Brevet FR2304437A1 — publié le 19761015

L'invention concerne un procédé pour l'usinage électrochimique de metal, en particulier pour creuser électrochimiquement des aciers ferritiques, au moyen d'un courant continu que l'on applique entre la pièce et l'outil quij-form;ent les électrodes , et entre lesquels un électrolytes de préféreince Nain?3, assure la conduction du courant. Dans de nombreuses publicwtions,;on a déjà émis l'idée de l'exigence d'une tension la plus uniforme possible pour les operations d'usinage électrochimique. Les courants alternatifs redresses, tels qu'on peut les obtenir avec les générateurs courants ECM (utilisés dans les traitements électrochimiques des métaux), commandés par thyristors , présentent une certaine ondulation résiduelle qui se modifie en fonction de la puissance absorbée. Toutefois cette ondulation ne dépasse pas , au régime maximal du générateur, une valeur d'environ 4 à 5 %, et peut titre considérée en gé néral comme négligeable. Par ondulation, on comprend ici le rapport entre la valeur effective de la tension alternative superposée et la moyenne arithmétique de la tension continue. On connatt , d'après le DT-PS 2 144 735, un procédé pour marquer des pièces métalliques au moyen de courant continu, dans lequel on fait passer entre les électrodes, avant le traitement en courant continu, pendant une courte durée, une faible tension alternative. Cette tension alternative sert à éliminer une couche de matière grasse qui pourrait se trouver éventuellement sur la surface de la pièce que lton se propose d'usiner, l'usinage électrochimique du métal proprement dit se faisant au moyen de courant continu.Si l'on applique une tension alternative sur les électrodes, on constate qu'il se produit rapidement un enlèvement qui, toutefois, ne progresse pas en profondeur, mais bien en largeur, de sorte qu'il n'est que dificilement possible d'obtenir un usinage défini ; Pour le reste, l'usinage en courant alternatif ne donne pas satisfaction, car on perd alors l'avantage le plus décisif du procédé électrochiií.ique, à savoir qu'il ne se produit aucune usure d'outil. L'invention a pour objet un procédé pour l'usinage électrochimique du métal qui soit amélioré par rapport aux procédées anciens au point de vue de ltéconomie et/ou de la qualité des résultats de l'ope'ration. En particulier, on s'est efforcé d'obtenir une malioration de ltéconomie en ce qui concerne la consommation d'éner- gie et une amélioration de la qualité des surfaces. A cet effet, l'invention propose de faire passer, entre les électrodes, une tension continue ondulée. On a pu cons tater, qu'en particulier quand on creuse électrochimiquement des aciers feriitiques, on obtient une notable amélioration de la capacité dtenlèvenent et-de la qualité de surface. L'ondulation de la tension d'usinage doit se situwsL au-;dessus de 20 % environ ; une tension d'usinage dont l'ondulation est d'environ 5% peut être encore considérée comme uniforme dans 1cs conditions de travail qui règnent dans l'usinage électrochimique des métaux, et n'a aucun effet notable sur les capicités d'en ivenrent et sur la qualité de surface. En ce qui concerne la fré encre des impulsions de la tension d'usinage, on obtiendra de bons résultats avec des fréquences se situant entre 5 et 300 Hz. Il peut être avantageux ici de pouvoir modifier l'ondulation et/ou la fréquence des impulsions de la tension d'-usinage pendant lopération d'usinage. Si les courants d'usinage sont très élevés, en particulier, le réglage ou la régulation du courant de travail entrain des dépenses et difficultés importantes, ce pour quoi il y a avantage à ne fournir la tension continue ondulée que pendant la phase finale de l'opération d'usinage, afin de lisser la surface ; on a constaté que des durées d'usinage de 1,5 à 3 secondes environ avec le courant continu ondulé suffisent pour assurer la qualité de la surface. D'autres particularités et modes de réalisation avan gazeux de l'invention sont exposés plus en détail dans ce qui suit. Le générateur ECM, utilisé pour préparer la tension continue destinée à l'usinage, est un générateur commandé par thyristors avec un transformateur à couplage en double étoile comportant une bobine égalisatrice, tel que celui décrit, par exemple, dans le DT-PS 2 100 415. A pleine charge, ce générateur présente une ondulation d'environ 4 à 5 %. Cette tension, ou le courant passant entre les électrodes d'usinage, peut être considéré comme uniforme dans l'emploi des générateurs ECM. Dans le procédé suivant l'invention, on utilise, a l'opposé de cette tension d'usinage uniforme que l'on utilise normalement, une tension continue ondulée, c'est à dire donnant des izapuisions, la fréquence des impulsions pouvant varier entre b et 300 Hz. Pour la préparation des fréquences de 5 à 100 Hz, on effectue