Qu'est-ce que l'EDM filaire et comment ça marche ?

Quand les gens pensent à l'usinage, les tours et les fraiseuses peuvent être la première chose qu'ils imaginent. Pourtant, il existe une variété d'autres processus d'usinage qui peuvent être encore mieux adaptés à certaines applications. L'une de ces méthodes est l'usinage par décharge électrique (EDM).

Cet article fournira un aperçu plus approfondi de la fonction et des capacités d'un type particulier d'usinage par décharge électrique - l'électroérosion à fil.

Qu'est-ce que l'usinage par électroérosion à fil ?

L'EDM à fil est un type d'EDM qui utilise un fil traversant en continu la pièce pour couper des formes complexes avec des tolérances serrées et un trait de scie minimal. Ce processus est particulièrement utile pour couper avec précision des matériaux conducteurs à la fois durs et épais, certaines machines pouvant couper des matériaux de plus de 300 mm d'épaisseur.

Les différentes variétés d'EDM utilisent les mêmes principes de fonctionnement de base, comme nous l'avons vu dans un article précédent. Essentiellement, une électrode et un fluide diélectrique travaillent ensemble pour désintégrer des morceaux microscopiques de la pièce conductrice à l'aide d'électricité. Bien que chaque décharge électrique, ou étincelle, n'enlève qu'une infime quantité de matière, le processus se produit des centaines de milliers de fois par seconde.

Dans l'EDM à fil, un fil incroyablement fin agit comme cathode tandis que la pièce conductrice agit comme anode. Le fil passe entre deux guides capables de se déplacer indépendamment pour créer des formes uniques. Cela introduit cependant certaines limitations sur les capacités du processus, car le fil doit généralement traverser toute la pièce.

Semblable à d'autres types d'EDM, la cathode et l'anode n'ont normalement pas de contact physique. Au lieu de cela, la grande différence de potentiel électrique (tension) entre le fil et la pièce provoque une ionisation du fluide diélectrique, le rendant électriquement conducteur.

En termes simples, le résultat est une étincelle qui fond ou se vaporise et détache de minuscules morceaux du fil-électrode et de la pièce, appelés puces EDM. Ces puces EDM microscopiques sont ensuite lavées et filtrées dans la circulation du fluide diélectrique.

Comment fonctionne l'électroérosion à fil ?

Exemple d'un "Wire EDM" par LaurensvanLieshout
Domaine public, via Wikimedia Commons

Étant donné que le fil-électrode est endommagé lors de l'étincelle, il doit être continuellement alimenté à travers la pièce et réapprovisionné. De même, le fluide diélectrique, généralement de l'eau désionisée dans l'électroérosion à fil, est mis en circulation, filtré et déionisé pour l'empêcher de provoquer des étincelles irrégulières.

Le système de fil et le fluide diélectrique constituent les deux principaux composants de l'électroérosion à fil, qui doivent fonctionner en synchronisation pour garantir des coupes efficaces et précises et une finition de surface de haute qualité.

Le système filaire

Le fil dans le fil EDM est généralement en laiton ou en cuivre, parfois avec un revêtement de zinc pour améliorer la cohérence et l'efficacité. Le fil est très fin, généralement de 0,3 mm de diamètre ou moins, de sorte que les dommages d'érosion constants causés par les étincelles l'usent rapidement. En tant que tel, du fil frais doit être constamment alimenté à travers la pièce à usiner à l'aide de bobines contenant plusieurs kilomètres de fil. Le fil endommagé est ensuite recyclé à la fin du processus.

Le fluide diélectrique

L'eau déionisée a trois fonctions principales dans l'électroérosion à fil :

1. Fournir un support pour aider à contrôler les puissantes étincelles,
2. Rincer les copeaux EDM de la pièce et du fil, et
3. Refroidir la pièce pour éviter les contraintes thermiques excessives.

