Types d'usinage EDM
L'usinage par électroérosion (EDM) est un procédé d'usinage non conventionnel qui utilise l'énergie électrique pour éroder la matière d'une pièce. Ce procédé automatisé repose sur la production d'étincelles ou de décharges électriques qui chauffent la surface et permettent l'enlèvement de matière par évaporation et érosion.
Différents types d'usinage par électroérosion sont disponibles dans les ateliers d'usinage CNC et les installations industrielles, chacun présentant ses propres capacités et son utilité. Les trois principaux types sont l'électroérosion à fil, l'électroérosion par enfonçage et l'électroérosion par perçage.
Bien qu'énergétiquement gourmands en énergie, ces procédés sont collectivement reconnus pour leur précision, leur capacité à usiner des matériaux durs et leur polyvalence dans l'usinage de formes complexes. Pour prendre des décisions éclairées concernant les pièces usinées, rien de mieux que de comprendre le fonctionnement de cette méthode essentielle et son adéquation à vos objectifs de production. Lisez la suite de cet article pour découvrir en détail les différents types d'usinage par électroérosion, leurs avantages, leurs inconvénients et leurs applications.
Qu'est-ce que l'électroérosion en usinage ?
Beaucoup de gens se demandent souvent : qu'est-ce que la découpe par électroérosion ? L'électroérosion (usinage par décharge électrique) est une méthode d'usinage non conventionnelle qui enlève de la matière d'une pièce à l'aide d'étincelles électriques. Usinage par électroérosion Elle convient généralement lorsque les techniques d'usinage conventionnelles ne permettent pas de fabriquer des formes complexes sur des matériaux durs.
Pièces usinées EDM
Il s'agit d'une méthode d'usinage courante pour des matériaux tels que les aciers inoxydables austénitiques, les aciers à outils trempés, le tungstène et le titane.
Histoire de l'usinage EDM
Bien que la méthode moderne d'usinage par électroérosion (EDM) ait plusieurs décennies, le concept de l'EDM remonte à plusieurs siècles. Le physicien Joseph Priestley a découvert la nature érosive des décharges électriques en 1770.
L'électroérosion par enfonçage était déjà en développement dans les années 1940, tandis que l'électroérosion à fil est apparue plus tard, dans les années 1960 et 1970. Aujourd'hui, les machines d'électroérosion sont extrêmement performantes grâce à une meilleure alimentation électrique, une commande numérique, une plus grande variété de matériaux et une usure des électrodes réduite. Le processus d'usinage est plus rapide, plus précis et s'adapte aux exigences de nombreux secteurs industriels.
Combien existe-t-il de types de machines d'électroérosion ?
Qu’est-ce que l’usinage par électroérosion ? La meilleure façon de répondre à cette question est de présenter les technologies mises en œuvre.
Il existe trois principaux types de technologies d'usinage par électroérosion (EDM) : l'usinage par électroérosion à fil (EDM à fil), l'usinage par électroérosion par enfonçage (EDM à enfonçage) et l'usinage par électroérosion par perçage (EDM à perçage). Grâce à leurs capacités uniques d'usinage de précision, chacune de ces machines est adaptée à des applications spécifiques.
Les détails de ces machines sont présentés ci-dessous :
EDM de fil
En électroérosion à fil, un fil fin sert d'électrode. La commande numérique (CNC) pilote le mouvement de ce fil qui érode la matière par étincelles. Le fil se déplace en continu pour assurer une nouvelle décharge tout au long du processus de coupe. Pour ce faire, le fil est enroulé sur une bobine et fixé à la machine d'électroérosion à fil.
Techniquement, l'électroérosion à fil est une technique de découpe 2D sur une pièce 3D car l'électrode doit traverser la pièce, comme illustré dans le schéma ci-dessous.
