Leçon 6.5CouperChapitre 6 · Découpe et usinage non conventionnel

Électroérosion à fil

Des étincelles d'un fil fin en mouvement découpent des profils débouchants

L'électroérosion à fil (EDM, usinage par décharges électriques) coupe le métal avec un fin fil de laiton qui ne le touche jamais : des milliers de minuscules étincelles électriques par seconde sautent du fil et érodent le métal. Elle réalise les ouvertures précises des matrices de poinçonnage et d'emboutissage, les profils d'engrenages et de cannelures, et les fines fentes dans l'acier trempé. Comme le fil ne pousse pas, la dureté n'a pas d'importance, et la précision atteint quelques millièmes de millimètre.

Photo : Ricard Polls, Public domain, via Wikimedia Commons

Électroérosion à fil : coupe de face à travers le fil, plus vues de dessus de la trajectoire et de l'entrefer d'étincellesLa grande vue est une coupe de face à travers le fil ; les deux petits schémas sont vus de dessus. Les numéros cerclés correspondent aux étapes ci-dessous.

Comment ça marche

Dévider le fil. Un fil de laiton, généralement d'environ 0,25 mm d'épaisseur, se déroule d'une bobine et traverse la pièce à vitesse constante : du fil neuf fait donc toujours la coupe.
Le guider. Des guides de précision (souvent en diamant) au-dessus et au-dessous de la pièce maintiennent le fil droit et tendu. Incliner les guides l'un par rapport à l'autre taille des parois coniques.
Étincelle. Un générateur d'impulsions applique de brèves impulsions de tension entre le fil (négatif) et la pièce (positive). Des étincelles sautent l'entrefer minuscule, chacune faisant fondre et vaporisant un cratère microscopique.
Rincer. La pièce baigne dans de l'eau déionisée (de l'eau dont on a retiré les minéraux pour qu'elle conduise à peine). Elle isole l'entrefer jusqu'à chaque étincelle, refroidit la coupe et évacue les débris.
Suivre le contour. La table CNC déplace la pièce pour que le fil trace le contour, à partir du bord ou d'un trou d'amorçage percé ; le fil usé part dans un bac. Quand la boucle se ferme, la pièce intérieure tombe.

Pour la meilleure précision, la machine fait généralement suivre la première coupe d'une à plusieurs passes de finition plus légères qui lissent la paroi et corrigent sa cote.

Chiffres clés

Matériaux: Tout matériau conducteur d'électricité, surtout les plus durs : acier à outils trempé, carbure, titane, alliages de nickel, cuivre, graphite
Pièces typiques: Poinçons et ouvertures de matrices, engrenages et cannelures, filières d'extrusion, pièces médicales et aéronautiques, fines fentes
Taille de pièce: Coupes débouchantes dans des plaques jusqu'à environ 300 mm d'épaisseur ; fil d'environ 0,02 à 0,3 mm
Précision: Très élevée : jusqu'à quelques micromètres (millièmes de millimètre) avec des passes de finition
État de surface: Surface fine, mate, légèrement givrée ; très lisse après des passes de finition
Taille de série adaptée: Pièces uniques et petites séries : outillages, prototypes, pièces à forte valeur
Coût d'outillage et de machine: Pas d'outillage propre à la pièce ; le fil est consommé ; les machines coûtent de dizaines à centaines de milliers de dollars
Vitesse: Lent : souvent de quelques minutes à quelques heures par pièce ; les machines tournent sans surveillance la nuit

Atouts et limites

Atouts

Très grande précision et angles intérieurs vifs
La dureté n'a pas d'importance : les pièces peuvent être coupées après trempe
Pas d'effort de coupe : les parois fines et délicates ne se plient pas
Plaques épaisses et parois coniques en un seul montage

Limites

Lent comparé au fraisage ou au laser
Uniquement les matériaux conducteurs d'électricité
Uniquement des coupes débouchantes : le fil doit traverser de part en part
Le fil est consommé ; la couche de surface est légèrement modifiée par la chaleur

Où on l'utilise

Outillage et fabrication de matricesJeux de poinçons et matrices, matrices d'emboutissage et d'extrusion
AéronautiqueRainures de disques de turbines, pieds en sapin, pièces en alliage de nickel
MédicalInstruments chirurgicaux et pièces d'implants en titane
MachinesEngrenages, cannelures, rainures de clavette dans des arbres et moyeux trempés
ÉlectroniqueMatrices de grilles de connexion et outillage fin de connecteurs

Comment le reconnaître

Une surface grise mate et givrée uniforme, sans traces d'outil ni lignes directionnelles.
Des angles intérieurs très vifs, avec seulement un minuscule rayon d'environ la moitié de l'épaisseur du fil.
Des parois parfaitement parallèles ou précisément coniques dans des pièces épaisses et dures comme les blocs de matrices.
Parfois une minuscule marque témoin là où la coupe a commencé et fini.

À comparer avec

Électroérosion par enfonçage6.6les mêmes étincelles, mais depuis une électrode profilée qui s'enfonce dans des cavités borgnes au lieu d'un fil qui traverse.Découpe laser6.2bien plus rapide dans la tôle, mais bien moins précis et limité en épaisseur.Fraisage5.2plus rapide et fait des formes 3D, mais peine sur l'acier trempé et les angles intérieurs vifs.

À regarder

RAPID DIRECT · Un regard animé sur l'entrefer d'étincelles et le procédé

wireedmguy · Un opérateur explique le fil, les guides et l'eau

ReliableEDM · Pièces typiques et raisons pour lesquelles les ateliers choisissent l'électroérosion à fil

TITANS of CNC MACHINING · Une vraie machine d'atelier au travail, et une débouchure qui tombe

Voir de vraies photos

Wikipédia : Electrical discharge machining — panorama avec une section sur l'électroérosion à fil (fil, eau déionisée, guides) et l'histoire
Recherche de photos sur Wikimedia Commons

À retenir

Le fil ne touche jamais la pièce : des étincelles à travers un minuscule entrefer érodent le métal.
La dureté n'a pas d'importance, et la précision atteint quelques micromètres.
Lent et limité aux coupes débouchantes dans des matériaux conducteurs : il est donc réservé aux pièces précises, dures ou à forte valeur.