Électroérosion

1. Définition de l'électroérosion

L'électroérosion est une opération d'usinage par enlèvement de matière qui utilise des étincelles électriques pour fusionner et éroder la surface d'une pièce. Cette technique repose sur un courant électrique passant entre une électrode et la pièce à usiner, très rapprochées et immergées dans un liquide isolant appelé diélectrique.

• Aussi appelée étincelage.
• Comparable à un orage dévastateur : des centaines de milliers d'étincelles par seconde vaporisent la matière.
• En anglais, cette technique est désignée par EDM (Electric Discharge Machining).

2. Principe de fonctionnement

1. Immersion : L'électrode (outil) et la pièce sont plongées dans un liquide isolant (diélectrique).
2. Connexion électrique : Pièce et électrode sont reliées à une source de courant.
3. Réduction du gap : L'espace (gap) entre la pièce et l'électrode est réduit.
4. Rupture de l'isolement : Le diélectrique cesse d'isoler, permettant le passage du courant.
5. Décharge électrique : Une étincelle se produit, générant une température pouvant atteindre 12 000 °C.
6. Érosion : La matière est fondue et vaporisée localement par cette étincelle.

L'électroérosion utilise des décharges électriques pour enlever la matière par fusion locale, grâce à des étincelles produites dans un milieu diélectrique.

3. Synthèse tableau : Électroérosion vs Usinage traditionnel

Cette méthode permet d'usiner des matériaux très durs et complexes, souvent inaccessibles par usinage mécanique classique.

1. Domaines d'utilisation de l'électroérosion

L'électroérosion est utilisée sur tous les matériaux conducteurs d'électricité, notamment lorsque les formes sont difficiles à usiner par des méthodes classiques.

a) Types de pièces concernées

• Pièces aux formes complexes ou délicates à usiner
• Aciers trempés et métaux durs
• Étampes : poinçons, matrices
• Moules industriels

b) Secteurs industriels majeurs

2. Applications types

• Réalisation de formes complexes impossibles par usinage mécanique classique
• Usinage de matériaux très durs sans altération thermique importante
• Fabrication de moules et matrices avec haute précision
• Production de pièces miniatures et de haute précision (ex : horlogerie, médical)

L’électroérosion permet d’usiner des matériaux conducteurs difficiles à travailler par des procédés conventionnels, en garantissant précision et complexité géométrique.

1. Procédés d'électroérosion par enfonçage

L’électroérosion par enfonçage utilise une électrode qui agit comme outil d’usinage. Cette électrode est façonnée selon la forme négative de la pièce à usiner.

a) Matériaux des électrodes

b) Principe

• L’électrode est positionnée face à la pièce.
• Des étincelles électriques provoquent la fusion et l’érosion locale du métal.
• La forme usinée est le négatif de l’électrode.

L’électrode détermine la forme finale de la cavité usinée par électroérosion.

c) Applications

• Usinage de formes complexes difficiles à obtenir par usinage mécanique classique.
• Usinage intérieur ou extérieur selon la forme de l’électrode.

d) Points clés

• L’électrode ne touche jamais la pièce : l’érosion est due aux décharges électriques.
• Le choix du matériau de l’électrode dépend de la dureté et de la nature du matériau à usiner.
• L’électrode s’use au cours du procédé, ce qui nécessite un contrôle précis pour garantir la précision dimensionnelle.

Cette technique est particulièrement adaptée pour l’usinage de pièces en matériaux très durs ou fragiles, où les méthodes mécaniques sont inefficaces ou risquent d’endommager la pièce.

1. Découpage par électroérosion au fil

Le procédé utilise un fil métallique fin comme électrode pour réaliser la découpe par étincelage.

a) Matériaux et caractéristiques du fil

• Matériaux courants : laiton, cuivre zingué
• Diamètre du fil : de 0,02 mm à 0,36 mm
• Le fil est consommable : il est haché et non réutilisé après usinage.

b) Applications principales

• Usinage d'outillages, notamment les étampes
• Fabrication de moules complexes

2. Principe de fonctionnement

• La pièce à usiner est bridée solidement.
• Le fil électrode est tendu et déplacé selon le contour à découper.
• Des étincelles électriques provoquent la fusion et l’érosion locale du matériau, permettant la découpe précise.

3. Avantages du procédé

La découpe par électroérosion au fil utilise un fil fin consommable comme électrode pour réaliser des découpes précises par étincelage sur des matériaux conducteurs.

