Procédé d’usinage de pièces métalliques de très grande dureté par une succession extrêmement rapide de décharges électriques de très courte durée que l’on fait jaillir entre la pièce à usiner et une électrode outil.
Historique
L’usure d’électrodes métalliques par action de décharges électriques avait déjà été décrite vers 1762 par Joseph Priestley, et, au début du xxe s., ce phénomène était utilisé pour produire des suspensions colloïdales de certains métaux. Sur ce principe ont été construits d’abord des appareils très rudimentaires appelés désintégrateurs, destinés à extraire des outils (forets, tarauds, alésoirs, etc.) cassés en cours d’usinage de pièces mécaniques. Ces désintégrateurs étaient essentiellement constitués par une électrode creuse en cuivre, maintenue par un vibreur et reliée au secondaire d’un transformateur abaisseur de tension.
En 1942, ce phénomène a été utilisé pour la première fois comme technique d’usinage par les chercheurs russes B. et J. Lazarenko. Ceux-ci eurent l’idée de mettre au point une machine plus élaborée qu’un simple désintégrateur, comportant notamment un circuit de décharge oscillant, à résistance, inductance et capacité (RLC). La possibilité d’usiner des matériaux conducteurs de très grande dureté (carbures métalliques, stellites, aciers réfractaires, aciers trempés, etc.), avec des électrodes peu dures et elles-mêmes faciles à usiner (cuivre, laiton, graphite, etc.), et aussi la possibilité de reproduire directement des formes à trois dimensions expliquent l’intérêt considérable que l’industrie a porté à ce procédé, dès sa découverte.
Principe
La pièce à usiner est reliée à l’un des pôles d’un générateur d’impulsions de courant, polarisées, dont la tension maximale de sortie à vide est généralement inférieure à 100 V. L’électrode outil, réalisée en matériaux bons conducteurs de la chaleur et de l’électricité, est reliée à l’autre pôle. De plus, cette électrode outil est fixée dans un servomécanisme, mécanique ou hydraulique, pour être maintenue à une distance constante de la pièce à usiner, qui varie de 0,02 à 0,8 mm environ, suivant le régime d’usinage. Compte tenu de la très faible distance entre l’outil et la pièce à usiner, le servomécanisme est construit comme servomécanisme de position, mais en fait le signal d’entrée est soit la différence de potentiel aux électrodes, soit l’intensité moyenne du courant dans le circuit de décharge. Si la moyenne de cette différence de potentiel est trop grande ou si l’intensité moyenne dans le circuit de décharge est nulle ou trop faible, c’est que les décharges ne se produisent pratiquement plus, et le servomécanisme rapproche l’outil de la pièce. Inversement, si la moyenne de cette différence de potentiel est trop faible ou si l’intensité moyenne du courant dans le circuit de décharge est trop grande, il y a court-circuit entre les électrodes, et le servomécanisme écarte l’outil de la pièce.
L’ensemble électrode-pièce et électrode outil est immergé dans un liquide diélectrique, et, sous l’action d’une succession très rapprochée de décharges électriques polarisées ultra-rapides, produites localement dans les zones les plus rapprochées des électrodes en présence, l’électrode outil pénètre progressivement dans la pièce, indépendamment de la dureté du matériau travaillé. La forme de l’électrode est reproduite en creux dans la pièce façonnée, et l’on retrouve la matière enlevée à l’état de petites sphérules en suspension dans le liquide diélectrique. Pour éliminer ces sphérules et éviter que leur présence ne perturbe les caractéristiques des décharges entre les électrodes, le liquide diélectrique est envoyé, par une pompe de circulation, dans un ensemble de filtres très fins. L’électrode outil est presque toujours creuse, et le liquide diélectrique est soit refoulé par cette électrode dans la zone d’usinage, soit aspiré de cette zone d’usinage vers les filtres. Cette circulation forcée du liquide diélectrique dans la zone d’usinage contribue à une évacuation rapide et efficace des sphérules produites. En travaillant avec un liquide propre dans la zone d’usinage, on obtient la vitesse d’usinage la plus grande pour une usure relative de l’électrode outil la plus faible, compte tenu du régime d’usinage utilisé.
La polarité des électrodes dépend du type de générateur utilisé et des matériaux constituant la pièce à usiner et l’électrode outil.
Nature des électrodes
La substance idéale pour les électrodes devrait joindre à la cadence d’érosion maximale (pour un régime d’usinage donné) un minimum d’usure, un faible coût, une bonne résistance mécanique et la possibilité d’être aisément façonnée avec précision aux formes et aux dimensions requises. L’usure de l’électrode est d’autant plus faible que le matériau utilisé a un coefficient de conductivité et une température de fusion élevés. Aussi utilise-t-on des électrodes frittées en cuivre et en tungstène, ou en cuivre et en graphite.
Le cuivre, utilisé dès le début, est encore très répandu en raison de son excellente conductivité pour le travail d’ébauche à grand débit.
Le laiton, qui lui avait été préféré en raison de ses facilités d’usinage précis, tend à être remplacé par des alliages qui joignent des facilités d’usinage égales ou supérieures à une meilleure conductibilité électrique et calorifique, ainsi qu’à une température de fusion également plus élevée.
