électro-érosion (suite)

Les corps frittés en tungstène-cuivre ont l’inconvénient d’être chers. Il existe un matériau appelé Sparkal X, spécialement mis au point pour l’usinage par électro-érosion. C’est un corps fritté en cuivre-carbone susceptible d’être forgé, laminé, étiré, etc. Son isotropie et sa finesse de grain permettent des usinages précis avec un très bel état de surface. Le mélange des grains de cuivre, qui favorisent la conduction du courant électrique et assurent l’élimination des calories, avec les grains de graphite, qui, très réfractaires, résistent aux échauffements superficiels, confère à l’électrode un rendement comparable à celui que l’on obtiendrait avec du cuivre, mais avec une usure moindre.

Les électrodes utilisées en régime d’ébauche ont toujours des dimensions légèrement plus petites que celles des électrodes de finition. Cette réduction de section est obtenue par attaque chimique.

Liquides diélectriques

L’usinage par électro-érosion s’effectue en immersion dans un liquide diélectrique généralement formé par un mélange d’hydrocarbures avec différents additifs, notamment pour diminuer la viscosité et améliorer la mouillabilité. Ce liquide doit être sans action chimique sur les matériaux travaillés et, le plus souvent, il est antirouille. Son rôle est multiple. Il assure une certaine rigidité diélectrique entre les électrodes. Par son inertie mécanique, il comprime la phase gazeuse au moment de la décharge et localise l’action de celle-ci. Après chaque décharge, il assure aussi le refroidissement rapide des taches cathodiques et anodiques précédemment formées sur les électrodes et favorise la désionisation rapide du plasma de l’arc, afin de permettre une grande fréquence de répétition des décharges tout en évitant l’arc continu. Il assure aussi l’évacuation des microcopeaux produits.

Nature de la décharge

Les décharges polarisées produites par le générateur d’impulsions correspondent à une succession d’arcs interrompus de très courte durée, de tension inférieure à 20 V et d’intensité comprise entre 15 et 1 000 A. Suivant le type de machine utilisé et le régime affiché, la durée de ces décharges varie approximativement de 1 à 1 000 μs, et leur fréquence de répétition est de 100 à 1 000 impulsions par seconde environ. En première approximation, la durée qui sépare deux impulsions successives varie de 0,1 à 100 fois la durée d’une impulsion. Ce temps doit être suffisamment long pour désioniser le plasma (phase gazeuse ionisée) résultant de la décharge et refroidir les taches anodiques produites sur les électrodes. La pièce usinée reste froide dans son ensemble, et l’usinage n’entraîne pas la formation de tensions internes.

Dans la zone de la décharge, la distance entre les électrodes est de l’ordre de grandeur du libre parcours moyen des électrons dans le plasma produit. Dans les machines équipées de générateurs dits à relaxation, l’arc s’amorce soit par sublimation explosive d’une petite zone de contact, soit par émission froide d’électrons à l’extrémité de la protubérance de la cathode qui se trouve être la plus proche de la surface de l’anode. Les électrons ainsi extraits viennent frapper l’anode avec une énergie cinétique qui, exprimée en électrons-volts, est égale à la différence de potentiel entre les électrodes. Il en résulte une vaporisation locale de l’anode et une ionisation partielle des atomes libérés. Ceux-ci sont attirés par la cathode pour former la tache cathodique, qui permet, par effet tunnel, l’extraction d’autres électrons sans qu’il soit nécessaire que le champ électrique moyen, à l’avant de la cathode, soit égal au champ électrique nécessaire pour extraire les électrons par émission froide. La durée de cette période transitoire d’amorçage de l’arc est inférieure à 10^–9 s.

La densité de courant dans la décharge par arc court est supérieure à 10⁶ A/cm². Une aussi grande densité de courant ne peut s’expliquer par émission de champ, car la valeur moyenne du champ électrique n’est pas suffisante. On est ainsi amené à supposer que les électrons sortent de la cathode par une succession d’effets tunnel en passant par les trous de potentiel produits par les ions positifs. La mobilité des électrons dans le plasma étant beaucoup plus grande que celle des ions positifs, leur vitesse l’est aussi, et il passe environ 10 fois plus d’électrons de la cathode à l’anode qu’il ne passe d’ions positifs dans le sens inverse. Compte tenu de l’énergie nécessaire pour ioniser de nouveaux atomes à l’avant de l’anode (1 électron sur 10), l’énergie apportée à l’anode représente environ 8/10 de l’énergie totale dissipée dans la décharge. Cette énergie explique l’enlèvement de matière de l’anode par vaporisation et projection de gouttelettes hors du cratère formé.

La cathode reçoit environ 15 p. 100 de cette énergie, le reste étant transmis directement au liquide diélectrique. Si la décharge est de courte durée, on peut arriver à vaporiser le métal de la tache anodique sans que le métal de la tache cathodique atteigne la température de fusion. C’est le cas des régimes de finition des générateurs à relaxation, pour lesquels l’électrode ne s’use pas. Si les décharges sont plus longues, la cathode s’échauffe sous l’influence des 15 p. 100 d’énergie qu’elle reçoit des corpuscules, mais aussi sous l’influence du rayonnement thermique venant de la tache anodique. C’est le cas des régimes d’ébauche en relaxation, pour lesquels l’usure de l’électrode outil n’est pas négligeable.

Possibilités

En principe, on peut, par électro-érosion, dans tous les matériaux métalliques, effectuer des découpages, des perçages, des forages, des fraisages, des tronçonnages, des tournages, des alésages, etc. Mais l’intérêt pratique de la méthode se limite au façonnage des carbures métalliques, des stellites, des aciers trempés, des superalliages, des aciers réfractaires et, d’une façon générale, de tous les corps conducteurs difficiles ou impossibles à usiner par les méthodes conventionnelles.