L'électroérosion est la technique employée par l'industrie afin de pouvoir usiner avec la plus grande précision toutes sortes de matériaux conducteurs métaux alliages graphite céramiques etc indépendamment de leur dureté

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L'ELECTROEROSION L'électroérosion est la technique employée par l'industrie afin de pouvoir usiner avec la plus grande précision toutes sortes de matériaux conducteurs (métaux, alliages, graphite, céramiques, etc.), indépendamment de leur dureté. Définition On définit le processus d'électroérosion comme le fait de décaper du matériau à travers une série successive de décharges électriques, séparées les unes des autres par un certain temps. Ces dernières jaillissent entre deux pôles (électrode ou outil de travail et pièce à usiner). Les décharges sont créées par des générateurs à impulsions électriques

  • diélectrique

  • matière en fusion

  • balayage des sphérules par circulation du diélectrique

  • rigidité diélectrique du liquide

  • passage du courant

  • électroérosion

  • sphérules

  • acier inox

  • champ electrique


Publié le : mardi 19 juin 2012
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Source : michel.baehrel.pagesperso-orange.fr
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L’ELECTROEROSION
L'électroérosion est la technique employée par l'industrie afin de pouvoir usiner avec
la plus grande précision toutes sortes de matériaux conducteurs (métaux, alliages,
graphite, céramiques, etc.), indépendamment de leur dureté.
Définition
On définit le processus d'électroérosion comme le fait de décaper du matériau à
travers une série successive de décharges électriques, séparées les unes des autres
par un certain temps. Ces dernières jaillissent entre deux pôles (électrode ou outil de
travail et pièce à usiner).
Les décharges sont créées par des générateurs à impulsions électriques
Principe physique de l'électroérosion
L'usinage par électroérosion s'effectue à travers le jaillissement d'étincelles
électriques entre deux électrodes soumises à une tension électrique déterminée,
toutes deux plongées dans un liquide isolant (liquide diélectrique).
Sachant que les deux électrodes se trouvent dans un milieu diélectrique ou isolant, la
tension que l'on applique sur les deux doit être suffisante pour créer un champ
électrique (image 1) supérieur à la rigidité diélectrique du liquide.
Sous l'action de ce champ électrique, ions libres positifs et électrons en seront
accélérés en créant un canal de décharge qui devient conducteur, c'est en ce point
précisément que jaillit l'étincelle. Ce qui entraîne des collisions entre les ions (+) et
les électrons (-). Il se forme alors un canal de plasma.
Sous l'effet des chocs, il se crée de hautes températures sur les deux pôles et autour
du canal de plasma se forme une boule de gaz qui commence à grandir. Par ailleurs,
les hautes températures qui se sont produites sur les deux pôles, fondent et
vaporisent une partie du matériau de la pièce, en revanche l'électrode s'use tout
justement très légèrement.
Dans cette situation (grande boule de gaz et matière en fusion sur les deux pôles),
on coupe le courant électrique. Le canal de plasma se défait et l'étincelle disparaît.
Le liquide diélectrique brise alors la boule de gaz en la faisant imploser (exploser
vers dedans).
Ceci aboutit à ce qu'il se crée des forces qui font sortir la matière en fusion en
formant deux cratères en surface. La matière en fusion se solidifie. Elle est entraînée
sous forme de boules par le liquide diélectrique, pour constituer ce que l'on peut
appeler "copeau du processus d’ électroérosion
Principe
Son principe est de permettre une succession de décharges électriques entre deux éléments
conducteurs (pièces et électrode) au travers d'un diélectrique liquide. Le phénomène se répète
jusqu'à 5*10
5
fois par seconde.
Mécanisme de l'enlèvement de matière
Ionisation du diélectrique :
formation d'un canal de conductibilité pendant un temps
aléatoire.
Effet dirrupteur dû au début de la décharge :
ceci entraîne la vaporisation du
