Qu’est-ce que l’usinage EDM ? Matériel, avantages et applications

"L'enlèvement de matière avec EDM est similaire au circuit de tri, exactement comment le court-circuit brûle (érode) le matériau."

L'usinage par décharge électrique (EDM) est une technique de fabrication non conventionnelle qui utilise un arc électrique pour éliminer le matériau. Plus couramment utilisé dans l'usinage de matériaux conducteurs. Usinage EDM n'utilise pas de fraises, de mèches ou d'outils de coupe de cisaillement similaires, mais une électrode est responsable des opérations d'usinage. Une décharge électrique est créée en immergeant la pièce et l'électrode dans une solution diélectrique et en fournissant de l'électricité. 

Ce type d’usinage est intéressant pour les formes et usinages complexes, notamment pour les petites tailles. La capacité de réaliser des trous profonds précis, un micro-usinage et des caractéristiques complexes le rend très populaire dans diverses applications industrielles.

Dans cet article, nous discuterons qu'est-ce que l'usinage par électroérosion en détail, y compris ses principes de fonctionnement, ses avantages et ses inconvénients.

Introduction à la GED 

Tous les types de processus d'usinage, en particulier les outils de tournage ou de fraisage, ne sont pas accessibles aux géométries complexes et aux détails minuscules. De plus, la dureté peut être un facteur difficile pour enlever le matériau et elle peut également provoquer une usure rapide de l'outil. Dans de telles situations, l’EDM peut atteindre toutes les zones inaccessibles que l’usinage conventionnel ne peut pas atteindre. La seule chose dont un matériau a besoin pour être compatible avec l’EDM est la conductivité électrique. 

Lors de l'usinage par électroérosion (EDM), il n'y a aucun contact physique entre l'outil d'usinage et la pièce. La pièce à usiner et l'outil sont immergés dans le milieu diélectrique avec un espace spécifique. Ensuite, sur une alimentation électrique haute tension, le courant électrique génère un arc à haute température (aussi élevée que 5700 K). Ensuite, l’arc érode le matériau d’une pièce. Pendant ce temps, l'électrode (outil) se déplace en suivant les zones d'usinage conçues 

De plus, l'espace entre la pièce et l'électrode à l'intérieur du fluide diélectrique détermine le taux d'enlèvement de matière et la vitesse globale.

Comment fonctionne la GED ?

Les bases Sciences EDM derrière son mécanisme de travail implique l'utilisation d'une tension entre l'outil et la pièce conductrice immergée dans un milieu diélectrique, ce qui crée un arc avec une énergie thermique intense pour l'enlèvement de matière. Vous pouvez comprendre ce mécanisme avec un exemple de court-circuit électrique ;

Processus d'usinage EDM

L'électrode (outil de coupe) est conçue en fonction de la forme de la coupe souhaitée et des cavités, qui peuvent être fixées au-dessus de la pièce ou se déplacer le long de la pièce. La machine CNC EDM peut contrôler la trajectoire et la vitesse avec des codes G et M pré-structurés. 

De plus, la liste ci-dessous résume le fonctionnement de l'usinage EDM ;

• Terrain électrique : La tension fournie (V) génère le champ électrique autour de l'électrode et de la pièce.

• Émission d'électrons : Les électrons libres sur l'outil sont émis en raison des forces électrostatiques (émission à froid) et accélèrent vers la pièce, gagnant ainsi en énergie et en vitesse. 

• Ionisation diélectrique : Les électrons accélérés entrent en collision avec les molécules diélectriques et créent des ions.

• Formation de plasma : De fortes concentrations d’électrons et d’ions forment un canal plasmatique à haute température en raison de collisions répétées, visualisées sous la forme d’un arc ou d’une étincelle.

• Enlèvement de matière : L'énergie électrique est transformée en énergie thermique (chaleur) au point d'impact. Ensuite, une chaleur localisée intense (>10,000 XNUMX°C) provoque la vaporisation et la fonte de la matière de la pièce à usiner.l.

• Formation de cratère : Les ondes de choc créent des cratères sur la surface de la pièce autour du site de l'étincelle. Ici, les ondes de choc sont responsables de l’érosion des matériaux.

De plus, si vous souhaitez apprendre le processus étape par étape de l'EDM, vous pouvez lire le Guide GED ici.