la régulation du générateur au moyen d'un générateur de fonctions, c'est à dire que les électrodes de commande des thyristors sont commandées par le générateur de fonctions avec une tension de commande correspondant à 7a tension de sortie à impulsions que l'on désire.On obtient une fréquence d'impulsions de 100 Hz par redressement à deux alternances d'une tension simple du réseau de tension alternative de 50 Hz , une fréquence d'impulsions de 150 Hz par redressement demi-onde d'un courant alternatif triphasé 50 Hz et une fréquence d'impulsions de 300 Hz par redressement à deux alternances d'un courant alternatif triphasé 50 Hz. Quand on règle le générateur de tension continue au moyen d'un générateur de fonctions, on peut règler Umax, Umin, tact et tpause indépendamment l'un de l'autre par l'intermédiaire du générateur de fonctions. U est ici la valeur de tension maximale qui se max produit dans la tension continue pulsatoire ; Umin > la valeur mini- male de tension qui se produit dans cette même tension.Dans le cas limite, il se formera à partir de la tension continue pulsa- toire, une tension sensiblement rectangulaire, pulsatoire, qui pourra varier entre Umin = zéro et Umax. La symbole tact signifie ici la durée pendant laquelle la tension rectangulaire apparaît à la sortie du générateur, et tpause la durée pendant laquelle la tension d'usinage est à Umin Dans la technique, que l'on vient de mentionner, de production de tensions ayant une fréquence de 100, 150 et 300 Hz, on peut faire varier l'ondulation avec Umax et Umin simplement en modulant différemment le générateur dans certaines limites. Dans l'usinage électrochimique des métaux, on obtient en particulier quand on veut pratiquer des creux, avec des différences de pulsation de la tension, toutes autres conditions de travail restant les mêmes, des intensités de courant différentes, et ce dans des conditions telles que, si l'ondulation s'accentue, on obtient la même capacité d'enlèvement avec une quantité de charge plus faible. En d'autres termes, l'utilisation d'une tension continue pulsatoire permet, avec une même consommation de courant une vitesse de pénétration plus grande. Le raccourcissement de la durée de fraisage qui s'en suit contribue à augmenter l'économie du fraisage électrochimique. Le rapport entre la vitesse de pénétration et la densité du courant est linéaire ; par exemple, on obtient avec une densité de courant de 1 A/mm2, avec une tension continue pulsatoire à 150 Hz , et avec une ondulation de 45% , une vitesse de pénétration de 1,8 mm/min, tandis qu'avec la même densité de courant 1 A/mm2 et une tension continue de 20 volts, à peu près uniforme, avec une ondulation de 4 %, la vitesse de pénétration se monte à 1,4 mm/min seulement. Le comportement que l'on vient de décrire se manifeste dans ie volume effectivement enlevé ainsi que dans le rendement du courant. Ainsi, on peut à nouveau, avec une intensité de courant de 1 A/mm, augmenter le volume effectivement enlevé de 1,5 mm /Amin, avec une tension sensiblement uniforme de 20 volts en continu, à un volume enlevé de 1,8 mm /Amin, si au lieu de la tension continue à peu près uniforme, on fournit aux électrodes une tension continue de 150 Hz, 10 volts et une ondulation de 45%. Des rapports correspondants apparaissent dans le rendement du courant, que l'on peut augmenter dans la mdme mesure en utilisant une tension continue ondulée au lieu d'une tension continue uniforme. Le volume enlevé effectif, et par suite le rendement du courant, augmentent encore en plus avec la fréquence des impulsions. On a en outre constaté que la fréquence des pulsions de la tension exerce une influence sur la qualité de la surface. Les surfaces les plus lisses sont obtenues ici avec des fréquences de pulsions supérieures ou égales à 25 Hz. On obtient avec une tension d'usinage ondulée, par rapport à une tension d'usinage uniforme, une amélioration de la qualité de surface, c'est à dire de la profondeur des inégalités Rt et de la valeur moyenne de la rugosité d'environ 200 %. On a constaté cette amélioration avec un acier X15Crl3, mais elle peut aussi, suivant les circonstances, prendre une autre valeur avec un autre acier. Comme des essais l'ont montré d'autre part, la tension minimaleUmin devrait être la plus faible possible. On a obtenu les meilleurs résultats de travail avec des valeurs de la tension Umin inférieures ou égales à 4 volts. Plus Umin est petit, plus élevée sera l'ondulation ; on obtient les meilleurs rapports d'usinage pour Cumin= O. Pour que l'on ne fasse pas monter trop haut la tension maximales pour une tension moyenne donnée, il faudrait d'autre part que le temps de pause t se soit mainte pause nu aussi cpurt que possible. En ce qui concerne le cours, dans le temps de l'établissement d'une surface particulièrement lisse, on