L'électroérosion (EDM) est une technique d'usinage de précision non conventionnelle. Largement utilisée pour la fabrication de pièces mécaniques, elle présente des avantages uniques par rapport aux méthodes de coupe conventionnelles pour l'usinage de certaines pièces. Dans des conditions spécifiques, l'électroérosion permet d'obtenir des pièces avec un excellent état de surface. Elle répond également aux exigences des plans et atteint une précision d'usinage satisfaisante. De ce fait, l'électroérosion se généralise dans divers secteurs industriels. La suite de cet article abordera la définition de l'état de surface obtenu par électroérosion et les facteurs qui l'influencent. Nous présenterons ensuite les méthodes de mesure de cet état de surface. Enfin, nous discuterons des moyens d'améliorer l'état de surface et des domaines d'application de l'électroérosion.
Qu'est-ce que la finition de surface EDM ?
L'état de surface obtenu par électroérosion (EDM) désigne la rugosité mesurable laissée par l'érosion par étincelles sur une pièce conductrice. Il est généralement défini à l'aide de paramètres de rugosité tels que Ra et Rz, ainsi que de normes et de paramètres de mesure (par exemple, la longueur de coupure et la longueur d'évaluation).
- Ra: La rugosité moyenne arithmétique, mesurée en micromètres (μm), est le paramètre le plus courant sur les impressions.
- Rz: Représente le comportement crête-à-vallée sur des longueurs d'échantillonnage définies et est plus sensible aux creux ou aux pics isolés.
Une “ bonne ” finition de surface obtenue par électroérosion ne se limite pas à l'apparence. Elle doit répondre à des exigences fonctionnelles telles que l'étanchéité, le glissement, la résistance à la fatigue et les performances du revêtement.
Comment l'électroérosion crée la texture de surface
L'usinage par électroérosion (EDM) génère une texture de surface grâce à des décharges répétées qui fondent et vaporisent de minuscules volumes de matière, laissant des micro-cratères qui se chevauchent. Contrairement au fraisage ou au meulage, l'EDM ne crée pas de motif directionnel car aucun outil de coupe ne se déplace sur la surface.
Après chaque éruption, une partie du matériau en fusion se resolidifie à la surface, formant une couche de refusion (blanche). Cette couche, combinée à la géométrie du cratère, donne à la surface une apparence uniforme, bien qu'elle reste “ rugueuse ” au profilomètre.
Si les niveaux d'énergie sont trop élevés ou si le rinçage est instable, des décharges peuvent se transformer en arcs électriques. Cela se traduit souvent par des piqûres aléatoires, une texture “ peau d'orange ” et une rugosité inégale selon les zones.
Paramètres clés contrôlant l'état de surface obtenu par électroérosion
La qualité de l'état de surface obtenu par électroérosion dépend de l'énergie fournie par chaque étincelle et de la stabilité de l'entrefer. Une énergie de décharge plus faible et une meilleure stabilité du processus améliorent généralement la rugosité de surface, même si la vitesse de coupe diminue. Voici les principaux paramètres qui influencent Ra et Rz :
- Courant de crête (Ip) :L'intensité du courant de crête détermine l'énergie de décharge et la taille du cratère. Un courant de crête plus élevé augmente le taux d'enlèvement de matière, mais laisse une surface plus rugueuse. Un courant de crête plus faible est préférable pour la finition car il réduit la profondeur du cratère, bien qu'il ralentisse la coupe et exige un meilleur rinçage.
- Durée d'impulsion (Tonne) La durée d'impulsion (Ton) détermine la durée d'application de l'énergie lors de chaque décharge. Une durée plus longue augmente la taille du cratère et la rugosité, surtout avec un courant élevé. Une durée plus courte favorise une finition fine en limitant le volume de fusion et en réduisant les dommages thermiques.
- Temps d'arrêt de l'impulsion (Toff) Le temps d'arrêt de l'impulsion permet la déionisation et l'évacuation des débris. Si ce temps est trop court, l'ionisation persiste, entraînant une instabilité et une rugosité accrue. Un temps d'arrêt plus long améliore la stabilité et l'homogénéité de la surface, mais réduit la productivité.
- Contrôle de l'écart/servo : Le contrôle de l'entrefer garantit un étincelage stable, évitant les arcs électriques et les courts-circuits. Une réponse stable du servomoteur produit des cratères uniformes, améliorant ainsi la répétabilité de la résistance d'anode (Ra). Un mauvais contrôle de l'entrefer entraîne souvent des marques de brûlure, des piqûres ou des bandes, augmentant la résistance d'anode (Rz).