Composants d'usinage EDM

Une configuration d'usinage par électroérosion comprend divers composants, chacun d'eux influençant directement le Précision EDM et la qualité des composants usinés. Voici les composants EDM courants :

• L'électrode ou l'outil de coupe

C'est le composant principal qui façonne la pièce conductrice. La géométrie de l'électrode correspond à la géométrie de la coupe, de la cavité ou du motif requis. Ils sont généralement disponibles sous forme de fil, de tige, de tube et de matrice.

L'une des exigences clés du matériau d'électrode est son point de fusion, il doit avoir un point de fusion plus élevé que le matériau de la pièce à usiner. Ils sont fabriqués avec des matériaux hautement conducteurs comme le graphite, le tungstène et le cuivre tellure. Par conséquent, l’outil doit également être plus dense pour maintenir la vitesse d’usinage.

• Solution diélectrique

L'espace diélectrique en EDM reste inconducteur jusqu'à la tension de claquage. Une fois que le circuit atteint la tension de claquage, il ionise la zone située entre l'électrode et la pièce à travailler. Le fluide diélectrique doit avoir une viscosité, un éclair élevé, une résistance électrique élevée et des propriétés de mouillage. Certains diélectriques courants pour la fabrication d'EDM sont l'eau distillée, le kérosène et le tétraéthyle glycol.

• Source d'alimentation et générateur d'impulsions CC

Il se compose de redresseurs et d'un autre agencement pour convertir la source CA en CC, qui fournit la tension nécessaire pour créer un champ électrique entre l'outil et la pièce. Le générateur d'impulsions CC module cette tension, délivrant des impulsions de courant courtes et contrôlées plutôt qu'un flux continu. Cette approche pulsée évite l’accumulation excessive de chaleur et permet d’obtenir un enlèvement de matière précis. Vous pouvez également ajuster la durée, la fréquence et l’intensité des impulsions avec ce générateur.

• Réservoir de travail 

C'est là que le fluide diélectrique plonge la pièce et l'électrode. Le réservoir de travail contient un dispositif de maintien de la pièce pour serrer la pièce. Pendant ce temps, l’électrode peut être à moitié ou entièrement immergée, positionnée au-dessus de la pièce à travailler. Les matériaux couramment utilisés pour fabriquer les réservoirs de traitement EDM sont les plastiques, les composites, l'acier inoxydable avec revêtement, etc.

De plus, il est fixé à d'autres composants comme un système de circulation de fluide (réservoir diélectrique et pompe), un filtre d'élimination des débris et un mécanisme de refroidissement. Par exemple, la circulation de fluide diélectrique dans l'espace est essentielle pour entretenir les décharges.

Types/techniques d'électroérosion

Électroérosion à fil et par enfonçage. Crédit photo : ResearchGate

Pour créer des fonctionnalités distinctes, vous pouvez utiliser un type de GED en fonction de votre conception et de vos exigences. Il existe trois approches principales : Fil coupé, EDM de lest et Perçage de trous par électroérosion. 

L'électroérosion à fil utilise un fil-électrode mince, tandis que l'électroérosion à plomb utilise une électrode ayant la forme des cavités ou des coupes requises. Ainsi, la différence fondamentale entre EDM à fil ou EDM à plomb est que Wire EDM utilise un fil continu pour couper le matériau, et Sinker EDM utilise une électrode de forme personnalisée pour former des cavités ou des formes détaillées. En outre, 

Tableau : Différentes techniques d'usinage par électroérosion 

Matériaux courants utilisés dans l'usinage EDM

Comme dit précédemment, les matériaux conducteurs sont compatibles avec l'usinage EDM. Il permet l’usinage de plusieurs métaux et alliages en fonction des propriétés et performances souhaitées. L'acier inoxydable, le cuivre, le titane, l'aluminium, le laiton et le zinc en sont quelques exemples courants. 

Les matériaux tels que les alliages de titane, l'acier à outils et les superalliages de nickel sont difficiles à usiner avec des processus traditionnels tels que les opérations de tournage et de fraisage CNC. Cependant, cette approche d'usinage sans cisaillement peut traiter n'importe quel alliage dur sans compromettre la précision. Fondamentalement, il suffit qu'il soit électriquement conducteur pour devenir un Matériel EDM. 

