Usinage par électro-érosion (EDM) : Une technique révolutionnaire au-delà du CNC

De nombreuses aubes de turbine, stents et pièces de finition de miroirs optiques d'aujourd'hui sont fabriquées grâce aux processus EDM. Voici ce qu'il faut savoir sur l'usinage de vos matériaux par étincelage depuis leur forme brute.

C'est électrique. C'est fascinant. Et cela a un réel impact dans la fabrication. Zion Market Research évalue l'industrie de l'usinage par électro-érosion à environ 4,6 milliards de dollars en 2017 — et s'attend à ce qu'elle atteigne près de 8 milliards d'ici 2024.

Un nombre croissant d'ateliers de tournage et fraisage CNC utilisent l'EDM pour créer des caractéristiques de pièces autrement impossibles à usiner. Ces composants se trouvent principalement dans les industries aérospatiale et médicale. L'industrie automobile d'aujourd'hui n'utilise généralement pas l'EDM, sauf dans certaines applications d'outillage.

L'EDM implique l'adoption de nouvelles pratiques d'usinage. Ce n'est pas de la machinerie CNC « traditionnelle ». Il y a des électrodes en graphite et cuivre à comprendre et gérer, un besoin de maintien de pièce approprié et de logiciels spécifiques à l'application.

Rien n'est particulièrement difficile à faire, mais comme toute nouvelle technologie, cela nécessite un investissement initial ainsi qu'un esprit ouvert. La bonne nouvelle pour les ateliers est que l'EDM ouvre des portes qui pourraient autrement rester fermées.

Qu'est-ce que l'usinage par électro-érosion et comment ça fonctionne ?

L'usinage par électro-érosion utilise l'énergie électrique pour « éroder » le matériau de la pièce. Il génère une série d'étincelles à haute fréquence entre une pièce électriquement conductrice et une électrode en cuivre, laiton, graphite ou tungstène, et alliages de chacun d'eux.

Alors que l'étincelle saute de l'électrode à la pièce, elle emporte des particules microscopiques de matériau qui sont ensuite évacuées par un fluide diélectrique. Le fluide est généralement de l'eau déionisée ou une huile spéciale non conductrice. Des finitions extrêmement fines sont possibles, ainsi que des précisions se mesurant au micron près.

Il existe trois types distincts d'EDM : EDM à fil, aussi appelé « WEDM », foreuses EDM, et EDM conventionnel, ou « à enfonçage ». Ils reposent tous sur le même principe d'érosion à haute énergie et sont tous disponibles avec jusqu'à cinq axes de mouvement — mais vous pouvez obtenir plus d'axes avec un accessoire rotatif.

Les trois peuvent usiner tout, de l'aluminium au carbure, à condition que le matériau soit conducteur. Une différence clé, cependant, est l'électrode, qui peut être considérée comme un outil de coupe.

Qu'est-ce que l'EDM à fil ?

L'EDM à fil utilise une bobine de fil en alliage de cuivre ou laiton qui est continuellement alimentée à travers la pièce. Considérez-le comme une scie à ruban haute précision.

Les diamètres de fil typiques varient de 0,1 mm à 0,3 mm (0,004 à 0,012 pouces), bien que des fils jusqu'à 0,015 mm (0,0006 pouces) soient disponibles. L'EDM à fil est largement utilisé dans l'industrie de l'outillage et des moules, et pour couper de petites rainures et des caractéristiques similaires difficiles dans les composants médicaux.

Pour aller plus loin, regardez cette vidéo. Source : ReliableEDM

Qu'est-ce que le perçage par EDM ?

Le perçage par EDM, ou « perceuses à étincelles », repose sur une électrode tubulaire avec un fluide diélectrique circulant par son centre et ressortant, similaire à un foret à arrosage central.

Comme le souligne Evan Syverson, responsable commercial additif et HSM chez Sodick Inc., les foreuses EDM sont la méthode principale pour produire les trous de diffuseur dans les aubes et détails de pales de turbines à réaction.

Pour aller plus loin, regardez cette vidéo. Source : EDM Precision

Qu'est-ce que l'EDM à enfonçage ?

Les électrodes utilisées avec l'EDM à enfonçage (généralement graphite ou cuivre) sont souvent usinées en image miroir ou inverse de la forme de la pièce, bien que des formes rondes, carrées et autres soient également utilisées. Comme pour le perçage EDM, l'électrode peut être faite pour tourner, orbiter ou plonger dans et hors de la pièce, augmentant les taux d'enlèvement de matière tout en générant une variété de géométries uniques.

Quelle que soit la technologie, des experts comme Eric Ostini, responsable produit EDM pour GF Machining Solutions, et ses pairs sont rapides à souligner les trois choses les plus importantes à propos de l'EDM : le flushing, le flushing et le flushing. C'est parce que, sans flushing efficace, un court-circuit se produit, suivi d'une productivité diminuée, d'une mauvaise qualité de pièce et possiblement de dommages à l'électrode.

Pour aller plus loin, regardez cette vidéo. Source : Tooling U-SME

Quand l'EDM est-il nécessaire ?

Où pouvez-vous utiliser l'EDM dans votre atelier ? Brian Pfluger, responsable gamme produit EDM pour Makino Inc., dit que à mesure que les matériaux de pièce deviennent plus difficiles à usiner par des moyens conventionnels, le processus EDM devient plus attractif et productif. Les exemples incluent l'augmentation des rapports longueur/diamètre et partout où des outils de coupe extrêmement petits sont nécessaires.

L'EDM offre certains avantages par rapport au fraisage et au tournage. Comme l'EDM est un processus sans contact, il est possible d'usiner des pièces extrêmement petites, à parois minces, alvéolées ou hautes sans souci de déviation.

Il n'y a pas de bavures avec l'EDM. Des angles internes vifs avec des rayons jusqu'à 0,025 mm (0,001 pouce) sont possibles. Des matériaux coûteux comme l'or ou le platine peuvent être usinés avec une perte de matière virtuellement nulle en copeaux. Et maintenir quelques « dixièmes » (microns) est un jeu d'enfant avec l'EDM, même dans des alliages à haut nickel difficiles comme le Rene 41 et le L-605 où il y a peu de souci d'usure rapide d'outil.

Les fabricants aérospatiaux utilisent l'EDM pour produire les trous formés dans les aubes de turbine. Les entreprises médicales l'utilisent pour trancher des stents, couper des clips et usiner les dents de minuscules pinces alligator. Les fabricants d'engrenages l'utilisent pour produire des pignons uniques. Les fabricants de composants optiques font des finitions miroirs avec.

La liste continue.

Quel outillage utilisez-vous avec l'EDM ?

Malgré ses capacités étendues, l'EDM n'est pas plus difficile à opérer qu'une autre machine CNC. Les machines EDM ont les mêmes axes X, Y et Z. De nombreux systèmes EDM ont des commandes conversationnelles similaires aux tours et centres d'usinage, tandis que d'autres supportent l'utilisation de G-code, cycles en boîte et logiciels de programmation hors ligne.

Les étaux et pinces utilisés pour saisir les pièces sont également similaires à ce qu'on utilise ailleurs dans l'atelier, mais ils sont généralement en acier inoxydable série 400 plutôt qu'en acier à outils et fonte.

Les processus d'usinage EDM sont significativement différents, cependant, avec l'accent mis sur le flushing, les stratégies d'orbitage, la rétention de slug et le nombre de passes de finition. Mais ce n'est rien qu'un machiniste qualifié ne puisse pas assimiler rapidement.

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