- Rinçage et état diélectrique : Le rinçage élimine les débris et refroidit la zone de coupe, tandis que le fluide diélectrique contrôle l'ionisation. Un rinçage insuffisant entraîne des redépositions, des décharges secondaires et des piqûres aléatoires. Un rinçage régulier est souvent la méthode la plus rapide pour améliorer l'état de surface.
- Nombre de passages (dégrossissage + écrémage) Les passes multiples constituent la méthode la plus efficace pour améliorer l'état de surface sans compromettre la stabilité. Une passe d'ébauche enlève la majeure partie de la matière, tandis que les passes de finition utilisent une énergie moindre pour affiner la surface. Un plus grand nombre de passes de finition réduit la rugosité Ra, mais les gains diminuent au-delà d'un certain seuil.
| Stratégie | Quels changements | Résultat final typique |
|---|---|---|
| Coupe brute seulement | Énergie plus élevée, élimination plus rapide | Ra plus élevé, plus de variations de texture |
| Gros morceaux + 1 à 2 morceaux écrémés | raffinage à moindre énergie | Ra plus faible, surface plus uniforme |
| Gros morceaux + 3+ morceaux écrémés | Énergie très faible, gap stable | Meilleure répétabilité, gains incrémentaux plus faibles |
Comment mesurer et spécifier l'état de surface obtenu par électroérosion ?
Pour spécifier correctement l'état de surface obtenu par électroérosion, il est essentiel d'associer les valeurs Ra/Rz à la norme et aux paramètres de mesure. Si la longueur de coupure et la longueur d'évaluation ne sont pas identiques d'un acteur à l'autre, une même surface peut présenter des valeurs différentes.
Les normes courantes incluent l'ISO 4287, l'ASME B46.1 et la JIS B0601. Choisissez-en une, inscrivez-la sur le dessin ou le plan d'inspection et assurez-vous de sa cohérence tout au long des inspections à réception, en cours de production et finales.
- Profilomètre à stylet : Un profilomètre à stylet analyse la surface et convertit le mouvement vertical en valeurs de rugosité. Rapide et performant, il convient à la plupart des métaux usinés par électroérosion. Notez la longueur de coupure, la longueur d'évaluation et les paramètres de filtrage. Évitez les mesures par contact sur les surfaces tendres ou les éléments fragiles si vous craignez de les endommager.
- Optique / Interférométrie : Les méthodes optiques permettent de mesurer la topographie de surface sans contact. Elles sont particulièrement utiles lorsque les finitions cibles sont très fines ou que la surface est inaccessible au toucher. Elles couvrent généralement une zone réduite et peuvent être sensibles aux vibrations et à la réflectivité. Il est conseillé de les utiliser lorsque l'accès par stylet est limité ou lorsqu'une méthode sans contact est requise.
- Spécimens de comparaison : Les échantillons de comparaison permettent un contrôle visuel et tactile rapide. Ils sont utiles pour les pièces non critiques ou les contrôles informels de processus. Leur caractère subjectif ne justifie pas leur utilisation comme méthode d'acceptation pour les exigences de finition strictes.
- Principes de base du reporting : Les surfaces usinées par électroérosion présentent souvent peu de direction, mais la géométrie et le rinçage peuvent néanmoins créer des motifs localisés. Documentez le lieu et le parcours de la mesure. En cas de piqûres ou de marques de brûlure, indiquez à la fois Ra et Rz. La valeur Ra seule peut masquer des défauts isolés ayant un impact sur l'étanchéité ou l'usure.
Méthodes pratiques pour améliorer la finition de surface par électroérosion
L'amélioration de l'état de surface obtenu par électroérosion (EDM) passe par la réduction de l'énergie de décharge, la stabilisation de l'entrefer et l'utilisation de passes de finition pour limiter les refoulements et la hauteur des aspérités. Voici les stratégies à suivre :
- Utilisez des coupes écrémées : Les passes de finition permettent de réusiner la surface après l'ébauche, réduisant ainsi l'épaisseur de la couche de refusion et améliorant l'homogénéité de la rugosité Ra. Il est conseillé d'ajouter des passes de finition pour les surfaces d'étanchéité ou de glissement, mais de s'arrêter dès que les mesures indiquent une diminution des gains.
- Énergie de décharge plus faible : Réduisez Ip, raccourcissez Ton et stabilisez Toff pour diminuer la taille du cratère. Procédez par modifications successives et vérifiez les améliorations par des mesures. Évitez les énergies ultra-faibles si elles déstabilisent l'espace interstellaire.
- Stabiliser la chasse d'eau : Améliorez la position des buses, le débit et l'évacuation des débris. De nombreux problèmes de rugosité, comme les piqûres ou les marques de brûlure, sont dus à un rinçage insuffisant. Corriger ce problème permet souvent de stabiliser Ra et de réduire Rz.
