LA MACHINE A ÉLECTRO-ÉROSION A FIL
Il s’agit d’une machine de découpe de profil (contour) des composants. Le principe d’une machine à électro-érosion consiste à usiner la matière en provoquant des séries d’étincelles.
Histoire
L’invention de la méthode de traitement des métaux par étincelle électrique (érosion électrique) est présentée en 1943 par le couple de scientifiques soviétique Natalya et Boris Lazarenko. La technologie trouve rapidement ses applications industrielles et la Suisse produit et exporte ses machines depuis 1952. L’arrivée de l’informatique et des commandes numériques des années quatre-vingt a donné à cette technologie un essor toujours remarquable.
Description de la machine
La machine se compose d’un grand bac à l’intérieur duquel se passent toutes les opérations d’usinage. Ce bac comporte une porte frontale permettant de charger la matière et de régler la machine. Au fond du bac se trouve une table à laquelle viennent fixées les barquettes de matière (plaquettes de matière brute). La table est motorisée et peut se déplacer longitudinalement et latéralement (axes X et Y). Un perçage effectué préalablement transperce la matière brute à l’extérieur du contour du composant à découper. La barquette est positionnée et solidement fixée à la table de la machine. Selon la nature du matériau, l’épaisseur des barquettes et la complexité du profil du composant, on peut empiler plusieurs barquettes sur la table de la machine et découper, au cours de la même opération, autant de composants que de barquettes sont empilées, . A la verticale du bac, la machine présente deux grandes bobines de fil à la manière de la bande magnétique d’un magnétophone. L’une contient le fil neuf, l’autre reçoit le fil usagé. Le fil est en laiton ou en cuivre stratifié et son diamètre peut être compris entre 0,02mm et 0,3mm selon la capacité de la machine et le composant à découper. Un système de galets permet de guider le fil et de maintenir une tension idéale. A sa sortie de la machine le fil est guidé verticalement par l’opérateur au travers du trou préalablement pratiqué au travers de la barquette. Il est ensuite guidé et remonte verticalement à l’extérieur du bac pour rejoindre la bobine de récupération. Une fois le contour du composant entré dans le système informatique de la machine, l’opérateur peut refermer la porte frontale de la machine. Avant que la machine commence l’usinage du composant, la première étape consiste à remplir le bac d’une solution diélectrique (eau ou huile minérale). Un diélectrique a la propriété de conduire faiblement le courant électrique mais laisse librement s’exercer les forces électrostatiques.
Principe de fonctionnement
La barquette est immergée et traversée par le fil qui constitue l’électrode du système. Au cours de l’usinage le fil se déroule continuellement d’une bobine à l’autre. De courtes impulsions de courant électriques sont envoyées par la machine au fil. En dosant parfaitement l’intensité du courant, une étincelle se produit à chaque impulsion provoquant un arc entre le fil et la pièce (paroi intérieure du trou pratiqué dans la barquette). La température provoquée par la succession d’étincelles peut atteindre 8000 à 12000°C. A chaque impulsion, la matière se transforme localement en un plasma qui est expulsé par le diélectrique et laisse ainsi place à un cratère. La succession de cratères crée la découpe du composant. Au fil du processus, la table de la machine et la barquette se déplacent simultanément sur les axes Y et Z afin de dessiner fidèlement et précisément le contour du composant (la position du fil est fixe). Certaines machines permettent une inclinaison de la table ouvrant la possibilité de découper des plans inclinés.
Avantages et inconvénients
La découpe par électro-érosion au fil présente de nombreux avantages par rapport aux technologies d’usinage traditionnelles. Le très faible diamètre du fil est jusque dix fois inférieur au diamètre des plus petites fraises. Cela permet au fil de découper des contours beaucoup plus complexes avec une meilleure précision. De plus, il n’y a jamais de contact et donc de contrainte mécanique entre l’outil (le fil) et le composant. Ceci permet, par exemple, de fabriquer des composants longs et fins tels que des ressorts sans risquer la casse du composant comme ce serait le cas sur une fraiseuse ou un centre d’usinage. En empilant les barquettes, on peut multiplier le nombre de composants fabriqués au cours du même cycle. Cependant ce nombre est limité et l’avance de la machine n’est pas très rapide (0,2-10mm/min). De ce fait, on préfère, quand cela est techniquement possible, l’étampage à l’électro-érosion dès lors qu’il s’agit de produire des composants en grande série. Enfin, seuls les matériaux conducteurs en électricité sont logiquement éligibles à cette technologie.
Exemples de composants produits par électro-érosion
Dès lors que le matériau est conducteur, la liste des applications est quasiment infinie. De la carrure de boite au plus petit et fin des ressorts d’un mouvement, les avantages de la technologie justifient souvent le choix de l’électro-érosion. L’électro-érosion est également très utilisée pour produire les matrices et les poinçons des étampes. Cette technologie à permis de réduire considérablement les coûts de fabrication des outils d’étampage jusqu’alors intégralement façonné mécaniquement dans la masse. Enfin, on l’apprécie particulièrement pour la fabrication de petits composants, fins aux profils complexes et pour les petites séries et la prototypie car elle ne nécessite pas la fabrication d’outillages spécifiques comme c’est le cas des opérations de fraisage ou d’étampage.