Lorsqu'il fonctionne correctement, l'eau déionisée doit agir comme un isolant entre le fil-électrode et la pièce jusqu'à ce qu'il y ait une différence de charge électrique suffisamment élevée entre eux. Cela permet une sorte de chaos contrôlé car les étincelles à différents points auront des «forces» similaires, créant une coupe régulière et uniforme autour de la proximité immédiate du fil. Des contaminants excessifs peuvent affaiblir les propriétés isolantes de l'eau, permettant des étincelles plus irrégulières et incohérentes.

C'est aussi pourquoi le fluide diélectrique doit être constamment rincé pour éviter l'accumulation de copeaux EDM et d'ions dans l'eau. Pour que cela se produise efficacement, la pièce doit être immergée et avoir un flux constant d'eau déminéralisée directement à travers la zone de coupe.

Le fluide en circulation extrait également la chaleur de la zone de coupe pour éviter une surchauffe qui pourrait induire une contrainte thermique dans la pièce. Surtout dans les matériaux très épais, le débit de fluide doit être soigneusement contrôlé pour gérer la zone affectée par la chaleur (HAZ) dans la pièce. Une contrainte thermique excessive peut provoquer des microfissures et altérer les propriétés du matériau près de la surface de coupe.

Electroérosion à fil :avantages et limites

Avec une meilleure compréhension du fonctionnement de ce processus de fabrication, il est utile de créer un résumé de ses principales forces et faiblesses.

Les principaux avantages de l'électroérosion à fil sont les suivants :

• L'une des méthodes préférées pour couper des matériaux très durs, en particulier lorsque l'angle de coupe n'est pas perpendiculaire à la surface de travail.
• Capable d'atteindre des tolérances très serrées (à ±0,012 mm), avec un trait de coupe minimal et aucun effilement tout au long de la coupe.
• Convient à la fois aux matériaux très fins et très épais sans affecter de manière significative la qualité de coupe ni provoquer de distorsion de la pièce.
• Excellent pour créer des finitions de surface de très haute qualité, en particulier après l'utilisation de passes d'écrémage pour lisser la coupe d'ébauche initiale rapide.
• Un processus entièrement CNC, ce qui signifie que les opérateurs ne sont généralement nécessaires que pour le chargement et le déchargement des consommables et des pièces. Par conséquent, le processus peut être moins laborieux.

Les principales limites et lacunes de l'électroérosion à fil sont les suivantes :

• Compatible uniquement avec les matériaux conducteurs.
• Généralement inefficace pour une utilisation avec des matériaux hétérogènes, tels que les polymères renforcés de fibres de carbone, et des matériaux impurs, tels que l'acier à outils bon marché avec de grandes inclusions.
• Parfois plus chronophage que d'autres processus appropriés, selon les conditions.
• Incapable de percer des trous, qui peuvent devoir être démarrés par un autre processus, comme l'EDM par insertion de trous, si la conception l'exige.
• Potentiellement plus cher que des alternatives comme la découpe au jet d'eau, en particulier en ce qui concerne l'utilisation des consommables.

Une autre considération peut être qu'il est possible que l'EDM à fil introduise des contraintes thermiques dans la pièce, modifiant les propriétés du matériau ou induisant des micro-fissures. D'un autre côté, cependant, il ne transmet aucune force de coupe mécanique à la pièce.

L'EDM filaire est-il le bon processus pour vous ?

Si les limitations potentielles énumérées ci-dessus ne s'appliquent pas à votre projet, l'électroérosion à fil s'avère être une méthode exceptionnelle pour couper des matériaux durs à forte épaisseur. Ce processus est synonyme de précision, d'exactitude, de cohérence et de haute qualité.

Cela signifie que l'électroérosion à fil est régulièrement appliquée pour les pièces aux géométries complexes et aux tolérances serrées, en particulier lors de l'utilisation de matériaux avancés. Les composants de dispositifs médicaux fragiles, les pièces aérospatiales de précision et les outils fabriqués à partir de matériaux particulièrement durs comme le titane sont d'excellentes applications pour ce processus de fabrication.

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