1. Paramètres électriques

Les impulsions en électroérosion sont contrôlées par trois paramètres essentiels :

• Intensité des impulsions (A)
• Durée des impulsions (μs)
• Fréquence des impulsions (% de la durée)

Ces paramètres influencent directement :

• L'état de surface de la pièce usinée
• La capacité d'enlèvement de matière (temps d'usinage)
• L'usure de l'électrode
• La vitesse de découpe du fil

a) Influence des paramètres sur l'usinage

2. Milieu de travail

L'usinage s'effectue dans un liquide diélectrique, qui peut être :

• Un liquide aqueux (eau déminéralisée ou déionisée)
• Un liquide huileux (pétrole)

Ces liquides sont régénérés et filtrés en permanence pour assurer leur efficacité.

a) Rôles du liquide diélectrique :

• Refroidir la pièce et l'électrode
• Isoler électriquement
• Concentrer l'étincelle
• Évacuer les copeaux et particules issus de l'usinage

3. Conditions optimales d'étincelage

• La pièce et l'électrode ne doivent jamais être en contact direct
• Il ne doit y avoir aucun effort de coupe mécanique
• L'espace entre la pièce et l'électrode s'appelle le GAP (écart d'étincelage)

À retenir : Le contrôle précis des paramètres électriques et du milieu diélectrique garantit un usinage efficace, une bonne qualité de surface et une usure maîtrisée de l'électrode.

1. États de surface en électroérosion

Les états de surface obtenus dépendent des paramètres électriques utilisés lors du procédé. Ils varient du plus fin au plus grossier selon le mode d'usinage :

• Enfonçage permet une large gamme de rugosité, du très fin au très grossier.
• Fil offre un état de surface généralement plus fin et contrôlé.

2. Conditions d'étincelage

• La qualité de l'état de surface est directement liée aux conditions d'étincelage (intensité, fréquence, durée, tension).
• Un étincelage contrôlé permet d'obtenir une surface plus lisse (faible $Ra$).
• Des paramètres trop élevés génèrent des surfaces plus rugueuses, avec des cratères plus profonds.

À retenir : La rugosité $Ra$ en électroérosion varie principalement selon les paramètres électriques et le mode d'usinage (enfonçage ou fil), influençant directement la finesse ou la grossièreté de la surface usinée.

1. Machines d'électroérosion par enfonçage

Les machines d'électroérosion par enfonçage utilisent un électrode porte-outil qui s'enfonce dans la pièce à usiner pour créer la forme désirée par décharge électrique.

2. Caractéristiques principales des machines

3. Fonctionnement

• L’électrode, montée sur la broche verticale, s’enfonce dans la pièce.
• Les décharges électriques entre l’électrode et la pièce provoquent l’érosion du métal.
• Le liquide diélectrique circule pour évacuer les résidus et refroidir la zone d’usinage.
• Les mouvements combinés des axes X, Y, Z et des axes rotatifs B, C permettent de réaliser des formes complexes.

À retenir : Une machine d’électroérosion par enfonçage combine des mouvements linéaires et rotatifs, un générateur d’impulsions et un système diélectrique pour usiner avec précision par décharge électrique.

1. Machines d'électroérosion au fil

Les machines d'électroérosion au fil possèdent une tête supérieure avec les axes U, V, Z et une tête inférieure avec les axes X, Y. Cette configuration permet une grande flexibilité dans l'usinage.

• La vitesse d'avance du fil est réglable pour s'adapter au matériau et à la précision souhaitée.
• Une régulation électronique maintient un effort de traction constant sur le fil, garantissant une usure uniforme.
• Le système d'enfilage automatique facilite la mise en place du fil.
• Il est possible d'usiner deux formes différentes simultanément.
• Les axes permettent d'usiner des pièces coniques jusqu'à 45°.

Ces caractéristiques rendent la machine adaptée à des pièces complexes et précises.

2. Perçage rapide par électroérosion

Le perçage rapide par électroérosion est une technique proche de l'électroérosion par enfonçage, mais avec une électrode tubulaire en rotation.

• Diamètre des électrodes : de 0,06 mm à 3 mm.
• Arrosage haute pression par le centre de l'électrode pour évacuer les résidus.
• Profondeur maximale de perçage : 200 mm.

À retenir : L'électroérosion au fil permet d'usiner des formes complexes avec une grande précision, tandis que le perçage rapide par électroérosion utilise une électrode tubulaire rotative pour des trous profonds et précis jusqu'à 200 mm.

1. Avantages de l'électroérosion

• Grande précision : permet d'obtenir des pièces très fines avec des détails complexes.
• Angles vifs possibles : usinage de formes avec des arêtes nettes.
• Perçage de petits diamètres : adapté aux trous très fins difficiles à réaliser autrement.
• Usinage de très petites pièces : convient aux micro-usinages.
• Large plage d’états de surface : de rugueux à très lisse selon les paramètres.
• Pas d’efforts de coupe : absence de contraintes mécaniques sur la pièce, évitant déformations.

2. Inconvénients de l'électroérosion

3. Exemples de pièces usinées par électroérosion

• Pièces micro-mécaniques complexes
• Outillages avec formes précises et angles vifs
• Trous de très petits diamètres dans des matériaux durs
• Électrodes en graphite utilisées pour la fabrication d’outils

L’électroérosion est idéale pour la fabrication de pièces nécessitant une grande précision et des formes complexes, notamment dans l’aéronautique, l’horlogerie, et l’outillage de précision.