Usinage par électroérosion à fil

L'usinage par électroérosion à fil est une technique électrothermique contemporaine non conventionnelle qui utilise des étincelles électriques pour éroder le matériau d'un matériau ciblé (matériau de travail). Elle peut découper pour façonner des prototypes de conception complexes et est également utilisée pour cisailler des pièces en grands volumes avec une stabilité dimensionnelle élevée. Les petits contours ou les micro-trous peuvent être facilement façonnés à l'aide d'une machine d'électroérosion à fil standard avec une usure minimale de l'outil. Il s'agit d'un processus plus précis et plus exact que les techniques de découpe de métal conventionnelles. L'une de ses principales caractéristiques est qu'il peut presque percer n'importe quel matériau à haute résistance et conducteur et façonner des géométries complexes sans aucune force mécanique. Cet article de blog met en évidence l'énorme potentiel de l'usinage par électroérosion à fil, en discutant de leurs applications, de leurs types et de leurs capacités de cisaillement.

EDM à fil : introduction au processus

Dans l'industrie métallurgique, l'usinage par électroérosion à fil (Wire EDM) est considéré comme une technique exacte et précise qui utilise un fil fin (électrode) chargé électriquement pour cisailler les métaux. Le fil passe dans un fluide diélectrique qui refroidit le matériau et élimine également les particules érodées.

L'usinage par électroérosion à fil ne consiste pas à enlever de la matière par découpe directe, mais à utiliser une décharge électrique pour éroder la matière. Au lieu de la couper, elle la fait fondre ou la vaporiser, ce qui confère à l'outil une grande précision et produit très peu de copeaux. Ce procédé est avantageux pour la fabrication de pièces difficiles à usiner avec des techniques conventionnelles si les matériaux sont conducteurs d'électricité.

Comment fonctionne l'électroérosion à fil ?

Le procédé d'électroérosion à fil est simple mais très efficace. Il commence par l'immersion de la pièce dans un fluide diélectrique et son placement sur un étau. Un fil fin chargé électriquement traverse ensuite la pièce. La pièce étant conductrice, elle acquiert la charge opposée à celle du rouleau de charge.

Lorsque le fil s'approche de la pièce, un arc électrique se forme dans l'espace et génère de la chaleur qui fait fondre ou vaporise une petite quantité de métal. Ces étincelles fonctionnent comme un outil de coupe et continuent à raboter la pièce pour lui donner la forme souhaitée.

Tout au long du processus, de l'eau déionisée est utilisée pour réguler l'environnement d'usinage et pour éliminer les particules métalliques érodées par le processus. Cette disposition permet d'obtenir une découpe et une finition très fines et précises des pièces, en particulier lorsque les pièces sont complexes et nécessitent un degré de précision élevé.

Pièces de machines d'électroérosion à fil

Voici les principales pièces de la machine d'électroérosion à fil répertoriées ci-dessous ;

1. Outils CNC

L'électroérosion à fil est automatisée par des outils CNC qui régulent la séquence du parcours du fil et le processus de coupe. Ces outils sont très importants pour la précision et l'efficacité des opérations puisque le niveau de sophistication de ces outils détermine le niveau d'erreurs et le temps d'usinage.

2. Alimentation électrique

Le bloc d'alimentation fournit des impulsions électriques à la fois au fil-électrode et à la pièce à usiner, dont la tension varie de 100 V à 300 V. Il contrôle le taux et l'amplitude de ces charges, qui sont essentielles pour l'élimination de la matière.

3. Fil

Le fil produit le potentiel de décharge électrique en faisant de lui l'électrode. Son diamètre, généralement compris entre 0,05 et 0,25 mm, est choisi en fonction de la forme et de l'épaisseur du matériau à couper. Lors du choix du fil à couper, tenez compte de la résistance à la rupture, de la résistance aux chocs, de la conductivité, de la température de vaporisation et de la dureté.

Les types de fils courants incluent :

• Fils en laiton : ils sont réputés pour leur excellente conductivité et sont fabriqués à partir de cuivre et de zinc combinés dans un rapport de 63% et 37%, respectivement. La teneur en zinc augmente la vitesse de coupe mais ne doit pas dépasser 40% car elle provoque de la corrosion.
• Fils zingués : Ces fils ont une couche de zinc pur ou d’oxyde de zinc qui améliore le taux d’usinage.
• Fils recuits par diffusion : ces fils sont produits par recuit par diffusion et contiennent plus de 40% de zinc, ce qui les rend idéaux pour la production à grande échelle et la découpe de différents matériaux.

