EDM à fil : guide essentiel sur le processus, les avantages et les applications

« L'usinage par électroérosion à fil utilise un fil chargé électriquement pour façonner parfaitement des pièces très détaillées avec une précision extrême. Cette méthode est exceptionnelle pour les matériaux à haute résistance et les tolérances serrées. »

L'usinage par électroérosion (EDM) est un procédé de micro-usinage dans lequel des étincelles électriques érodent le matériau de la pièce. Ce procédé est mieux connu sous le nom d'usinage par étincelles car des étincelles sont produites entre deux électrodes pendant la découpe et le façonnage du métal. L'une des sous-catégories de l'EDM est l'EDM à fil, dans laquelle un fil métallique fin, généralement en laiton ou en cuivre, est utilisé comme électrode-outil pour couper le métal. En général, le fil est utilisé comme une hélice et son diamètre peut varier de 0.004 pouce à 0.10 mm à 0.30 mm de largeur. Il est alimenté en continu entre deux bobines pour reconstituer la section active afin qu'elle ne s'use pas rapidement. De l'eau déionisée est utilisée pour conduire l'électricité et éviter la formation de rouille. Comme le fil se déplace le long d'un chemin prédéterminé, il permet un contournage ou une découpe très précis de la pièce.

Composants d'une machine d'électroérosion à fil

Usinage par électroérosion à fil

Wire technologie d'électroérosion comprend différentes pièces qui permettent à la machine de couper les matériaux avec précision. Vous trouverez ci-dessous les composants essentiels de la machine :

1. Outils CNC 

Les outils CNC sont généralement utilisés pour contrôler l'ensemble du processus d'usinage EDM. Ces outils déterminent le flux de guidage du fil pour la découpe. Le type d'outils CNC utilisé est inversement proportionnel au temps d'usinage et la tolérance aux erreurs devient un problème important. 

2. Alimentation 

L'unité d'alimentation génère généralement des impulsions électriques de 100 à 300 V pour le fil-électrode et la pièce. Elle contrôle la vitesse et l'amplitude des impulsions électriques pour améliorer leur contact.  

3. Électrodes en fil

Le fil est l'électrode qui produit la décharge électrique nécessaire à l'usinage. Le diamètre du fil varie généralement de 0 à 05 mm, et cela dépend de la forme et de l'épaisseur de la pièce à usiner. Les types de fils couramment utilisés sont les suivants :

• Fils de laiton : Ces alliages de cuivre-zinc sont principalement préférés pour leur conductivité électrique et sont appelés fils de laiton. La vitesse de coupe du fil augmente avec l'augmentation de la teneur en zinc, mais elle doit être contrôlée car une teneur élevée en zinc diminue la résistance à la corrosion. 
• Fils zingués : Ces fils possèdent une couche extérieure de zinc ou d'oxyde de zinc, augmentant la vitesse d'usinage. 
• Fils recuits par diffusion : Ces fils sont fabriqués lorsque la proportion de zinc est supérieure à 40 %. Il s'applique également à la production en série car il améliore les caractéristiques d'usinage des fils sur différents matériaux. 

4. Milieu diélectrique 

Dans le procédé d'électroérosion à fil, le fluide diélectrique, généralement de l'eau déionisée, circule dans le réservoir. Il évite également les dépôts sur le fil-électrode et refroidit le procédé, ce qui confère à la pièce une finition de surface lisse. 

5. Électrodes 

Dans une machine d'électroérosion à fil, le fil fait office de cathode et la pièce à usiner fait office d'anode, les électrodes de la machine d'électroérosion à fil étant le fil et la pièce à usiner. Un servomoteur régule l'électrode à fil pour qu'elle ne touche pas la pièce à usiner et assure une bonne qualité d'usinage.

Qu'est-ce que l'électroérosion à fil et comment fonctionne-t-elle ?

