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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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7. Synthèse
L’usinage par électroérosion est un procédé enlevant la matière par fusion, vaporisation et érosion, réservé aux matériaux conducteurs et semi-conducteurs. Il est insensible aux caractéristiques mécaniques des matériaux à usiner. Par contre, son efficacité dépend de la diffusivité thermique du matériau. Il peut donc être utilisé pour usiner les métaux et alliages, les aciers trempés, les alliages métalliques réfractaires, les carbures métalliques, certaines céramiques, le diamant polycrystallin.
Après usinage, la matière présente une couche thermiquement affectée : modifications structurales, présence de contraintes résiduelles et de microfissures. La résistance à l’usure et à la corrosion est augmentée, la tenue en fatigue est nettement abaissée.
En défonçage, le procédé est caractérisé par :
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le débit de matière (quelques mm3/min en finition à quelques centaines de mm3/min en ébauche) ;
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la rugosité (Ra de 0,4 en finition à 15 µm en ébauche) ;
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l’usure de l’électrode (de 30 % en finition à moins de 1 % en ébauche).
En découpe par fil, les performances sont :
-
un débit surfacique pouvant atteindre 350 mm2/min dans l’acier ;
-
un état de surface pouvant descendre à Ra 0,2µm.
L’usure n’est pas un critère fondamental.
La grande qualité de l'usinage par électroérosion est la précision qu'il permet d'obtenir. Son intérêt principal est souvent l’absence d’effort, qui autorise de travailler avec des outils très fragiles ou déformables.
Il est utilisé pour réaliser des empreintes de forme complexe, des détails fins, des micro-usinages. Il est en concurrence avec le fraisage à grande vitesse lorsque la forme ne possède pas de détails trop fins, avec l’usinage électrochimique lorsque la précision requise n’est pas serrée.
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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).
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(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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