Le rectification électrochimique (ECG) : fonctionnement et avantages

Qu'est-ce que la rectification électrochimique (ECG) ?

La rectification électrochimique est un procédé qui enlève du matériau conducteur électrique par rectification avec une meule abrasive chargée négativement, un fluide électrolyte, et une pièce chargée positivement.

Le matériau enlevé reste dans le fluide électrolyte. L'ECG est similaire à l'usinage électrochimique mais utilise une meule au lieu d'un outil formé comme le contour de la pièce.

L'ECG est un procédé hybride combinant usinage électrochimique et rectification. L'usinage électrochimique est une opération électrolytique où la pièce devient anode et l'outil de coupe (dans le cas ECG, une meule) devient cathode.

Lorsqu'un courant continu circule entre anode et cathode, il crée une réaction similaire à l'électrodéposition, mais au lieu de prendre le matériau de l'anode pour le déposer sur la cathode, le matériau est enlevé de l'anode et emporté dans le fluide électrolyte.

L'ECG va plus loin en coupant le métal mécaniquement avec la meule tout en dissolvant simultanément le matériau électrochimiquement. « La théorie est qu'on peut réduire la dureté du matériau et le décomposer partiellement pendant la rectification, de sorte que la meule coupe avec une force bien moindre. »

À certains égards, l'ECG est similaire à la rectification conventionnelle : programmation et mise en œuvre semblables. Le maintien de pièce aussi, seule différence : les fixations pour ECG doivent être en matériau résistant à la corrosion et permettre le contact électrique avec la pièce.

Caractéristiques du procédé

• La meule et la pièce sont électriquement conductrices.
• Meules durables – typiquement 90 % du métal enlevé par électrolyse, 10 % par meule abrasive.
• Capable de produire des arêtes lisses sans bavures causées par rectification mécanique.
• Ne produit pas de chaleur appréciable déformant la pièce.
• Décompose la pièce et dépose dans la solution électrolytique. Électrolytes courants : chlorure de sodium et nitrate de sodium à 2 lb/gal.

Regard approfondi sur l'ECG (Rectification Electrochimique)

Comparé à l'usinage électrochimique, l'ECG est relativement similaire. C'est une combinaison de procédé électrochimique et de rectification pour enlèvement de métal. Aussi appelé « usinage anodique » (anodic machining) ou « rectification électrolytique » (electrolytic grinding).

Dans le processus, la cathode est jouée par la meule, l'anode par la pièce. Plusieurs électrolytes utilisables : nitrate de sodium, chlorate de sodium, hydroxyde de sodium, carbonate de sodium, etc.

Une plaque métallique circulaire sert de meule et contient particules abrasives : poudre de diamant, oxyde d'aluminium, carbure de bore, carbure de silicium.

Quand fluide électrolytique est pompé entre meule et pièce, il y a réaction. Cette réaction entre pièce et fluide enlève la majorité du métal.

Le matériau abrasif de la meule enlève en réalité < 5 % du matériau indésirable de la pièce. La vitesse de rotation de la meule est maintenue entre 1 200 m/min (min) et 2 000 m/min (max).

Pourquoi utiliser la rectification électrochimique ?

L'ECG offre plusieurs caractéristiques attractives :

• Large plage de traitement et forte adaptabilité
• Bonne économie et faible usure de la meule
• Excellente qualité de traitement
• Haute productivité

Sélection de l'électrolyte

Facteur important affectant qualité et productivité : l'électrolyte. La réaction électrochimique anodique en est directement affectée.

Ne pas nuire au corps humain et ne pas causer de rouille sur la machine sont exigences importantes. Considérez ces cinq critères :

• Source abondante, bas prix, bon effet économique, pas facilement consommé pendant le traitement.
• Non nocif pour l'homme.
• Pas de poussière sur fixations et machines.
• Bonne conductivité pour haute productivité.
• Bonne rugosité de surface et précision dimensionnelle.

Équipement de rectification électrochimique

Soit une machine électrochimique professionnelle, soit, via un tour ou rectifieuse conventionnelle modifiée, une machine modifiée peut être utilisée.

Une alimentation CC à tension réglable est requise. Aussi : pompes centrifuges, dispositifs de filtration, dispositif extraction/neutralisation air forcé, tubes, buses, etc. s'intègrent dans le processus et l'équipement.

Tolérances

Ce type de rectification est surtout utilisé car il peut former des métaux très durs et, étant un procédé de réduction chimique, la meule dure plus longtemps qu'une meule normale.

Différents types de meules permettent de façonner les métaux selon les besoins.

Produit surface plus lisse, sans bavures, moins de contraintes de surface que autres méthodes.

Applications de la rectification électrochimique

L'ECG est souvent utilisée pour matériaux durs où l'usinage conventionnel est difficile et long : acier inoxydable, métaux exotiques. Pour dureté > 65 HRC, l'ECG peut avoir taux d'enlèvement 10× l'usinage conventionnel.

Comme l'ECG implique peu d'abrasion, elle est utilisée quand la surface doit être exempte de bavures, rayures, contraintes résiduelles. Propriétés utiles pour plusieurs applications :

• Rectification aubes de turbine
• Rectification métaux alvéolaires (honeycomb) pour aérospatial
• Aiguisage aiguilles hypodermiques
• Usinage plaquettes d'outils coupe en carbure
• Élimination défauts surface sur pièces où enlèvement excessif et contraintes résiduelles indésirables (reprofilage engrenages locomotives)
• Élimination fissures de fatigue structures acier sous-marines. L'eau de mer agit comme électrolyte. Particules diamant meule enlèvent matière organique non conductrice (algues) avant ECG.

Avantages de la rectification électrochimique

Avantage clé : usure minime de la meule. La majorité du matériau est enlevée par réaction électrochimique cathode/anode.

L'abrasion ne se produit que pour enlever le film qui se forme sur la surface de la pièce. Autre avantage : usinage matériaux durs.

Les matériaux durs posent difficulté aux autres usinages à cause de l'usure d'outil. Surprenant que l'ECG enlève matière sur surface dure avec usure minime.

Comme la plupart du matériau est enlevé par réactions électrochimiques, la pièce ne subit pas de dommages thermiques comme en rectification conventionnelle.

Inconvénients de la rectification électrochimique

L'ECG a aussi quelques inconvénients. Le système comprend pièce anode et meule cathode. Pour créer ces conditions, pièce et meule doivent être conductrices.

Cela limite les matériaux de pièce adaptés à l'ECG. Autre inconvénient : applicable seulement à la rectification de surface. Impossible d'appliquer l'ECG sur pièces avec cavités, à cause de l'incapacité de la meule à enlever le dépôt de film dans la cavité.

Autre désavantage : fluide électrolytique peut causer corrosion aux surfaces pièce et meule. Enfin, l'ECG est plus complexe que l'usinage traditionnel. Nécessite personnel plus expérimenté → coûts production plus élevés.