Dans l' Procédé d'électroérosion à fil, le matériau est coupé et retiré avec précision d'une pièce en générant des décharges électriques entre une électrode à fil fin et le matériau conducteur. Divisons le processus en quelques étapes ;

Processus d'enlèvement de matière : 

L'électroérosion à fil utilise des étincelles électriques sous la forme d'une fine électrode en fil et d'un matériau conducteur pour retirer la matière de la pièce. Les étincelles usent le matériau, c'est pourquoi cette technique est adaptée aux matériaux rigides et conducteurs. 

Fluide diélectrique

Le procédé d'électroérosion à fil utilise un fluide non conducteur appelé diélectrique. Ce fluide permet d'isoler le fil de la pièce à usiner afin qu'il n'entre pas en contact avec elle et aide également à éliminer les débris pour assurer un processus de coupe fluide et continu. 

Démarrage du processus

L'électroérosion à fil commence par la réalisation d'un petit trou ou d'une fente dans la pièce à usiner à partir du bord. Le fil ne touche pas le matériau ; l'opération utilise des étincelles électriques pour façonner la pièce. 

Mouvement et effilage du fil

Le fil EDM peut être alimenté dans n'importe quelle direction pendant l'opération, ce qui permet de créer des cônes ou des épaisseurs différentes sur différentes surfaces. Cette flexibilité est impérative pour assurer la précision de la fabrication de pièces complexes. 

Couper et écrémer

La découpe par fil EDM peut se faire en une ou deux passes, selon le type de passe. La première passe est la passe d'ébauche, tandis que la seconde est la passe de finition. Le fil place généralement le matériau en un seul passage et élimine la pièce en excès. L'écrémage permet d'établir les dimensions et les contours finaux et de planifier la surface. 

Décharges électriques et ionisation

Des décharges électriques pulsées à basse tension sont utilisées entre l'électrode négative et la pièce positive. Cela entraîne le mouvement des électrons, créant un courant électrique qui ionise l'eau déionisée, créant ainsi un canal plasma pour la découpe. 

 Production de chaleur

Le courant électrique génère des températures d'environ 10,000 XNUMX °C et fait fondre et vaporiser le matériau en contact avec le fil. Le fluide diélectrique élimine ensuite le matériau fondu, créant ainsi une coupe nette dans le matériau. 

Précision et tolérances

En raison de la sensibilité du processus, des vitesses plus lentes et des augmentations de puissance peuvent entraîner une erreur allant jusqu'à +/- 0.0002 pouce. Les coupes peuvent être plus précises à des vitesses plus élevées, avec des tolérances d'environ +/- 0.001 pouce. 

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EDM vs. EDM par fil

GED et Coupe de fil ce sont des procédés d’usinage non traditionnels, mais ils fonctionnent différemment et sont utilisés différemment.  

EDM opère L'usinage par électroérosion est réalisé à l'aide d'une électrode, généralement en cuivre ou en graphite, qui est utilisée pour découper le matériau de la pièce afin de former les cavités tridimensionnelles. L'électrode est ensuite découpée pour obtenir le produit final, puis d'autres processus de découpe et de façonnage conventionnels sont effectués. Dans le processus d'électroérosion, l'électrode à étincelle fonctionne également par pulsation, ce qui permet de refroidir et de nettoyer la zone de travail des débris. La précision de l'électroérosion dépend donc principalement de la précision de l'électrode à usiner. La force de cette méthode réside dans la production de formes complexes dans des moules et des outils de moulage sous pression et convient aux matériaux pré-durcis. Cette capacité permet de minimiser les traitements et les coûts après usinage et d'éviter la déformation des outils trempés. 

L'électroérosion à fil L'EDM utilise un fil mince et alimenté en continu comme électrode et convient à la découpe bidimensionnelle. L'EDM classique est idéale pour créer une cavité 3D, tandis que l'EDM à fil est idéale pour créer des profils 2D. Il est largement utilisé pour fabriquer des outils d'extrusion et des ensembles poinçon/matrice. Ce procédé est particulièrement utile lorsqu'un niveau élevé de précision est nécessaire, comme dans les applications aérospatiales ou militaires, et il peut également bien fonctionner sur des matériaux rigides avec une grande précision.