EDM de fil
Avantages de l'érosion par fil EDM :
- Excellente finition de surface
- Parfait pour les profils 2D complexes
- Découpe facilement les angles internes avec une précision supérieure
- Le passage automatique du fil permet des processus d'usinage sans surveillance prolongés
Limitations de l'électroérosion à fil :
- Il faut réaliser un trou traversant dans le matériau, sauf pour les découpes de bord – temps de préparation plus long
- Taux d'enlèvement de matière lent
- Investissement initial élevé
EDM de lest
L'usinage par électroérosion par enfonçage repose sur le principe d'une électrode positionnée dans l'image 3D inversée de la forme à usiner. Un léger jeu est prévu pour l'entrefer, ce qui signifie que l'électrode est légèrement plus petite que la cavité souhaitée.
EDM de lest
L'électrode est suspendue au piston de la machine d'électroérosion et, avec la pièce à usiner, elle est immergée dans un liquide isolant (diélectrique). La cavité est créée grâce à la commutation automatique du courant par le contrôleur, conformément aux paramètres définis.
Avantages de l'électroérosion par enfonçage :
- Crée des structures internes complexes et des formes 3D
- Capable de produire des angles internes aigus
- Aucun matériau n'est trop dur
- Le façonnage de l'électrode permet de produire des formes complexes dans un seul environnement.
Limitations de l'électroérosion par enfonçage :
- L'électrode doit être conçue sur mesure pour chaque nouvelle forme de cavité.
- L'usure des électrodes est une source constante de maux de tête.
- Exige un niveau de compétence élevé, notamment pour la conception des électrodes.
Trou de forage EDM
Ce type de découpe par électroérosion produit des trous petits et profonds grâce à une électrode tubulaire rotative combinée à un puissant jet d'eau sous pression. Le schéma ci-dessous illustre les mécanismes du processus.
EDM de perçage de trous
Avantages du perçage par électroérosion :
- Peut produire de minuscules trous avec un rapport d'aspect de 100:1, voire plus.
- Usinage précis et facile de trous dans des matériaux durs
- Méthode de perçage idéale pour les zones difficiles d'accès et les angles
Limitations de l'usinage par électroérosion pour le perçage de trous :
- Il ne peut percer que des trous circulaires, aucune autre forme.
- Plus lent que le forage traditionnel dans les matériaux tendres
- Il est nécessaire de remplacer fréquemment l'électrode en raison de son usure.
WÉlectroérosion par friction (EDM) vs. électroérosion par enfonçage (EDM) vs. électroérosion par perçage (EDM)
Il est essentiel de comparer précisément les différentes méthodes de fabrication par électroérosion à commande numérique (CNC EDM) afin d'adapter les capacités du procédé aux besoins du client. Cette brève section compare les trois méthodes entre elles.
Électroérosion par enfonçage contre électroérosion à fil
- Les fabricants optent pour l'électroérosion à fil lorsqu'ils recherchent une précision dimensionnelle plus élevée et une finition de surface plus lisse pour les découpes traversantes et les profils.
- L'électroérosion par enfonçage est plus performante pour la fabrication de pièces 3D complexes avec des cavités profondes.
EDM par enfonçage et EDM par perçage de trous
- L'efficacité de l'électroérosion par enfonçage pour produire des cavités parfaites est inégalée, mais cela diffère du perçage de trous, qui excelle dans la réalisation de trous à rapport d'aspect élevé.
trous EDM
- La capacité de l'usinage par électroérosion (EDM) à réaliser des micro-trous profonds trouve des applications dans les secteurs médical et aérospatial.
EDM par perçage de trous et EDM par fil
- L'électroérosion par perçage est le procédé de prédilection pour les trous circulaires profonds, tandis que l'électroérosion à fil excelle ailleurs – pour la réalisation de profils complexes.
- L'électroérosion à fil permet d'obtenir des tolérances plus serrées et des finitions de surface plus lisses.
- Souvent, le perçage par électroérosion crée des trous pilotes pour l'électroérosion à fil.
Pour un résumé de la comparaison entre les trois méthodes EDM, voir le tableau ci-dessous.
