Présentation
Auteur(s)
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Henri PELLEREAU : Ingénieur de l’École Centrale de TSF et d’Électronique - Directeur Technique de Chimic Métal
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Jean-Michel CUNTZ : Ingénieur du Conservatoire National des Arts et Métiers - Centre Commun de Recherches Louis Blériot, Aérospatiale
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Franck CORDIER : Ingénieur de l’École Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Centre Commun de Recherches Louis Blériot, Aérospatiale
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Lire l’articleINTRODUCTION
La partie Découpe chimique a été rédigée par Henri PELLEREAU.
La partie Fraisage chimique a été rédigée par Jean-Michel CUNTZ et Franck CORDIER.
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 :
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dépôt d’une épargne protectrice selon le dessin désiré ;
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attaque chimique (on dit couramment gravure) des parties non protégées.
La gravure chimique remonte au 1er millénaire, chez les Arabes, qui utilisaient l’action du sel de nitre (nitrate de sodium) sur les métaux. Au XV e siècle, l’utilisation de bitume de Judée, déposé et séché sur une plaque de cuivre ou d’acier, permet à l’artiste de dessiner avec une pointe sèche, dégageant ainsi le métal, que l’on attaque ensuite à l’acide nitrique : c’est la gravure à l’eau forte. Cette technique fut utilisée pour la réalisation de plaques décoratives et de clichés d’imprimerie, pour la reproduction de dessins.
Les deux principales formes du développement actuel de l’usinage chimique sont :
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la découpe chimique 1, enlevant localement le métal sur toute l’épaisseur de la pièce ; les applications sont extrêmement nombreuses, tout particulièrement en électronique (figure 1) 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 2, 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 2) : 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.
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2. Fraisage chimique
Le fraisage chimique est un procédé d’enlèvement de matière par action chimique. La dissolution du métal lors de son immersion dans la solution d’attaque est un processus de nature électrochimique analogue à celui mis en jeu lors des phénomènes de corrosion. Pour présenter un intérêt industriel, ce processus doit être parfaitement maîtrisé de manière à produire une attaque uniforme et de vitesse constante dans le temps.
Il est couramment appelé usinage chimique dans le secteur aéronautique : nous emploierons indifféremment dans la suite fraisage chimique ou usinage chimique.
Par rapport aux techniques d’usinage conventionnelles, l’usinage chimique des métaux présente des particularités qui justifient ses applications. On peut citer :
-
la facilité d’usinage des pièces en forme (développables ou non) ;
-
l’usinage sans déformation de pièces de faible épaisseur ;
-
le temps d’attaque qui dépend de la profondeur usinée et non de la surface usinée ;
-
la possibilité d’usiner simultanément un grand nombre de pièces sur toutes leurs faces.
Le fraisage chimique présente toutefois des inconvénients qui peuvent limiter son utilisation. On peut citer :
-
la reproduction de tous les défauts géométriques de la surface initiale (rayures, etc.) ;
-
l’imprécision relative des contours d’usinage, qui croît avec l’épaisseur usinée (tableau 11, p. 14) ;
-
l’amélioration peu fréquente de l’état de surface ;
-
l’augmentation de la dispersion des épaisseurs avec la profondeur d’attaque ;
-
la possibilité d’une fragilisation des matériaux ;
-
l’impossibilité de réalisation d’alésages ;
-
l’usinage irrégulier des soudures ;
-
la difficulté d’usiner des alliages coulés.
Le fraisage chimique s’est initialement développé dans l’industrie aéronautique, car cette technique se prête particulièrement bien à certaines applications :
-
l’allègement des structures sur des pièces en forme (tôles minces de revêtements de cellule ou de...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - Anwendungsgebiete der industriellen Ätztechnik. - [nbsp ]Chemcut Corp. (1964).
-
(2) - DE MIERRY (E.) - L’usinage chimique des alliages d’aluminium. - Galvano-organo-traitements de surface no 536, p. 532-538 (mai 1983).
-
(3) - LAJAIN - Usinage chimique de pièces en forme en alliage d’aluminium. - Surfaces no 175, p. 8-20 (1985).
-
(4) - JOY (M.) - Une installation ultra-perfectionnée d’usinage chimique du titane. - Galvano-organo-traitements de surface no 580, p. 743-744 (nov. 1987).
-
(5) - DINI (J.W.) - Fundamentals of chemical milling. - American Machinist Special Report 768, p. 113‐127 (juil. 1984).
-
(6) - WELLER (E.J.) - Nontraditional machining processes. - Society of Manufacturing Engineers. 2e édition. ISBN 0-87263-133-8 (1984).
ANNEXES
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