EDM à fil ou EDM à plomb 

Cette section traitera des différences entre l'électroérosion par enfonçage et l'électroérosion par fil. 

EDM de lest

EDM de lest 

L'électroérosion par enfonçage est un procédé efficace pour réaliser des cavités dans une pièce. Dans cette méthode, l'outil ou l'électrode utilisé est en graphite, en cuivre ou en tungstène et est construit dans une forme positive de la cavité à produire. L'outil est ensuite lentement abaissé dans la pièce, retirant le matériau pour créer la cavité. Dans le même temps, l'écartement des étincelles est maintenu constant. L'électroérosion par enfonçage est utilisée dans la fabrication de moules, de matrices et de composants avec des angles internes vifs et des nervures profondes dans des matériaux durs comme l'acier à outils. Le procédé est bénéfique pour produire des formes complexes qui ne peuvent pas être facilement générées par usinage conventionnel. 

EDM de fil

EDM de fil 

L'électroérosion à fil ou découpage au fil est un procédé dans lequel un fil fin est utilisé comme électrode pour couper des matériaux durs avec une grande précision. Dans l'électroérosion par enfonçage, des cavités sont formées, mais dans l'électroérosion à fil, la coupe se fait directement à travers la pièce. Le fil, généralement en laiton, est façonné à l'aide de guides diamantés contrôlés par ordinateur à commande numérique qui glissent le long des axes X et Y pour façonner la pièce sans entrer en contact avec elle. Le fluide diélectrique est de l'eau déionisée, qui refroidit le processus et élimine le matériau érodé. L'électroérosion à fil convient à la fabrication de pièces de haute précision, de plaques de grande épaisseur et de composants nécessitant une finition de surface fine, tels que les composants automobiles et aérospatiaux, les poinçons et les matrices d'extrusion.

Quelle est la précision de l'électroérosion à fil ?

Pièce usinée par électroérosion à fil de précision

Les machines d'électroérosion à fil sont des machines précises et peuvent fonctionner avec une précision allant jusqu'à 0.0025 mm. Les finitions de surface peuvent atteindre 1.5 Ra, en particulier lors de l'utilisation de techniques multipasses et de paramètres particuliers. Au fur et à mesure que la machine avance le long du chemin de coupe, une fente est créée et continue, dont la largeur est théoriquement égale au diamètre du fil plus deux fois l'éclateur. Cependant, dans la pratique, elle peut être plus importante en raison des étincelles produites entre le fil et la surface de la pièce. La largeur exacte de la fente peut être déduite des formules fournies par le fabricant de la machine et doit être notée au moment de la découpe au fil. 

L'électroérosion à fil étant un procédé thermique, il est possible qu'une zone affectée par la chaleur et une couche de refonte se forment sur la pièce. Pour préserver la qualité du produit final, cette couche de refonte doit généralement être éliminée par d'autres procédés secondaires. Cependant, l'électroérosion à fil est plus efficace lorsque la forme de la pièce est complexe et que la tolérance de taille est faible, ce qui est très difficile à obtenir avec d'autres méthodes d'usinage conventionnelles.

Avantages et inconvénients de l'électroérosion à fil 

Comme toute autre méthode, l'EDM présente des avantages et des inconvénients. Par conséquent, voici les avantages et les inconvénients de l'EDM à fil. 

Avantages: 

• L'électroérosion à fil ne se limite pas aux matériaux durs ; elle peut être utilisée sur des matériaux relativement plus mous sans déformer leur forme puisque l'électroérosion à fil ne touche pas le matériau. 
• La plupart des machines d'électroérosion à fil ne nécessitent pas de réenfilage du fil ; elles sont auto-filetantes, de sorte que la coupe peut continuer dès que le fil a été cassé et réenfilé. 
• Il peut également créer des formes et des motifs difficiles à développer avec les méthodes conventionnelles d'élimination de matière. 
• L'électroérosion à fil offre également une meilleure finition de surface des pièces que de nombreux autres procédés et est très précise. 
• Contrairement aux machines conventionnelles, les systèmes d'électroérosion à fil nécessitent peu de montage, ce qui les rend plus faciles à installer. 