diélectrique (bulles) ; le passage du courant et la chute de tension correspondant à la
chute de résistance ; on remarque un faible enlèvement de matière.
Passage massif du courant :
on a ce que l'on nomme l'effet de plasma avec des
températures allant de 8000 à 12000°K. Les bulles augmentent de taille, l'énergie se
disperse dans l'électrode (le fil), la pièce et le diélectrique; on observe alors un
échauffement et éventuellement une vaporisation de leurs constituants (formation de
gaz).
Interruption du courant par le générateur :
on a alors l'implosion de la bulle, suivi
d'un balayage des surfaces en fusion, et les sphérules (déchets) sont éjectées et vont se
coller autour du cratère.
Circulation du diélectrique :
il y a balayage des sphérules par circulation du
diélectrique qui sera filtré par la machine.
Conseils d'usinage
L'électrode (le fil) s'usera d'autant moins que sa température de fusion sera forte (graphite), sa
vitesse de transmission de chaleur plus grande (évacuation des calories), le choix de la
polarité donnera un champ magnétique "collant" les sphérules sur l'électrode, l'intensité du
courant sera plus faible, une électrode en cuivre, sous certaines conditions se charge de
carbone. On obtient ainsi une "couche de protection" qui réduit son usure.
Electroérosion
L'électroérosion à fil est un procédé de fabrication par action thermique et érosive d'un courant à
haute fréquence passant dans un fil en laiton d'un diamètre de 0,1 mm - 0,2 mm - 0,25 mm - 0,3 mm.
Les formes usinables sont du type "génératrices linéaires". Les précisions obtenues sont de
l'ordre du μm.
Matériaux
Il est possible d'usiner des matériaux électriquement conducteur quelqu'en soit la dureté comme par
exemple : acier - acier traité - aluminium - cuivre - titane - carbures - Or - platine ...
mais aussi : diamant polycristallin - PCBN - superalliages ...
Acier
Laiton
Graphite
Aluminium
Carbure
Formes
La CFAO sur ordinateur associée aux machines à commandes numériques 5 axes, nous permettent
d'usiner tous les profils, du plus simple au plus complexe.
Les profils hauts et bas peuvent être identiques, homothétiques ou différents, ce qui augmente à
l'infinie les géométries réalisables.
L’USINAGE CHIMIQUE
Le principe
L’usinage chimique s’appuie sur l’attaque d’un métal par un acide. C’est la technique de la
photogravure aussi appelée eau forte dans le domaine artistique.
Le métal est protégé localement par un film et les zones à nu seront gravées par l’acide.
On peut facilement transposer cette technique aux deux faces de la plaque et ainsi faire de l’usinage
chimique : découpage (attaque par les deux faces) et gravure (attaque d’une seule face).
En règle générale la gravure est de type 50/50 c’est à dire que l’on ronge de manière identique par les
deux faces à la tolérance prés.
Il est possible d’avoir une attaque asymétrique sur les deux faces et faire du 80/20 par exemple, mais
cette méthode est peu diffusée du fait de la précision douteuse et de sa relative difficulté dans la
répétitivité.
Les limitations sont assez nombreuses :
Les matériaux de base doivent être obligatoirement en feuille et plan. (pas de pièce en
volume)
Au-delà de 6/10
e
à 8/10
e
de mm d’épaisseur le résultat est de plus en plus grossier
La matière de base doit être attaquable chimiquement et rester compatible avec les besoins
de nos maquettes (soudabilité)
La gravure ne peut se faire que sur un seul niveau
(techniquement il est possible de faire des gravures sur plusieurs niveaux mais ce genre
d’opération est très onéreuses et ne s’applique qu’à des séries importantes).
Matière
Gravure
Soudabilité
Sn/Pb
Caractéristique
mécanique
Application en modélisme
ferroviaire
Cuivre
très bon
très bon
Ductile
? ?
Laiton
très bon
très bon
Polyvalent
Toutes les pièces de structure et
d’habillage
Maillechort (arcap)
bon
très bon
Rigide
Embiellage, pantographes, pièce
d’usure
Bronze
(chrysocale)
très bon
très bon
Ressort
Ressort, frotteurs, pièces fines
(<0.20mm)
Acier INOX
mauvais
nulle
Corrosion
? ?
Acier
mauvais
nulle
? ?
Aluminium
mauvais
nulle
Faible poids
? ?
L
