Brevet FR2403159A1 — publié le 19790413

La présente invention concerne le domaine de l'usinage électrophysique des matériaux et a notamment pour objet un procédé d'usinage de métaux-par électroérosion, fondé sur l'utilisation de l'énergie de décharges électriques transformée en chaleur pour la destruction locale des métaux. L'invention peut être appliquée avec une efficacité maximale, en particulier, aux travaux de défonçage avec copiage, trouvant une large application dans la fabrication de pièces de formes compliquées. On connaît déjà des procédés usinage des métaux par électroérosion, consistant ) produire des décharges électriques dans l'essce interélectrode rempli d'un liquide, l'une des électrodes étant l'outil, et l'autre, la pièce à usiner. Dans ces procédés connus d'usinage des métaux par électroérosion, on utilise des étincelles électriques ou des décharges électriques impulsionnelles. Toutefois, ces procédés ont un faible rendement tout en nécessitant de grandes dépenses d'énergie, et les sources d'alimentation en courant d'usinage pour l'obtention des décharges électriques non stationnaires sont d'un coût élevé. Le but de l'invention est de supprimer les inconvénients indiqués. On s'est proposé pour cela de créer un procédé d'usinage des métaux par électroérosion, qui permettrait d'accroitre notablement le rendement du processus et d'abaisser les dépenses d'énergie qu-'il nécessite, tout en réduisant le coût des sources d'alimentation pour la production des-décharges électriquesj ce qu-i assurerait un accroissement de l'efficacité économique de l'ensemble du procédé. La solution consiste en un procédé d'usinage des métaux par électroérosion, suivant lequel on produit une décharge électrique dans un espace interélectrode rempli de liquide, l'une des électrodes étant l'outil, et d'autre, la pièce à usiner, procédé dans lequel, d'après l'invention la décharge électrique utilisée est un arc électrique stationnaire, et le liquide est admis dans l'espace interélectrode sous la forme d'un écoulement forcé qui, en fait, est transversal à l'axe de la colonne dlarc. Dans la présente description, on entend par "arc électri que stationnaire" un arc maintenu en permanence, du type arc de soudage. L'entretien d'un arc stationnaire dans un écoulement de liquide qui lui est transtersal permet d'obtenir un arc dont les paramètres énergétiques (densité du courant, intensité du champ électrique, température et densité massique de la puissance thermique) sont suffisante pour la destruction locale du métal, l'écoulement de liquide assurant en outre une évacuation rapide des produits d'érosion de la zone d'usinage. Lt ensemble de ces facteurs assure un déroulement optimal du procédé d'usinage des métaux par érosion et permet d'accroMt tre fortement son rendement, ainsi que d'abaisser les dépenses d'énergie nécessaires et le coût des sources d'alimentation fournissant le courant d'usinage. Il est avantageux que la vitesse d'écoulement du liquide soit réglée de telle façon quelle ait une valeur d'au moins 1m/s pendant l'usinage préliminaire, et une valeur plus élevée d'au moins un ordre de grandeur (cJest-à-dire 10 fois plus élevée) pendant l'usinage définitif. Une telle solution assure une combinaison optimale des aspects quantitatif et qualitatif du processus d'usinage des métaux par électroérosion. Danse qui suit est donnée une description détaillée d'un exemple concret mais non limitatif de réalisation de l'invention, avec références aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente une vue schématique de principe illustrant le procédé d'usinage des métaux par électroérosion conforme à l'invention; - la figure 2 représente l'oscillogramme type du courant "I" et de la tension ilu" lors de l'usinage par le procédé conforme à l'invention (sur l'oscillogramme, t = 0,02 s); - la figure 3 représente un mode de génération de forme par défonçage avec reproduction de la forme de l'électrode- outil. Le procédé d'usinage des métaux par électroérosion consiste à amorcer, entre une électrode-outil 1 (figure 1) et une électrode-pièce 2, un arc électrique. D'après ltinven- tion, cet arc est un arc stationnaire 3, alimenté par une source 4 de-courant d'usinage. Entre les électrodes 7 et 2, d'après l'invention, une pompe 5 fait circuler un liquide aspiré à partir d'une capacité 6, l'écoulement "A" de liquide ayant une direction qui est en fait transversale à l'axe de la colonne d'arc stationnaire 3. Pendant l'usinage la vitesse de l'écoulement "A" de liquide est d'au moins 1 à 3 m/s, et la tension d'arc est de 20 à 30 