Inconvénients:  

• Malgré l'amélioration des technologies telles que la CNC et l'AWT qui ont contribué à augmenter le taux de production, l'électroérosion à fil est relativement plus lente que les autres méthodes d'usinage. 
• Cette technique ne s'applique qu'aux matériaux conducteurs, son nombre d'applications est donc limité. 
• Les machines d'électroérosion à fil sont faciles à utiliser mais nécessitent plus d'attention que les autres machines de la même catégorie. De plus, le coût des consommables peut être élevé et un personnel plus qualifié peut être nécessaire pour faire fonctionner ces machines.

Matériaux qu'une machine d'électroérosion à fil peut couper ?

Les machines d'électroérosion à fil sont très flexibles car elles peuvent être utilisées pour réaliser des formes et des motifs complexes sur le matériau de la pièce, en particulier à l'intérieur de matériaux électroconducteurs. Elles conviennent aux matériaux durs et mous et sont donc utilisées dans divers domaines, notamment les industries textile, automobile et aérospatiale. Voici quelques matériaux courants qui peuvent être découpés à l'aide d'une machine d'électroérosion à fil :

Aluminium 

L'aluminium se caractérise également par une conductivité thermique et électrique élevée. Néanmoins, en raison de sa souplesse inhérente, la découpe de l'aluminium par électroérosion à fil peut s'avérer difficile car elle peut entraîner un état gommeux sur la pièce après l'usinage. 

Titane 

L'électroérosion à fil est particulièrement adaptée à la découpe du titane, car le procédé permet de gérer l'adhérence du matériau et de contrôler la formation de copeaux longs. Il utilise de l'eau déionisée comme milieu diélectrique, ce qui permet de maintenir la chaleur produite pendant le processus d'usinage. 

Acier 

L'électroérosion à fil est couramment utilisée avec l'acier, ce qui est plus adapté que l'usinage CNC. Cependant, en raison des températures élevées impliquées dans le processus, des mesures supplémentaires doivent être prises pour améliorer son efficacité. 

Laiton 

Le laiton, un matériau à haute résistance à la traction, est relativement facile à couper à l'aide de l'électroérosion à fil. Cependant, le laiton étant plus mou, la vitesse de coupe doit être réduite pour éviter les problèmes tels que celui décrit ci-dessus. 

Graphite 

Le graphite n'est pas compatible avec la plupart des outils de coupe conventionnels, mais il est compatible avec le procédé d'électroérosion à fil. Le fil-électrode est tranchant pour minimiser l'arrachement des particules ; ainsi, le matériau présente une coupe nette.  

Découpe par électroérosion à fil et électroérosion conventionnelle : une comparaison 

Un EDM à fil est une version avancée de l'EDM traditionnel, partageant un concept opérationnel similaire mais différant sur plusieurs aspects clés : 

Électrode 

L'électroérosion à fil utilise un fil chauffé comme électrode, tandis que les électrodes EDM conventionnelles sont constituées de matériaux hautement conducteurs tels que le graphite ou le cuivre. Ces électrodes sont disponibles sous différentes formes et tailles, déterminant la qualité de la coupe. Par exemple, une électrode ronde donne la meilleure finition de surface et est suivie par des électrodes carrées, triangulaires et en forme de losange. L'électrode EDM conventionnelle crée une cavité avec une réplique négative de la pièce à usiner sur la surface de l'électrode.  

Vitesse d'usinage 

L'électroérosion traditionnelle implique l'utilisation d'électrodes de différentes géométries ; les électrodes doivent être conçues et modélisées avant le processus d'usinage, ce qui prend beaucoup de temps. En revanche, l'électroérosion à fil est immédiatement prête à l'emploi une fois le fil inséré et convient donc aux applications qui doivent être réalisées le plus rapidement possible. 