Tableau comparatif pour l'électroérosion à fil, l'électroérosion par enfonçage et l'électroérosion par perçage.
| Élément | EDM de fil | EDM de lest | Trou de forage EDM |
| Technique d'usinage | Applique l'érosion par étincelles et utilise un long fil enroulé sur une bobine. | Érode le matériau à l'aide d'une électrode profilée immergée dans un fluide diélectrique | Utilise des électrodes rotatives et un fluide diélectrique pour percer des trous profonds. |
| La précision | Haute précision jusqu'à ±0.0001 | Précis, mais peut nécessiter un post-traitement. | Haute précision |
| Idéale pour | Profils complexes et contours internes | Géométries 3D complexes et cavités profondes | Micro-perçage |
| Adéquation des matériaux | Aluminium, acier et autres matériaux conducteurs | Acier trempé et acier à outils | alliages et superalliages aérospatiaux |
| État de surface | Finition impeccable qui ne nécessite aucun polissage. | Finitions lisse | Varie selon le matériau et la profondeur |
| Applications industrielles courantes | Aérospatiale, outillage, électronique | Aérospatiale, automobile, fabrication de matrices | Aérospatiale et médical |
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Paramètres courants en usinage par électroérosion
Les principaux paramètres de sortie du procédé d'usinage par électroérosion (EDM) sont le taux d'enlèvement de matière (MRR), la largeur de coupe, la rugosité de surface (SR) et le matériau du fil. Le taux d'enlèvement de matière est lié à la vitesse de coupe, tandis que la largeur de coupe correspond à l'épaisseur de la pièce usinée. La rugosité de surface caractérise l'état de finition.
Il est important de comprendre ces paramètres de la machine d'électroérosion à commande numérique car ils permettent d'optimiser le processus de coupe et d'atteindre les résultats escomptés.
Taux d'enlèvement de matière (MRR)
Le taux d'enlèvement de matière correspond à la quantité de matière usinée de la pièce par unité de temps.
Largeur de Kerf
La largeur de coupe dans les procédés d'électroérosion (EDM) fait référence à la largeur du matériau enlevé par le processus de découpe.
Largeur de Kerf
Rugosité de surface (SR)
Il s'agit du degré de lissage relatif de la surface usinée par électroérosion.
Avantages de l'usinage EDM
Voici les principaux avantages de l'usinage par électroérosion :
- Elle permet d'usiner des matériaux extrêmement durs, élargissant ainsi les possibilités d'usinage micrométrique des matériaux durs.
- Aucune contrainte mécanique n'est créée – il s'agit d'un procédé sans contact.
- Convient aux petites pièces délicates
- Adapté aux perçages précis avec une excellente finition de surface par électroérosion
petites pièces délicates usinées par électroérosion
Limites de l'usinage par électroérosion
Considérez les limitations suivantes du procédé EDM ;
- Processus d'usinage relativement lent
- Consommation d'énergie élevée
- Usiner des matériaux non conducteurs représente un défi.
- Risque d'incendie dû à l'utilisation d'un fluide diélectrique
Quels matériaux sont utilisés dans l'usinage par électroérosion ?
Les matériaux généralement usinés par électroérosion comprennent les alliages d'aluminium, de cuivre et de titane, l'acier à outils, le carbure cémenté et les alliages haute température. Leurs propriétés électriques et leur résistance à l'érosion sont des critères essentiels. matériaux pour l'usinage par électroérosion.
L'usinage par électroérosion de matériaux non conducteurs tels que le verre et les plastiques nécessite des réglages spécifiques, souvent coûteux. C'est pourquoi cette technique reste peu répandue.
Voici un tableau de ces matériaux et de leurs caractéristiques :
| Type de materiau | Propriétés |
| Alliages d'aluminium | Bonne finition de surface, usure élevée des électrodes, MRR élevé |
| Alliages de cuivre | Taux d'enlèvement de matière élevé, bon état de surface, usure importante des électrodes |
| Alliages de titane | Taux d'enlèvement de matière modéré, usure modérée des électrodes, |
| Acier à outils | Taux d'enlèvement de matière élevé, faible usure des électrodes |
| Carbure cimenté | Taux d'enlèvement de matière modéré, bonne finition de surface |
| Alliages haute température | Faible MRR, faible usure des électrodes |
Applications de l'usinage par électroérosion dans différentes industries
Les applications d'usinage par électroérosion sont courantes dans différents secteurs, notamment l'automobile, l'aérospatiale, l'électronique, les dispositifs médicaux, la fabrication d'outils et la fabrication de matrices.