4. Milieu diélectrique

Le procédé d'usinage par électroérosion à fil est réalisé dans un réservoir contenant un fluide diélectrique, généralement de l'huile ou de l'eau déionisée. Ce fluide réduit également la vitesse du procédé, évite la formation d'une couche sur le fil-électrode et assure une finition de surface lisse sur la pièce.

5. Électrodes

Dans l'usinage par électroérosion à fil, l'outil à fil agit comme une cathode chargée positivement, tandis que la pièce agit comme une anode chargée négativement du circuit électrique. Un servomoteur (contrôleur) crée un espace de 0,01 à 0,5 mm dans le fil afin qu'il ne touche pas la pièce pendant la coupe, ce qui est essentiel pour la précision et permet d'éviter les fractures dans la pièce prévue.

 

Quels types de matériaux peuvent être coupés par une machine d'électroérosion à fil ?

L'usinage par électroérosion à fil est très utile et peut couper presque tous les matériaux conducteurs d'électricité et produire des géométries et des contours complexes. Voici quelques matériaux courants qui peuvent être coupés efficacement à l'aide d'une machine d'électroérosion à fil

Aluminium

L'aluminium est l'un des métaux les plus polyvalents et possède une conductivité thermique et électrique élevée. L'usinage par électroérosion à fil est naturellement mou, ce qui signifie que pendant le processus d'usinage, des dépôts gommeux peuvent s'accumuler. Cependant, l'électroérosion à fil peut gérer ce problème et réaliser des coupes précises.

Titane

L'usinage par électroérosion à fil est particulièrement adapté au titane car il est collant et génère de longs copeaux. Le processus peut gérer efficacement ces propriétés. L'eau déionisée en tant que milieu diélectrique contribue à minimiser la production de chaleur et rend ainsi le processus de coupe plus fluide et plus facile.

Acier

L'électroérosion à fil est avantageuse pour l'acier car c'est un métal résistant. Ce procédé est souvent utilisé de préférence à Usinage CNC pour l'acier en raison de la capacité de ce dernier à gérer la dureté du matériau. Cependant, l'acier produit beaucoup de chaleur et il faut donc prendre des précautions nécessaires à cet égard.

Laiton

En raison de sa résistance élevée à la traction, le laiton est relativement facile à couper avec l'électroérosion à fil. Comme il est relativement mou, la vitesse de coupe doit être relativement lente afin de ne pas provoquer de déformation du matériau et ainsi affecter la précision de la coupe.

Graphite

Le graphite est relativement difficile à usiner avec des outils conventionnels en raison de sa nature fragile et du problème d'arrachement des particules. L'électroérosion à fil, avec son fil-électrode tranchant, peut usiner efficacement le graphite, offrant des coupes nettes et précises.

Ces matériaux font partie des matériaux conducteurs que les machines d'électroérosion à fil peuvent traiter, ce qui rend la technologie applicable dans plusieurs industries qui exigent une haute précision et des conceptions complexes.

Différence entre l'usinage par électroérosion à fil et l'usinage par électroérosion conventionnel

L'usinage par électroérosion à fil et l'électroérosion conventionnelle sont deux types de procédés de cisaillement distincts. L'électroérosion à fil et l'électroérosion conventionnelle fonctionnent sur le même principe, mais leur fonctionnement et leurs utilisations sont assez différents. Voici une description de leurs différences :

Type d'électrode

Électroérosion à fil : Comme indiqué ci-dessus, il utilise un fil mince qui est chauffé pour agir comme une électrode et qui se déplace pour couper afin de façonner la forme et la taille requises de la pièce ou du produit.

EDM conventionnel : Utilise des électrodes fabriquées à partir de matériaux très conducteurs tels que le graphite ou le cuivre et pouvant être de différentes géométries. Ces électrodes sont placées dans la pièce, produisant ainsi l'image « négative » de la forme des électrodes.

Vitesse d'usinage

Électroérosion à fil : Il est prêt à démarrer dès que le fil est positionné, ce qui le rend plus efficace et idéal pour les projets avec des délais serrés.

EDM conventionnel : Les électrodes doivent être préformées avant le processus d'usinage, ce qui peut prendre beaucoup de temps, allez à l'usinage par décharge électrique page pour en savoir plus.

Précision

Électroérosion à fil : Offre une grande précision ; il peut couper des épaisseurs aussi fines que 0,004 pouce. Cela le rend idéal pour couper des motifs et des dessins complexes sur le tissu.

EDM conventionnel : Bien qu'il soit également utilisé pour des coupes complexes, il ne peut pas être aussi précis que l'électroérosion à fil, ce qui le rend adapté aux coupes plus simples et plus rigides.

Avantages et inconvénients de l'usinage par électroérosion à fil

Pièces prototypes pour électroérosion à fil

Pour

Précision: Fournit des coupes impeccables, ce qui signifie que peu ou pas de traitement ou de finition supplémentaire est nécessaire.