a trouvé que cette surface peut être obtenue en une durée très courte d'environ 1,5 à 3 sec. si, toutes autres conditions restant égales, on passe d'une tension uniforme à une tension pulsatoire. Si l'on s'attache au point de vue de la qualité de surface, il suffit en conséquence de donner des pulsions à la tension de travail continue fournie, dans la phase finale de l'opération d'en enlèvement. Cet argument vaut en particulier si les courants électriques sont importants. Il devrait se produire une surface lisse et une augmentation de l'enlèvement de métal par l'action de l'ondu- lation de la tension sur la couche de recouvrement, c'est à dire la couche de passivation qui se forme sur la surface de la pièce (anode) au cours de l'enlèvement électrochimique. Le fait que la surface est plus lisse peut s'expliquer en ce qu'il ne se produit aucune rupture discrète, limitée localement à cette couche de recouvrement provoquée par le courant d'usinage, mais, au contraire, une rupture uniforme , ou une décomposition uniforme de la couche passivée, de sorte que l'enlèvement est sensiblement égal sur toute la surface à usiner, et qu'en conséquence la surface est particulière- ment lisSe. On a constaté qu'on ne peut pas améliorer dans la même mesure, sur tous les aciers, aussi bien le comportement à l'enlèvement que la qualité de la surface au moyen d'une tension continue ondulée. Des résultats généralement bons au point de vue de l'augmentation de la capacité d'enlèvement et de l'amélioration de la qualité de la surface sont obrenus avec des aciers ferritiques, et ce, aussi bien avec des aciers sans alliage qu'avec un acier pour ailettes de turbine (X15Cr13) contenant une proportion de 13 % de chrome et 0,15 % de carbone.Pour l'amélioration de l'enlèvement, il est apparu que l'augmentation de la capacité d'enlèvement apparait spécialement avec les aciers à faible teneur en carbone, alors qu'on constate une nette umIélioration de la surface dans pratiquement tous les aciers ferritiques, ce qui est valable même quand ils sont trempés. Dans la plupart des essais, on a utilisé, comme électrolyte, NaN03. Dans la pratique, on utilise peu les autres électrolytes passivants. En dehors de l'enlèvement électrochimique, les résultats sont aussi améliorée par l'application d'une ten ston continue ondulée pour l'usinage électrochimique de contours, pour l'ébarbage et le marquage électrochimique. On n'a pas poursuivi J'essaims dans ce sens, mais les mêmes lois de dissolution sont vala bles ici, de sorte que l'on peut tabler sur des résultats semblables ou analogues avec ane tension continue ondulée. h Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation ci-desssus décrit et à partir duquel on pourra prévoir d'autres formes et d'autres modes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 / Procédé pour l'usinage électrochimique de métal, en particulier pour creuser électrochimiquewent des aciers ferritiques au moyen de courant continu que l'on fait passer entre la pièce et l'outil formant les électrodes, entre lesquelles un électrolyte, NaNO3 de préférence, assure le passage du courant , procédé carac térisé en ce que l'on fait passer entre les électrodes une tension continue ondulée. 20/ Procédé, suivant la revendication 1, caractérisé 30/ Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la fréquence des impulsions de la tension dl-u- sinage se situe entre 5 Hz et 300 Hz. 40/ Procédé , suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'ondulation et/ou la fré silence des impulsions de la tension d'usinage peut être modifiée pendant l'usinage. 5 / Procédé , suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les valeurs minimale, de la tension continue ondulée sont inférieures ou égales à 4 volts, de préférence de O,volt. 60/ Procédé, suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la tension continue ondulée n'est fournie que pendant la phase finale de l'opération d'usinage pour ren re la surface lisse. 70/ Procédé , suivant la revendication 1, dans lequel la tension d'usinage est fournie par un générateur commandé par thyristor, caractérisé en ce quela commande des thyristors est assurée par un générateur de fonctions qui envoie aux électrodes de commande des thyristors, une tension de commande correspondant à l'allure voulue pour la tension d'usinage. 80/ Procédé, suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'on alimente le générateur, destiné à produire la tension continue d'usinage, au choix avec du courant monophasé ou du courant triphasé que l'on soumet à un redressement demi-onde ou à un redres ement à dcux alternances, dans le but de modifierla fréquence des impulsions de la tension continue. 9 /Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la matière qui constitue l'anode est un acier à faible teneur en carbone.