Usinage électrochimique (ECM) : principes, équipement, avantages, inconvénients et applications pratiques

L'usinage électrochimique (ECM) est un processus d'usinage dans lequel le processus électrochimique est utilisé pour enlever les matériaux de la pièce. Dans le processus, la pièce est prise comme anode et l'outil comme cathode. Les deux électrodes pièce et outil sont immergées dans un électrolyte (tel que NaCl). Lorsque la tension est appliquée à travers les deux électrodes, l'enlèvement de matériau de la pièce commence. La pièce et l'outil sont placés très près l'un de l'autre sans se toucher. Dans l'ECM, l'enlèvement de matériau a lieu au niveau atomique donc il produit une finition de surface miroir.

• Ce processus est utilisé pour usiner seulement les matériaux conducteurs.

Principe de fonctionnement

Le fonctionnement de l'ECM est opposé au processus de revêtement électrochimique ou galvanique ou de dépôt.

Pendant le processus d'usinage électrochimique, les réactions ont lieu aux électrodes c'est-à-dire à l'anode (pièce) et cathode (outil) et dans l'électrolyte.

Prenons un exemple d'usinage d'acier à faible teneur en carbone qui est principalement composé d'alliages ferreux (Fe). Nous utilisons généralement une solution de sel neutre de chlorure de sodium (NaCl) comme électrolyte pour usiner les alliages ferreux. La dissociation ionique du NaCl et de l'eau a lieu dans l'électrolyte comme montré ci-dessous.

Lorsque la différence de potentiel est appliquée à travers les électrodes, le mouvement des ions commence entre l'outil et la pièce. Les ions positifs se déplacent vers l'outil (cathode) et les ions négatifs se déplacent vers la pièce.

À lire aussi :

• Usinage par ultrasons (USM) – Pièces principales, Principe de fonctionnement, Avantages et Inconvénients avec Application
• Usinage par jet d'eau – Principe de fonctionnement, Avantages et Inconvénients avec Application
• Usinage par faisceau laser – Pièces principales, Principe, Fonctionnement avec Application

À la cathode, les ions hydrogène prennent des électrons et se transforment en gaz hydrogène.

De la même façon, les atomes de fer sortent de l'anode (pièce) sous forme d'ions Fe++.

Dans l'électrolyte, les ions sodium se combinent avec les ions hydroxyl et forment de l'hydroxyde de sodium et l'ion ferreux se combine avec les ions chlorure et forme du chlorure ferreux. Aussi les ions fer se combinent avec les ions hydroxyl et forment de l'hydroxyde de fer.

Dans l'électrolyte, le FeCl2 et le Fe(OH)2 produits se précipitent sous forme de boue et se déposent. De cette façon, le matériau est enlevé de la pièce sous forme de boue.

Les diverses réactions qui ont lieu dans le processus d'usinage électrochimique sont dans la figure donnée ci-dessous.

Le système ECM a les modules suivants ou Équipement principal de l'ECM

1. Alimentation électrique
2. Système de filtration et de distribution d'électrolyte
3. Système d'avance d'outil
4. Réservoir de travail

Fonctionnement de l'usinage électrochimique

• D'abord, la pièce est assemblée dans le montage et l'outil est amené près de la pièce. L'outil et la pièce sont immergés dans un électrolyte approprié.
• Après cela, une différence de potentiel est appliquée à travers la pièce (anode) et l'outil (cathode). L'enlèvement de matériau commence. Le matériau est enlevé de la même manière que nous avons discuté ci-dessus dans le principe de fonctionnement.
• Le système d'avance d'outil avance l'outil vers la pièce et maintient toujours un espace requis entre eux. Le matériau de la pièce sort sous forme d'ions positifs et se combine avec les ions présents dans l'électrolyte et précipite sous forme de boue. Le gaz hydrogène est libéré à la cathode pendant le processus d'usinage.
• Puisque la dissociation du matériau de la pièce a lieu au niveau atomique, cela donne une excellente finition de surface.
• La boue du réservoir est sortie et séparée de l'électrolyte. L'électrolyte après filtration est à nouveau transporté au réservoir pour le processus ECM.

À lire aussi :

• Qu'est-ce que l'usinage par arc plasma (PAM) et comment ça marche ?
• Qu'est-ce que l'usinage par décharge électrique (EDM) et comment ça marche ?
• Comment fonctionne le processus d'usinage par faisceau d'électrons ?

Applications

• Le processus ECM est utilisé pour l'opération d'enfonçage de matrice, profilage et contour, perçage, rectification, trépanage et micro-usinage.
• Il est utilisé pour usiner des pales de turbine à vapeur dans des limites fermées.

Avantages

• Usure d'outil négligeable.
• Des pièces à courbure complexe et concave peuvent être produites facilement par l'utilisation d'outils convexes et concaves.
• Aucune force et contrainte résiduelle ne sont produites, car il n'y a pas de contact direct entre l'outil et la pièce.
• Une excellente finition de surface est produite.
• Moins de chaleur est générée.

Inconvénients

• Le risque de corrosion pour l'outil, la pièce et l'équipement augmente dans le cas d'électrolyte salin et acide.
• L'usinage électrochimique est capable d'usiner seulement les matériaux électriquement conducteurs.
• Haute consommation d'énergie.
• Coût d'investissement initial élevé.

Paramètres du processus

N°	Paramètres	Valeurs
	Alimentation électrique
	Type	Courant continu
	Tension	2 à 35 V
	Courant	50 à 40 000 A
	Densité de courant	0,1 A/mm² à 5 A/mm²
2.	Électrolyte
	Matériau	NaCl et NaNO3
	Température	20°C à 50°C
	Débit	20 lpm/100 A courant
	Pression	0,5 à 20 bar
	Dilution	100 g/l à 500 g/l
3.	Espace de travail	0,1 mm à 2 mm
4.	Surcote (Overcut)	0,2 mm à 3 mm
5.	Vitesse d'avance	0,5 mm/min à 15 mm/min
6.	Matériau d'électrode	Cuivre, laiton et bronze
7.	Rugosité de surface (Ra)	0,2 à 1,5 μm