Précision 

Grâce à son fil-électrode, l'électroérosion à fil est plus précise que l'électroérosion conventionnelle, ce qui permet des coupes de 0.004 pouce. Cette précision rend l'électroérosion à fil idéale pour créer des formes plus complexes que l'électroérosion conventionnelle pour des coupes moins détaillées.  

Applications de l'électroérosion à fil

L'électroérosion à fil est largement applicable car elle est efficace sur les matériaux ferreux et non ferreux et est utilisée dans de nombreuses industries. Elle peut fonctionner sur des pièces de grande et de petite taille, tandis que l'électroérosion conventionnelle est plus adaptée aux matériaux plus complexes et plus épais, car l'épaisseur du fil dans l'électroérosion à fil peut poser problème. L'électroérosion à fil est utilisée dans presque tous les domaines pour le prototypage et la production à petite et grande échelle. De brèves descriptions de certaines des principales industries qui bénéficient de cette méthode d'usinage précise sont présentées ci-dessous. 

Industrie automobile 

Les pièces automobiles sont généralement de forme et de taille irrégulières et fabriquées à partir de matériaux durs. L'électroérosion à fil est utilisée dans cette industrie car il ne s'agit pas d'une technologie basée sur la force et le fil-électrode n'a pas besoin d'être plus résistant que le matériau à couper. Ce procédé est optimal pour réaliser des trous, des cavités et d'autres éléments sur les composants automobiles, tels que les pare-chocs, les tableaux de bord et les portes. 

Industrie médicale 

L'électroérosion à fil est utilisée dans l'industrie médicale car des pièces complexes doivent être produites avec une tolérance élevée. Cette précision est importante dans toutes les branches de la médecine, y compris l'optométrie et la dentisterie. EDM médical L'usinage permet de fabriquer des produits médicaux rigoureux, y compris les éléments mineurs des implants dentaires et des pièces de seringues, sans affecter la résistance des métaux. 

Industrie aérospaciale 

L'électroérosion à fil est indispensable dans l'aéronautique car les pièces nécessitent une grande précision et une finition de surface élevée. Cette méthode est principalement utilisée pour couper des pièces qui ne peuvent pas résister à la chaleur et aux contraintes, caractéristiques de l'usinage conventionnel. L'électroérosion à fil a été appliquée dans l'industrie aéronautique pour fabriquer des articles tels que des moteurs, des pales de turbine et des pièces de train d'atterrissage avec une fiabilité et une précision élevées.

Comment fonctionne l'EDM à petits trous ? 

perçage de trous EDM est une sous-catégorie de la technologie EDM. Cette méthode utilise une petite électrode tubulaire qui peut mesurer une tolérance de 0.010″. Les électrodes utilisées sont cylindriques avec un diamètre compris entre 0.25 mm et 0.3 mm et tournent sur une broche similaire à un foret d'une perceuse ordinaire. Également appelée perceuse EDM, cette électrode est chargée électriquement par un générateur servocommandé qui génère des étincelles. 

Un fluide diélectrique à base d'eau circule à travers et autour de l'électrode rotative pendant l'usinage par électroérosion par perçage. Ce fluide fournit un environnement contrôlé à travers lequel les minuscules étincelles générées peuvent rapidement passer de l'électrode à la pièce. Lorsque les étincelles frappent la pièce, elles provoquent l'usure de la surface et la formation de petites poches. Progressivement, des millions de ces petites poches se rejoignent pour former les petits trous précis nécessaires à la conception. 

Le diamètre de l'électrode et les réglages de puissance permettent de contrôler efficacement la taille du trou, garantissant ainsi une grande précision. Les codes ISO CNC identifient la position et la profondeur exactes de chaque trou, éliminant ainsi les erreurs induites par l'opérateur. 

Les machines EDM de la Tech Proléan Les plateformes sont équipées de changeurs d'électrodes automatiques, qui permettent un usinage ininterrompu et augmentent l'efficacité et la précision. Contactez-nous dès maintenant pour en savoir plus sur nos services d'électroérosion à fil et demandez un devis.