Tableau : Matériaux pour l'usinage EDM 

Avantages et inconvénients de l'EDM

Nous avons mentionné que le Technologie EDM est flexible avec des coins pointus, des parois minces, des trous coniques, des fentes profondes, des trous borgnes et des contours 3D complexes. Et il peut usiner ces caractéristiques en micro-pouces. Maintenant, soulignons le Avantages et inconvénients de l'EDM objectivement.

Tableau : Avantages et inconvénients de l'EDM 

Applications de l'usinage par électroérosion

Pièces usinées par EDM 

La fabrication EDM possède différentes capacités que d'autres procédés de fabrication ne peuvent pas offrir, comme l'usinage de métaux trempés, de petits trous de diamètre <0.1 mm, l'usinage micro, des poches profondes, des cavités précises et irrégulières, des caractéristiques géométriques complexes, etc. C'est pourquoi elle a de nombreuses applications dans tous les domaines. fabrication industrielle, de l’automobile au médical et à la défense.

Voici les applications EDM dans différentes industries ;

Industrie aerospatiale 

L'industrie aérospatiale nécessite une haute précision et des géométries complexes, souvent à partir de métaux durs comme les alliages de titane. L'usinage EDM peut créer de petites caractéristiques avec une haute précision, ce qui est essentiel pour la sécurité et la fiabilité de l'aérospatiale.

Exemples d'applications ;

• Composants du moteur
• Pièces de train d'atterrissage 
• Supports de cellule
• Buses
• Composants hydrauliques
• Aube de turbine

Automobile

L'industrie automobile s'appuie sur l'usinage par électroérosion pour des tolérances serrées et des pièces complexes qui durent de longues périodes, telles que les buses directrices pour les injecteurs de carburant qui affectent directement l'efficacité et les performances des véhicules.

Exemples d'applications ;

• Engrenages de précision
• Tableau de bord, pare-chocs et porte 
• Composants AC
• Vanne vapeur
• étriers de frein
• Pistons

Fabrication d'outils et de matrices

L'EDM a d'innombrables applications dans la fabrication d'outils et de matrices. La précision, le micro-usinage, les cavités profondes et toutes les capacités requises pour la fabrication d'outillage peuvent être obtenues grâce à ce processus. Le procédé d'électroérosion à fil est plus populaire dans cette industrie que le EDM de lest.

• Gabarits, accessoires et jauges
• Outils de presse, matrices d'extrusion, matrices de forgeage et matrices d'emboutissage
• Moules à injection, moules à insérer, 
• Matrices de frittage
• Façonnage de carbure ou d'autres outils durs

Médical

Un autre secteur d'application critique de la fabrication d'EDM est l'industrie médicale, où la précision et le micro-usinage sont plus importants que toute autre chose pour la sécurité des patients et la précision des résultats des tests. En plus de la précision, l'EDM garantit des détails fins, sans bavures, ni longs trous, etc.

Voici quelques-unes EDM médical Exemples d'applications ;

• Outils dentaires
• Pinces petites et dentelées 
• Lames chirurgicales
• Instruments chirurgicaux neuro et cardiovasculaires
• Composants pour équipement de diagnostic
• Implants personnalisés

Autre

En plus de cela, d'autres industries comme l'électronique, les télécommunications, la défense et l'énergie utilisent également des pièces usinées par EDM, par exemple des composants de réacteur nucléaire, des pièces de semi-conducteurs, des composants de missiles, etc.

EDM vs autres processus d'usinage

L’une des principales distinctions est l’usinage sans contact par rapport aux processus de cisaillement ou d’usinage avancés. De plus, l'EDM peut créer des fonctionnalités plus petites et plus complexes. Par exemple, l'EDM peut percer des trous de moins de 0.1 mm, contrairement au perçage conventionnel.

• EDM vs fraisage: L'EDM façonne des matériaux plus durs en pièces complexes, tandis que le fraisage est limité en raison de l'accessibilité des outils aux éléments petits et complexes. Cependant, le fraisage est plus pratique si des micro-fonctionnalités complexes ne sont pas requises.
• EDM vs découpe laser: Au lieu de charges électriques, la découpe laser utilise des faisceaux laser focalisés provenant de sources comme le CO2, Nd : YAG/Nd : YVO et laser à fibre.
• Découpe EDM ou Plasma : Le coupage au plasma utilise des flux de gaz ionisés (plasmas) pour éliminer le matériau, tandis que l'EDM s'érode par des décharges électriques (arcs). Le plasma convient à la découpe rapide de feuilles plus épaisses.

