Leçon 6.6CouperChapitre 6 · Découpe et usinage non conventionnel

Électroérosion par enfonçage

Des étincelles copient une électrode profilée dans une cavité borgne

L'électroérosion par enfonçage (EDM, usinage par décharges électriques, aussi appelée électroérosion à la forme) creuse une cavité profilée dans le métal à l'aide de minuscules étincelles électriques. Une électrode en graphite ou en cuivre, ayant la forme en négatif de la cavité (des bosses là où la cavité doit avoir des creux), s'enfonce dans l'acier sans jamais le toucher. De nombreux moules de pièces plastiques, comme des bouchons, des coques de téléphones et des garnitures intérieures de voitures, doivent ainsi leurs nervures profondes et leurs angles intérieurs vifs.

Photo : CC BY 3.0, via Wikimedia Commons

Électroérosion par enfonçage · coupe de la machine et gros plan de l'entrefer d'étincellesLes numéros cerclés correspondent aux étapes ci-dessous ; le gros plan à droite grossit l'espace sous la pointe de l'électrode.

Comment ça marche

Façonner l'électrode. Une électrode en graphite ou en cuivre est fraisée à la forme exacte en négatif de la cavité, légèrement sous-dimensionnée pour laisser la place à l'entrefer d'étincelles.
Immerger la pièce. Le bloc d'acier repose sur la table dans un bac d'huile diélectrique (un liquide isolant électriquement). L'huile bloque le courant jusqu'à ce qu'une étincelle se forme, refroidit le métal et évacue les débris.
Fermer l'espace. Un servomoteur (un moteur qui corrige sans cesse sa propre position) abaisse l'électrode jusqu'à ce qu'il ne reste qu'un minuscule espace, généralement quelques centièmes de millimètre. Les deux ne se touchent jamais.
Étincelle. Le générateur d'impulsions envoie de brèves impulsions de tension. Chacune perce l'huile, et une étincelle à environ 8 000–12 000 °C fait fondre et vaporise un cratère microscopique.
Rincer et avancer. Entre les impulsions, l'huile balaie les débris hors de l'espace. Le servomoteur maintient l'espace constant pendant que l'électrode s'enfonce, à des milliers d'étincelles par seconde.
Finir en douceur. La machine passe à des étincelles plus faibles, souvent avec une électrode de finition neuve et un petit mouvement orbital. Des étincelles plus petites laissent des cratères plus petits et donnent la cote et la texture finales.

Chiffres clés

Matériaux: Tout matériau conducteur d'électricité : acier à outils trempé, carbure de tungstène, titane, alliages de nickel, cuivre. Pas les plastiques, le verre ni la plupart des céramiques.
Pièces typiques: Empreintes de moules et de matrices, nervures et fentes profondes et étroites, angles intérieurs vifs, rainures de clavette borgnes et hexagones intérieurs dans des pièces trempées
Taille de pièce: De détails de moins de 1 mm à des empreintes dans des blocs de moules d'environ un mètre de large
Précision: Généralement environ ±0,01 mm ; quelques microns (millièmes de millimètre) avec une finition soignée
État de surface: Mate et finement cratérisée. La rugosité Ra (hauteur moyenne des aspérités de surface) va d'environ 10 µm en ébauche à environ 0,2 µm en finition.
Taille de série adaptée: Pièces uniques et outillages (chaque moule est unique) ; petites pièces de précision en séries modestes
Coût d'outillage et de machine: Machine d'environ 100 000–500 000 $ ; une électrode sur mesure par forme, souvent plusieurs (ébauche et finition)
Vitesse: Lent : généralement 2–400 mm³ de métal par minute ; une empreinte de moule prend souvent des heures à des jours

Atouts et limites

Atouts

Usine l'acier trempé et le carbure aussi facilement qu'un métal tendre
Pas d'effort de coupe : les nervures fines et les détails délicats survivent
Angles intérieurs vifs et cavités borgnes profondes de presque toutes formes
Textures régulières et répétables directement en sortie de machine

Limites

Ne fonctionne que sur des matériaux conducteurs d'électricité
Lent : des heures ou des jours pour une cavité profonde
Exige une électrode sur mesure pour chaque forme, et les électrodes s'usent
Laisse une fine couche refondue (une peau resolidifiée et fragile) qui peut nécessiter un polissage

Où on l'utilise

Moules d'injection plastiqueEmpreintes de bouchons, boîtiers, connecteurs et pièces intérieures de voitures
Fonderie sous pression et forgeageMatrices trempées pour boîtiers en aluminium et outils à main forgés
AéronautiqueTrous de refroidissement profilés dans les aubes de turbines en alliage de nickel
ÉlectroniqueMoules et matrices d'emboutissage pour minuscules pièces de connecteurs
Ateliers d'outillageExtraction de tarauds et de forets cassés coincés dans des pièces coûteuses

Comment le reconnaître

Une surface mate uniforme, « givrée », faite de minuscules cratères qui se chevauchent, sans traces d'outil orientées dans une direction.
Des angles intérieurs vifs et des nervures profondes et étroites qu'aucune fraise en rotation ne pourrait atteindre.
Sur les pièces plastiques moulées, une texture mate à grain fin et régulier vient souvent d'un moule érodé par étincelles (classée sur l'échelle de textures VDI 3400).
À l'atelier : des électrodes en graphite gris foncé qui ressemblent à des « négatifs » précis de la pièce.

À comparer avec

Électroérosion à fil6.5mêmes étincelles, mais un fil fin en mouvement découpe des profils débouchants ; l'enfonçage fait des cavités borgnes (à fond fermé) avec une électrode profilée.Fraisage5.2bien plus rapide sur métal tendre, mais une fraise ronde ne peut pas laisser d'angles intérieurs vifs et peine sur l'acier trempé.Usinage électrochimique6.7copie aussi un outil profilé, mais dissout le métal par électrolyse, sans dommage thermique et avec presque aucune usure de l'outil.

À regarder

Practical Machinist · La physique de base de l'électroérosion, expliquée aux débutants

temmy candra wijaya · Une animation de l'électrode, de l'entrefer et des étincelles

Defiance Machine · Une vraie machine qui creuse une cavité sous l'huile

Sodick Inc. · Changements automatiques d'électrodes pour un fonctionnement sans surveillance

Voir de vraies photos

Wikipédia : Electrical discharge machining — schéma de principe, machines d'enfonçage et d'électroérosion à fil
Recherche de photos sur Wikimedia Commons

À retenir

L'électroérosion par enfonçage copie une électrode profilée dans n'importe quel métal conducteur, aussi dur soit-il, avec de minuscules étincelles dans l'huile.
Elle est lente et exige des électrodes sur mesure : elle est donc rentable pour les moules, les matrices et les formes que rien d'autre ne sait faire.
Cherchez des angles intérieurs vifs et une surface mate uniforme, cratérisée.