps de commutation de quelques nanosecondes.
L’eau peut créer des problèmes d’électrolyse avec certains matériaux, les aciers par exemple. Des progrès récents ont fourni des générateurs « anti-électrolyse », qui s'opposent aux réactions d'oxydoréduction.
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ALBINSKI (K.) - The polarity of electrodes in electrodischarge machining - . Int. Symp. for Electro Machining, ISEM XI p. 95-103 (avr. 1995).
-
(2) - BENKIRANE (Y.) - Contribution à l’étude du polissage assisté par ultrasons - . Thèse de Doctorat ENSAM (21 mai 1996).
-
(3) - BENKIRANE (Y.), KREMER (D.) - Ultrasonic flow polishing process - . International Journal of Forming Processes, vol. 4 (2000).
-
(4) - BRINKSMEIER (E.), CAMMETT (J.T.), KÖNIG (W.), LESKOVER (P.), PETERS (J.), TÖNSHOFF (H.K.) - Residual stresses-measurement and causes in machining process - . Annals of the CIRP, vol. 31/21982 p. 491-510 (1982).
-
(5) - DAUW (D.F.) - EDM machining through automation - . EDM Digest, vol. XI, no 3, (1989).
-
(6) - DIBITONTO (D.D.), EUBANK (T.P.), PATEL (M.R.), BARRUFET (M.A.) - Theoretical...
ANNEXES
1 Principaux fournisseurs de machines d’usinage par électroérosion et leurs représentants en France
1.1 Machines de reproduction de forme par défonçage et de perçage
AEG Elotherm (D) repr : Val de Loire Machines Outils
AGIE (CH) repr : AGIE France
AMCHEN (GB) repr : Omnitechnique
ARD (ROC) repr : Omnitechnique
Charmilles Technologies (CH) repr : Charmilles Technologies France
Cormac (I) repr : Rosilio Machines Outils
Ingersoll Maschinen und Werkzeuge GmbH (D) repr : Mac’Sys
Makino (J) repr : Makino France
Mecaprob Engineering (F)
Mitsubishi Electric (J) repr : Mac’Sys
ONA (E) repr : ONA Electroerosion France
Raycon (USA) repr : Omnitechnique
SKM (ROC) repr : Mark’Techno
Sodick (J) repr : Celada France
HAUT DE PAGE1.2 Machines de découpe par fil
AGIE (CH) repr : Agie France
ARD (ROC) repr :...
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