L' électroérosion ou usinage par décharge électrique (EDM), est un procédé qui consiste à donner forme à une pièce en générant un arc électrique entre la pièce à usiner et une électrode. L'électroérosion est considérée comme un type d'usinage par enlèvement de matière.
Qu'est-ce que l'électroérosion ?
L' électroérosion, ou usinage par décharge électrique, est un type d'usinage par enlèvement de matière qui utilise des étincelles contrôlées avec précision, produites entre l'électrode en graphite (outil) et la pièce à usiner ; ce procédé se déroule en présence d'un fluide diélectrique. Qu'est-ce qu'un fluide diélectrique ? Les fluides diélectriques sont des produits hydrocarbonés hautement raffinés ou synthétiques.
Il faut souligner qu'il ne s'agit pas d'une technique nouvelle : l'électroérosion remonte au XVIIIe siècle, lorsque l'on a découvert que les décharges électriques avaient un effet érosif. Ce n'est qu'en 1943 que des scientifiques soviétiques ont commencé à utiliser l'électroérosion comme procédé d'usinage. Le premier système d' électroérosion était un circuit produisant une succession de décharges entre deux conducteurs séparés l'un de l'autre, à l'aide d'un liquide non conducteur appelé diélectrique.
L'électroérosion peut se définir comme un procédé dans lequel on génère un arc électrique entre la pièce à usiner et une électrode, à l'aide d'un liquide diélectrique, afin de provoquer l' enlèvement de matière ; la pièce et l'électrode doivent être en matériaux conducteurs pour que l'arc électrique, et donc l'enlèvement de matière, puissent se produire.
Contrairement aux autres procédés d' usinage, où l'enlèvement de copeaux est assuré par un outil de coupe, l'électroérosion ne nécessite aucun contact direct. L'électrode enlève la matière excédentaire sans contact physique avec la pièce. C'est là le principal avantage de cette technique : on peut usiner des pièces aux formes complexes impossibles à obtenir avec d'autres techniques.
Principe de fonctionnement
L'électroérosion utilise l' énergie thermique. Grâce à cette énergie, la matière peut être enlevée par l'action de la chaleur. La chaleur est produite par des étincelles formées par le courant électrique qui s'établit entre l'électrode et la pièce. Pour que l'électroérosion fonctionne, certains principes de base doivent être respectés.
Le procédé nécessite une source d'alimentation qui contrôle la durée et l'intensité des décharges électriques ; il faut aussi un mouvement effectué par l'électrode. Pour que les étincelles qui enlèvent la matière puissent se former, l'électrode doit être maintenue à une distance précise de la pièce. Cette distance entre la pièce et l'électrode est appelée surcoupe ou gap ; pour la maintenir, il faut un fluide diélectrique non conducteur. Comme liquide diélectrique, on peut utiliser des paraffines, des huiles minérales ou de l'eau désionisée, selon la machine employée.
Comment se déroule le processus d'électroérosion ?
Le fluide diélectrique joue le rôle d' isolant jusqu'à ce que l'on applique la tension nécessaire pour le transformer en liquide conducteur. En raison des irrégularités de surface de l'électrode et de la pièce, un champ électrique se forme entre les deux. Ce champ apparaît aux points où la pièce et l'électrode sont les plus proches, et la décharge se produit entre ces points. Lorsque ce pont se forme, les électrons et les ions libres accélèrent et forment ce que l'on appelle la colonne ionisée de fluide diélectrique, qui conduit l'électricité. C'est alors que se forment les étincelles qui font entrer les particules en collision.
L'une des phases du processus d'électroérosion est la formation d'une bulle de gaz. Celle-ci fait monter la pression de manière constante jusqu'à créer une zone de plasma. Le plasma est considéré comme le quatrième état de la matière et, en électroérosion, il atteint des températures comprises entre 8 000 et 12 000 degrés Celsius. C'est à ce moment que se produit la vaporisation d'une partie de la matière en surface de la pièce et de l'électrode. Lorsque la bulle de gaz implose, à l'extinction de l'étincelle, le fluide diélectrique se désionise et les températures baissent. La matière se détache alors et forme un nuage dans le liquide diélectrique. Le résultat immédiat est une sorte de cratère à la surface érodée de la pièce.
En refroidissant, le nuage se solidifie en petites particules appelées copeaux d'électroérosion.
Types d'électroérosion
Il existe trois types d'usinage par électroérosion :
- Par enfonçage : l'électrode est montée sur la tête de la machine et reliée au pôle positif d'une alimentation pulsée. La pièce à usiner est reliée au pôle négatif, et un espace se forme entre la pièce et l'électrode.
- Par fil : semblable à l'électroérosion par enfonçage, mais l'électrode est remplacée par un fil consommable, chargé électriquement et piloté par commande numérique.
- Perçage par électroérosion : procédé préalable à l'électroérosion à fil. Il permet de réaliser des trous de petit diamètre et de grande profondeur.