Usinage non-conventionnel : Electroérosion, LASER, Jet d'eau

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Enseignement
HAUTE ECOLE DE LA PROVINCE DE
LIEGE
CATEGORIE TECHNIQUE
Master en Sciences industrielles
Usinage non-conventionnel
NEVEN Jean-Michel
M11GEA-M11GMA

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Table des matières
1. Electroérosion ............................................................................................................................... 3
2. Découpe LASER ........................................................................................................................... 15
3. Découpe jet d'eau ....................................................................................................................... 25
4. Le prototypage rapide ................................................................................................................. 36
5. Découpe Plasma .......................................................................................................................... 47
6. Usinage chimique. ....................................................................................................................... 56
7. Les superfinitions ........................................................................................................................ 62

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1. Electroérosion
Introduction
L’usinage par électroérosion, appelée aussi EDM (Electrical Discharge Machining), 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.
L’érosion des matériaux due à des décharges électriques a été observée depuis longtemps. C’est en
effectuant une recherche sur la résistance des matériaux à l’érosion provoquée par des décharges
électriques, que deux savants russes eurent l’idée d’exploiter ce phénomène destructeur à des fins
d’enlèvement de matière et de développer un procédé contrôlé d’usinage des métaux. La première
machine d’étincelage fut présentée en 1943 par les époux Lazarenko.
Depuis, de nombreuses améliorations ont été apportées, faisant du procédé une réelle méthode
d’usinage, utilisée dans de nombreux secteurs de l’industrie
Les procédés d’usinages
L’usinage par électroérosion s’opère dans un liquide diélectrique : on applique entre les électrodes
une tension qui est plus grande que la tension de claquage, fixée par le pouvoir isolant du
diélectrique et la distance des électrodes. On observe trois phases :
Rappel : La rigidité diélectrique d’un milieu isolant représente la valeur maximum du champ
électrique que le milieu peut supporter avant le déclenchement d’un arc électrique. C’est ce qu’on
appelle le claquage d’un diélectrique. C’est cette caractéristique en particulier qui est mise en avant
dans notre cas.

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1.1. L’initiation de la décharge :
Sous l'effet de la différence de potentiel, les particules du diélectrique s'ionisent. Il se forme alors un
canal conducteur dans le diélectrique entre la pièce et l’électrode. Ce canal se forme à l’endroit ou le
champ électrique atteint une intensité maximale.

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1.2. La fusion et la vaporisation de la matière :
Pendant cette phase (micro -à millisecondes), l’intensité du courant augmente et la tension diminue et
donc il y a passage du courant.. Les particules attirées par les électrodes peuvent maintenant se
déplacer dans le canal créé pendant la phase d’ionisation. Elles vont accélérer, enter en collision, et
libérer leur énergie cinétique en provoquant un échauffement important (4000°C à 12000°C). Les
chocs entraînent une fusion locale de la matière. En parallèle, une bulle de gaz due à la vaporisation du
diélectrique se forme et sa pression augmente très rapidement (10 bars).
Lors de l’interruption du courant, la brusque diminution de la température provoque l’implosion de la
bulle qui a pour effet d’éjecter la matière en fusion en laissant un petit cratère dans la pièce. Les
particules de métal fondu se retrouvent dans le fluide diélectrique sous forme de petites sphérules,
elles sont évacuées grâce à la circulation du diélectrique. La partie de métal fondu non arraché se
solidifie sur la pièce.
Le processus est répété pour chaque étincelle, et plusieurs centaines de milliers de ces étincelles
doivent être générées chaque seconde. Nous comprenons facilement qu’une durée d’impulsion et une
intensité élevées créent des cratères de grande dimension, ce qui conduit à un débit d’enlèvement de
matière élevé et à un état de surface grossier. Inversement, une faible durée de décharge et une faible
intensité créent des cratères de petite taille, ce qui est traduit par un faible débit de matière et un
meilleur état de surface.
Le débit de matière enlevée peut atteindre 1 cm3/min en ébauche, il est de quelques mm3/min en
finition. La rugosité peut être bonne (jusqu’à Ra = 0,1 μm), à condition de mettre en jeu des décharges
de faible énergie. Il est difficile et peu économique d’essayer de faire mieux, l’énergie devenant si
faible que l’enlèvement de matière est trop lent. La rugosité n’a pas d’orientation préférentielle.
1.3. l’éjection de la matière :
Le circuit électrique est coupé, la bulle de vapeur se trouve entourée de liquide et de
solides.