Ai-je besoin de protocoles de sécurité EDM stricts ?

Oui! La sécurité est un aspect essentiel de l’usinage par électroérosion afin d’éviter tout risque pour l’opérateur et le processus. L'entretien, l'étalonnage et la disposition réguliers des équipements de sécurité ainsi que la formation ne peuvent que garantir Sécurité de l'électroérosion.

• Portez un équipement de sécurité et soyez conscient des conséquences des actions que vous effectuez pendant l'opération.
• Assurez-vous qu'il n'y a pas de matériaux inflammables, d'humidité ou d'éléments conducteurs à proximité de la zone d'usinage. 
• L'EDM est un processus à haute température, soyez donc en contact sûr avec l'électrode et la pièce à usiner.
• Connaissez parfaitement votre machine et maintenez-la dans un état standard.
• Soyez conscient des chocs électriques 
• Ne regardez jamais l’arc de décharge à l’œil nu

Tendances futures de l’usinage par électroérosion

Les nouveaux équipements, méthodes EDM, processus de contrôle qualité et autres capacités évoluent continuellement à mesure que la demande de pièces plus précises et plus complexes augmente dans tous les secteurs. Actuellement, la commande numérique par ordinateur, le retour et l'ajustement automatiques, la surveillance par l'IA, les logiciels avancés d'optimisation des trajectoires d'outils et d'autres technologies sont populaires dans ce secteur. 

Quelques tendances possibles concernant  L'avenir de l'EDM   sont;

• Innovations dans les matériaux comme les électrodes nanostructurées et les machines hybrides AM-EDM.
• Rôle essentiel de l'impression 3D dans la fabrication d'électrodes personnalisées
• Systèmes de contrôle adaptatifs et automatisation robotique
• Intégration de l'IA dans l'optimisation des parcours d'outils et la surveillance des processus.

Conclusion 

Dans l'ensemble, l'usinage EDM est idéal pour les dimensions précises, le micro-usinage et les matériaux durs. En utilisant le matériau d'électrode et le fluide diélectrique appropriés, vous pouvez obtenir des résultats d'usinage optimaux. De plus, il permet également de créer des géométries détaillées et complexes que d’autres approches pédagogiques ont trouvées difficiles.

De plus, l'expertise et la capacité d'usinage du fabricant affectent également la qualité finale de l'application EDM. Chez ProleanTech, nous disposons d’installations avancées d’électroérosion à platine et à matrice pour répondre à vos exigences et aux normes de l’industrie. Nos ingénieurs et opérateurs ont une expérience de travail sur divers projets d’usinage EDM depuis 10 ans. 

Nos Service d'usinage EDM peut gérer plus de 50 qualités de métaux et d’alliages. Nous disposons de tous types d'EDM ; perçage de trous, plombs et service de coupe de fil.  Choisissez votre technique et votre matériau, puis envoyez-nous la conception EDM, nous vous répondrons avec un devis et de plus amples informations sur la manière dont nous pouvons exécuter votre conception.

Questions Fréquentes Posées

Qu’est-ce que l’électroérosion ?

Il s'agit d'un processus d'usinage de précision qui élimine la matière d'une pièce conductrice à l'aide d'étincelles électriques sans contact physique. L'EDM est populaire pour l'usinage de matériaux durs ou délicats.

Quelles sont les différences entre l'usinage traditionnel et l'usinage EDM ?

Les processus d'usinage traditionnels comme l'usinage CNC utilisent des outils de coupe rotatifs qui alimentent la pièce en continu pour la façonner. En revanche, il n'y a aucun contact physique entre l'outil et la pièce lors de l'usinage par électroérosion.

Qu’entend-on par lacune dans l’EDM ?

Un espace en EDM fait référence à la distance entre la surface de la pièce et la pointe de l'électrode, toutes deux immergées dans la pièce. Cependant, l’électrode peut parfois être immergée à moitié seulement. 

L'électroérosion peut-elle usiner l'acier dur, le titane, l'incole et d'autres matériaux durs ?

Oui! L'électroérosion peut usiner n'importe quel matériau dur et conducteur d'électricité, notamment le revenu, le titane et l'acier..

L'EDM peut-il percer un trou de 0.1 mm de diamètre ?

Oui! L'électroérosion à fil peut percer un trou de 0.1 mm ou même moins de diamètre.