’usinage chimique est un procédé qui permet l’usinage de pièces métalliques par voie chimique,
c’est-à-dire par attaque chimique ou dissolution chimique à l’aide d’un agent adéquat.
Le plus souvent, il s’agit non d’un usinage de toute la surface de la pièce, mais d’un usinage localisé :
on utilise alors une
épargne
qui protège localement la surface de la pièce partout où il ne doit pas y
avoir d’usinage. Le procédé se ramène alors à deux opérations :
dépôt d’une épargne protectrice selon le dessin désiré ;
attaque chimique (on dit couramment gravure) des parties non protégées.
Les deux principales formes du développement actuel de l’usinage chimique sont :
la
découpe chimique
enlevant localement le métal sur toute l’épaisseur de la pièce ; les
applications sont extrêmement nombreuses, tout particulièrement en électronique (
figure
A
)
et en mécanique ; ce procédé est utilisé pour obtenir des pièces plates de dimensions variées
(de 1 mm
2
à 1 m
2
) à partir de feuilles ou de plaques d’épaisseur assez faible (10 μm à
3 mm) ;
le
fraisage chimique
,créant des creux dans des surfaces ; les applications sont dans
l’imprimerie (héliogravure) et surtout dans l’usinage de pièces importantes employées dans la
construction aéronautique (
figure
B
) : éléments de voilures ou de fuselage (plusieurs mètres
carrés), dans un but d’allègement des structures.
L’usinage chimique offre, entre autres, l’avantage de ne pas modifier les propriétés mécaniques et
métallurgiques des métaux : une pièce en acier trempé ou recuit reste en son état.
Figure A -
Pièces électroniques obtenues par découpe chimique
(échelle 1)
Figure B -
Pièces aéronautiques obtenues par
fraisage chimique
Usinage abrasif par ultrasons
Principe :
Un outil, généralement positionné suivant un axe vertical, appelé "sonotrode", reproduit en
pénétrant dans la pièce à usiner sa propre forme. Ce travail est dû aux mouvements de grains
d'abrasif (carbure de bore, carbure de silicium ou diamant de quelques dizaines de μm de
diamètre) entraînés entre pièce et sonotrode (gap) par la vibration de celle-ci qui est excitée
sur sa fréquence de résonance (20 KHz). Les particules très dures sont projetées sur la surface
de la pièce et pénètrent celle-ci en provoquant une
déformation
suivie d'un enlèvement de
matière sous forme de
micro-copeaux
. L'abrasif est en suspension dans de l'eau qui transmet
bien les fréquences ultrasonores.
Cet usinage est particulièrement adapté aux matériaux durs et fragiles, et donc cassants, qui,
comme le quartz ne supportent pas de gradients thermiques importants.
Cette usure et le travail d'enlèvement de la matière dépendent de nombreux paramètres tels
que : vibration, pression statique, taille et nature du grain d'abrasif, profondeur de pénétration,
nature et forme de la pièce à réaliser,...Ainsi, les paramètres d'usinage sont à déterminer au
cas par cas.
Résultats obtenus :
La forme et les dimensions d'un perçage cylindrique par exemple dépendront de la manière
dont nous pouvons maîtriser le gap et l'usure de la sonotrode. Néanmoins, grâce à une bonne
connaissance préalable de l'action des abrasifs, nous pouvons obtenir des usinages ayant des
dimensions de quelques mm à 3 ou 4 μm près. Si la profondeur est trop importante, il sera
nécessaire, pour maintenir une telle précision sur toute la hauteur, de prévoir plusieurs
sonotrodes, la dernière, de plus gros diamètre ne travaillant que pour l'enlèvement d'une très
faible épaisseur de matière, avec éventuellement un grain de diamètre plus faible pour
améliorer l'état de surface (‹20μm). Dans ce cas, la surface laissera apparaître des cavités dont
la profondeur sera inférieure au dixième du diamètre du grain, c'est-à-dire 2 μm.
Dans ces conditions, nous avons déjà pu réaliser des trous de 300 μm de diamètre sur
plusieurs mm de haut dans du cristal de quartz. Les perçages de 100 μm de diamètre sont
réalisables sur des hauteurs plus faibles (300 à 500 μm), le problème, dans ce cas, étant la
réalisation de l'outil.
Exemple de réalisation : PZT, Hauteur: 600 μm, ø 300 μm
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