• Formes complexes : L’usinage CNC conventionnel peut aider à créer des motifs complexes difficiles à créer à partir de techniques traditionnelles.
• Petites pièces : Convient pour une utilisation lors de travaux sur des pièces petites et complexes difficiles à manipuler.
• Matériaux fragiles : Les machines d'électroérosion à fil CNC sont applicables aux matériaux qui ne peuvent pas être soumis à des contraintes et sont difficiles à usiner par des usinages de coupe conventionnels.
• Coupes nettes : Il ne laisse aucune bavure ni distorsion, ce qui signifie qu'il n'est pas nécessaire de procéder à un post-traitement.
• Coupe en continu : Il peut couper sans arrêter l'opération et même recommencer à couper si le fil se casse.

Cons

Limitations matérielles : Elle s’applique uniquement aux matériaux conducteurs d’électricité.

Plus lent pour les matériaux épais : pas aussi efficace sur les matériaux très épais ou rigides que l'EDM conventionnel.

Coût: Les machines d'électroérosion à fil peuvent être coûteuses, surtout si l'on prend en compte le coût initial des machines.

Entretien: Il doit être entretenu souvent pour le garder précis et rapide.

Connaître ces différences et les avantages et inconvénients de l’électroérosion à fil peut aider les fabricants à déterminer quelle technique est la plus appropriée à leur application.

Applications de l'usinage par électroérosion à fil

L'électroérosion à fil est utilisée dans les secteurs de l'automobile, de l'aéronautique et de la médecine, allant de la production de prototypes détaillés à la production de pièces en série. Voici une liste de certains secteurs clés qui utilisent cette technologie de pointe :

Industrie automobile :

Dans l'industrie automobile, où les pièces sont généralement de forme complexe et le matériau utilisé est assez compliqué, on utilise l'électroérosion à fil. Ce procédé n'implique pas de force mécanique et est idéal pour créer des pièces telles que des pare-chocs, des tableaux de bord, des portes et bien d'autres avec des trous et des évidements.

Industrie médicale :

Dans le secteur de la santé, les machines EDM sont importantes pour façonner des pièces prototypes complexes utilisées de manière optimale dans des équipements tels que l'optométrie et la dentisterie. Le procédé est particulièrement efficace lorsqu'il est utilisé sur des métaux adaptés à la production de dispositifs médicaux, renforçant les structures d'articles tels que les implants dentaires et les pièces de seringues tout en ajoutant des conceptions complexes.

Industrie aérospatiale :

L'électroérosion à fil joue également un rôle essentiel dans l'industrie aérospatiale. Le processus adopté pour créer des pièces aérospatiales qui doivent avoir des tolérances serrées allant jusqu'à +/-0,005x et une finition de surface lisse. Il fonctionne de concert avec la découpe au jet d'eau pour les pièces qui ne peuvent pas résister à la chaleur et aux contraintes des outils de coupe conventionnels. Cette technologie est largement utilisée depuis longtemps dans la fabrication de pièces de moteur, d'aubes de turbine, de composants de train d'atterrissage et bien d'autres.

Conclusion :

L'électroérosion à fil peut être considérée comme l'une des technologies de découpe les plus précises et les plus flexibles, ce qui est très apprécié dans les industries qui nécessitent des formes complexes et une grande précision. L'électroérosion à fil est une technique particulièrement précieuse pour le prototypage par découpe et la production en série de pièces complexes en raison de sa grande précision et de sa capacité à respecter des tolérances plus strictes.

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FAQ

Q1 : Quelle est la précision ou la limite de tolérance de l'électroérosion à fil en termes de dimensions ?

Normalement, l'électroérosion à fil est très précise, l'électroérosion à fil rapide peut faire des tolérances aussi serrées que ± 0,1 millimètre. Le processus d'électroérosion à fil CNC peut respecter une tolérance de 0,05 mm.

Q2. En quoi l'électroérosion à fil est-elle différente de la découpe laser ?

L'EDM à fil fonctionne par érosion électrique à partir d'un fil, tandis que la découpe laser utilise un faisceau thermique haute puissance pour couper les matériaux, et la tolérance est également différente, l'EDM à fil sera plus précis que la découpe laser.

Q4. Pourquoi l’eau déionisée est-elle un ingrédient essentiel dans l’électroérosion à fil ?

L'électroérosion à fil utilise de l'eau déionisée comme milieu diélectrique, car elle a une faible teneur en carbone. Elle sert également de dissipateur thermique pour garantir que les températures diélectriques sont maintenues à un niveau optimal pendant le processus d'usinage.