- État du fil de commande/de l'électrode : Un fil usé, une tension insuffisante ou une alimentation instable peuvent provoquer des vibrations et une instabilité des étincelles, entraînant des finitions irrégulières. Pour l'électroérosion par enfonçage, assurez-vous d'une usure et d'une qualité d'électrode stables.
- Options après la fin du parcours : Si l'usinage par électroérosion (EDM) ne permet pas d'atteindre les objectifs Ra, il convient d'utiliser des procédés secondaires tels que le polissage ou la rectification. La gestion des refusions et des microfissures doit être rigoureuse pour les applications critiques en matière de fatigue ou d'étanchéité.
Objectifs de finition typiques par application
“ Suffisamment lisse ” signifie une finition fonctionnelle sans perte de temps ni de coûts inutiles. Le niveau de rugosité cible doit être défini en fonction des exigences du projet, et non uniquement de l'aspect esthétique.
Cavités de moule
Les surfaces des moules nécessitent souvent un transfert de texture maîtrisé et un démoulage fiable. Une surface trop rugueuse peut engendrer des défauts ; une surface trop lisse peut augmenter le risque d’adhérence de certains matériaux.
La finition par électroérosion (EDM) associée à un polissage contrôlé est courante lorsque la finition de la cavité influe directement sur l'aspect et le démoulage de la pièce.
Surfaces d'étanchéité / de glissement
Les surfaces d'étanchéité et de glissement sont sensibles aux aspérités et aux défauts. La résistance thermique (Rz) peut être aussi importante que la résistance à la traction (Ra) lorsque les fuites ou l'usure sont provoquées par des piqûres ou des aspérités isolées.
Les finitions de surface améliorées, associées à un affleurement stable, constituent généralement les améliorations les plus rentables. Il est recommandé de confirmer ces résultats par des essais fonctionnels lorsque cela est possible.
Aérospatiale / Médical
Ces applications mettent souvent l'accent sur la reproductibilité et le contrôle des couches affectées thermiquement. Les défauts locaux peuvent amorcer des fissures ou accélérer l'usure.
Utilisez des paramètres de finition stables, contrôlez la méthode de mesure et verrouillez la fenêtre de processus afin que la finition reste constante d'un lot à l'autre.
Conclusion
L'obtention d'un état de surface optimal en électroérosion est un objectif primordial. L'optimisation des paramètres d'électroérosion et des techniques de post-traitement permet d'améliorer l'état de surface des pièces. Grâce au développement continu de cette technologie, ateliers d'usinage par électroérosion à fil L'électroérosion à fil joue un rôle crucial dans la fourniture de solutions d'usinage de précision, contribuant ainsi à son utilisation croissante dans divers secteurs industriels. Si vous avez des questions sur cette technologie, n'hésitez pas à nous contacter. De même, si vous avez des projets ou des besoins en électroérosion à fil, contactez-nous. Nous serons ravis de vous proposer des services d'usinage par électroérosion à fil de haute qualité. Nous espérons avoir bientôt de vos nouvelles !
FAQ
L'usinage par électroérosion peut-il produire une surface semblable à un miroir ?
Oui, mais cela nécessite généralement une finition à faible énergie et plusieurs passages d'écrémage. Un amorçage stable, un diélectrique propre et un bon rinçage en sont les fondements.
Pourquoi la pièce Ra semble-t-elle en bon état alors qu'elle fuit ou s'use rapidement ?
Ra est une moyenne et peut ne pas masquer des défauts isolés. Vérifiez Rz et inspectez les zones à la recherche de piqûres, de traces de brûlure et de dommages causés par des arcs électriques.
Quelle est la modification la plus rapide à apporter à l'atelier pour améliorer la finition de surface par électroérosion ?
Commencez par effectuer des coupes d'écrémage et un rinçage correct. Ces deux modifications permettent souvent d'améliorer rapidement la stabilité Ra et de réduire le taux de défauts.
L'état diélectrique affecte-t-il la finition de surface par électroérosion ?
Oui. Un diélectrique contaminé ou instable augmente les décharges irrégulières et accroît le risque de formation de piqûres et de zones rugueuses.
Comment atténuer les marques de brûlure et les piqûres aléatoires ?
Améliorer l'évacuation des débris et stabiliser l'entrefer (comportement du servomoteur et temps d'arrêt adéquat), puis réduire l'énergie de décharge. Les marques de brûlure sont généralement liées à des arcs électriques déclenchés par des débris piégés ou par un entrefer instable.