Obtenez un devis pour découvrir comment ces industries et d'autres encore tirent parti des capacités de précision du procédé pour produire des pièces complexes nécessitant des formes élaborées et des tolérances serrées.
Les applications spécifiques de l'usinage par électroérosion sont les suivantes :
Fabrication de matrices, de moules et d'outils
L'électroérosion est une méthode privilégiée pour la fabrication de matrices, de moules et d'outils, car elle permet d'usiner facilement l'acier à outils et d'autres matériaux extrêmement durs. On utilise d'abord une machine d'électroérosion par enfonçage, puis l'électroérosion à fil pour les finitions.
L'électroérosion pour la fabrication de moules
Extraction d'outils cassés
Il arrive qu'un outil se casse ou se bloque dans une pièce, et qu'il faille alors l'extraire. L'usinage par électroérosion (EDM) est une méthode fiable pour y parvenir. Au lieu d'utiliser d'autres méthodes qui ont tendance à endommager davantage la pièce, l'EDM permet d'éroder l'outil bloqué.
On peut percer de petits trous dans l'outil pour faciliter l'extraction des fragments. L'absence de force mécanique est le principal avantage de l'électroérosion par étincelage par rapport aux autres solutions.
Usinage des angles internes
Les angles vifs internes sont parmi les plus difficiles à réaliser sur des pièces. Pourtant, en électroérosion, cela est possible grâce à une combinaison adéquate de tension et de type de fil. Le fabricant n'a qu'à appliquer les paramètres d'avance appropriés.
Coins intérieurs
Gravure sur matériaux durs
L'obtention d'une gravure uniforme représente un défi constant, mais l'usinage par électroérosion (EDM) constitue une solution efficace. D'autres procédés donnent des résultats variables selon le type de matériau et la force mécanique appliquée. L'usinage par électroérosion n'est pas limité par de tels facteurs car la méthode repose sur les concepts d'énergie électrique et d'énergie thermique.
Perçage de petits trous
Forage de trous EDM
L'usinage par électroérosion (EDM) pour le perçage de petits trous est très apprécié pour sa précision et son exactitude. On parle d'une tolérance de diamètre aussi faible que +0.0025 mm et d'une tolérance de rectitude aussi faible que +0.025 mm.
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Quelle est la différence entre le CNC et l'EDM ?
Les procédés d'usinage CNC et d'électroérosion présentent des différences en termes de coût, de précision des tolérances, de finition de surface et de profondeur de coupe.
Parlons brièvement du EDM vs CNC Comparaison ci-dessous :
Coût de traitement plus élevé de l'électroérosion
La vitesse d'usinage plus lente et la consommation d'énergie plus élevée contribuent à un coût global de processus plus élevé pour l'électroérosion par rapport aux méthodes traditionnelles. Services d'usinage CNC.
EDM pour des tolérances plus serrées
La production de formes complexes est plus efficace avec le procédé EDM car cette méthode permet d'obtenir des tolérances plus serrées.
Finition de surface supérieure de l'électroérosion
L'électroérosion (EDM) est plus performante pour obtenir des états de surface de haute qualité, adaptés aux applications critiques des secteurs aérospatial et médical. Par exemple, l'électroérosion à fil permet d'atteindre une rugosité Ra de 0.1 µm, rendant inutile toute finition supplémentaire.
Cela rend le processus préférable à usinage CNC complexe en micro-usinage pour l'assemblage et la conformité des performances.
Des coupes plus profondes et plus étroites de l'EDM
L'usinage par électroérosion est préférable pour les découpes plus profondes et plus étroites en raison de ses tolérances plus serrées et du fait qu'il ne génère pas de contraintes mécaniques.
Lectures complémentaires sur les comparaisons :
En conclusion
L'usinage par électroérosion (EDM) répond aux exigences d'usinage de pièces complexes, petites et en matériaux durs. Si l'usinage par commande numérique conventionnelle est impossible, les différents types d'usinage par électroérosion constituent très probablement la solution.
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