Meulage électrochimique (ECG) : aperçu du processus et applications pratiques

Qu'est-ce que le meulage électrochimique (ECG) ?

Le meulage électrochimique est un processus qui enlève du matériau conducteur par meulage avec une meule abrasive chargée négativement, un fluide électrolytique et une pièce chargée positivement.

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

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

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

L'ECG va plus loin en coupant le métal mécaniquement avec la meule tout en dissolvant le matériau électrochimiquement simultanément. « La théorie est qu'on peut réduire la dureté du matériau et le décomposer partiellement pendant le meulage pour que la meule coupe avec beaucoup moins de force. »

À certains égards, l'ECG est similaire au meulage conventionnel, certaines mêmes règles s'appliquent. Par exemple, la programmation et la mise en place fonctionnent de la même façon. Le maintien de pièce est aussi très similaire, la seule différence étant que les montages pour l'ECG doivent être en matériau résistant à la corrosion et permettre le contact électrique avec la pièce.

Caractéristiques du processus

• La meule et la pièce sont électriquement conductrices.
• Les meules durent pour de nombreux meulages – typiquement 90 % du métal est enlevé par électrolyse et 10 % par la meule abrasive.
• Capable de produire des arêtes lisses sans les bavures causées par le meulage mécanique.
• Ne produit pas de chaleur appréciable qui déformerait la pièce.
• Décompose la pièce et la dépose dans la solution électrolytique. Les électrolytes les plus courants sont le chlorure de sodium et le nitrate de sodium à des concentrations de 2 lb par gallon.

Examen approfondi de l'ECG (Meulage électrochimique)

En comparaison à l'usinage électrochimique, le meulage électrochimique est relativement similaire. C'est une combinaison d'un processus électrochimique et d'un processus de meulage pour l'enlèvement de métal. On l'appelle aussi « usinage anodique » ou « meulage électrolytique ».

Dans le processus, le rôle de cathode est joué par la meule, tandis que le rôle d'anode est joué par la pièce. Plusieurs électrolytes peuvent être utilisés : nitrate de sodium, chlorate de sodium, hydroxyde de sodium, carbonate de sodium, etc.

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

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

Le matériau abrasif de la meule enlève en réalité moins de 5 % du matériau indésirable de la pièce. La vitesse de rotation de la meule est maintenue entre 1200 m/min minimum et 2000 m/min maximum.

Pourquoi utiliser le meulage électrochimique ?

L'ECG offre plusieurs caractéristiques attractives :

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

Sélection de l'électrolyte

Un facteur important affectant la qualité et la productivité de l'ECG est l'électrolyte, car la réaction électrochimique anodique en est directement affectée.

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

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

Équipement de meulage électrochimique

Soit une machine électrochimique professionnelle, soit une machine modifiée (tour ou meuleuse conventionnelle) peut être utilisée pour l'ECG.

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

Tolérances

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

Ce type de meulage a différents types de meules, pour façonner les métaux selon les besoins.

Produit une surface plus lisse, sans bavures et cause moins de contraintes de surface que d'autres méthodes de meulage.

Applications du meulage électrochimique

L'ECG est souvent utilisé pour les matériaux durs où l'usinage conventionnel est difficile et long, comme l'acier inoxydable et certains métaux exotiques. Pour dureté > 65 HRC, l'ECG peut avoir un taux d'enlèvement 10 fois supérieur à l'usinage conventionnel.

Comme l'ECG implique peu d'abrasion, il est souvent utilisé pour les processus où la surface doit être exempte de bavures, rayures et contraintes résiduelles. Applications :

• Meulage de pales de turbine
• Meulage de métaux en nid d'abeille pour l'aérospatiale
• Affûtage d'aiguilles hypodermiques
• Usinage d'inserts d'outils de coupe en carbure
• Élimination de défauts de surface sur pièces où l'enlèvement excessif et contraintes résiduelles sont indésirables, comme reprofilage d'engrenages de locomotive
• Élimination de fissures de fatigue sur structures en acier sous-marines. L'eau de mer agit comme électrolyte. Les particules de diamant dans la meule enlèvent la matière organique non conductrice (algues) avant l'ECG.

Avantages du meulage électrochimique

Un avantage clé est l'usure minimale de la meule, car la majorité du matériau est enlevée par réaction électrochimique entre cathode et anode.

Le meulage abrasif ne se produit réellement que pour enlever le film qui se développe sur la surface de la pièce. Un autre avantage : peut usiner des matériaux durs.

Les matériaux durs posent difficulté aux autres usinages à cause de l'usure d'outil. L'ECG enlève la matière d'une surface dure avec usure minimale.

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

Inconvénients du meulage électrochimique

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

Cela limite les types de matériaux de pièce appropriés. Un autre inconvénient : applicable seulement au meulage de surface. Impossible d'appliquer l'ECG à des pièces avec cavités, à cause de l'incapacité de la meule à enlever le dépôt de film dans la cavité.

Un autre désavantage : le fluide électrolytique peut causer de la corrosion sur les surfaces de la pièce et de la meule. Enfin, l'ECG est plus compliqué que les méthodes d'usinage traditionnelles, nécessitant du personnel plus expérimenté, augmentant les coûts de production.