V. L'arc électrique stationnaire 3 ainsi obtenu est-court 'espace interélectrode est d'ordinaire de 0,1 à 0,2 mm) et se déplace à une grande vitesse sur la surface à usiner des électrodes 1 et 2, en y produisant des destructions locales résultant de la fusion et de la vaporisation, et les produits d'érosion sont évacués de la zone d'usinage par l'écoulement "A" de liquide. On obtient en définitive un déroulement optimal de l'usinage dimensionnel. L'oscillogramme type du courant "I" (figure 2) et de la b3mion"V"de lFrc eldvique statbnnave 3, lors de la réalisation du procédé faisant l'objet de l'invention, est le même que dans le cas d'un arc stationnaire ordinaire du type arc de soudage ou arc plasma pour le coupage des métaux. Quand l'arc électrique stationnaire 3 est entretenu dans un écoulement de liquide transversal, dans les conditions du procédé faisant l'objet de l'invention, les paramètres énergétiques de l'arc 3 sont fonction de la vitesse d'écoulement du liquide, aussi se prêtent-ils aisément au réglage dans une plage très étendue par variation de la vitesse d'écoulement du liquide. Quand cette vitesse augmente (ou diminue), les paramètres énergétiques de l'arc électrique stationnaire 3 augmeni (ou diminuent). La solution décrite ouvre de nouvelles possibilités technologiques de l'arc électrique stationnaire. En effet, quand un tel arc 3 est entretenu dans un écoulement de liquide qui lui est transversal et dont la vitesse est faible (1 à 3 m/s), les paramètres énergétiques de l'arc électrique stationnaire se rapprochent de ceux d'un arc ordinaire du type arc de soudage, et par conséquent, l'érosion des électrodes 1 et 2 a principalement lieu par suite de la fusion du métal. L'augmentation de la vitesse d'écoulement du liquide s'accompagne d'une augmentation des paramètres énergétiques de l'arc électrique stationnaire 3, etltéondes eSecindes1e2a alors lieu de plus en plus par vaporisation du métal. Enfin, quand la vitesse d'écoulement du liquide atteint une valeur suffisamment élevée, l'érosion a lieu essentiellement par vaporisation du métal. En conséquence, la vitesse d'écoulement du liquide dans la zone d'usinage, dans les conditions du procédé d'usinage des métaux par électroérosion conformeà l'iS xun,estdepnnci- pal facteur technologique déterminant aussi bien l'aspect quantitatif que l'aspect qualificatif de tout le processus. Conformément à ce qui vient d'être exposé, pour assurer une combinaison optimale des aspects quantitatif et qualificatif de l'usinage par érosion des métaux, il est avantageux d'éxécuter l'usinage dans un écoulement de liquide réglable. en vitesse. L'usinage préliminaire à grand rendement sera effectué dans un écoulement de liquide à petite vitesse, d'au moins 1 m/s, en laissant une surépaisseur de l'ordre d'un millimètre pour la finition ultérieure, qui sera exécutée avec une vitesse d'écoulement du liquide plus élevée d'un ordre de grandeur (10 m/s) que celle de l'usinage préliminaire. il est facile de s'assurer que le procédé d'usinage des métaux par électroérosion, faisant l'objet de l'invention, permet, en utilisant des moyens technologiques appropriés, de réaliser la majorité des modes de génération des formes. A titre d'exemple de réalisation du procédé de l'invention, on décrit plus bas un mode de génération de forme par défonçage avec reproduction de la forme d'une électrode-outil 7 (figure 3), qui. est réalisé en entretenant un arc électrique stationnaire entre 11 électrode-outil 7 profilés, animés d'un mouvement de translation dans le sens de la flèche "B", et une électrode-pièce 8, dans un écoulement de liquide transversal dont le sens, montré par la flèche ' "C", va de la périphérie au centre de I-' électrode-outil 7. A cet effet, un canal débouchant 9 est ménagé dans celle-ci, et la zone d'usinage est renfermée dans une enceinte étanche 10 dotée de joints 11. L'enceinte 10 est mise en communication avec une pompe (non représentée) qui refoule le liquide dans la zone d'usinage. Les électrodes-outil peuvent autre confectionnée avec les mêmes matériaux que dans les procédés connus d'usinage des métaux par électroérosion et avoir la mtme tenue que dans ces procédés. Le liquide d'usinage peut étire de 11 eau, une huile industrielle, du kérosène, diverses solutions, émulsions et suspensions. La source d'alimentation fournissant le courant d'usinage pour l'arc électrique stationnaire peut être un redresseur à caractéristique externe tombante, du type redresseur de soudage. Le rendement de l'usinage est à peut près directement proportionnel au courant d'usinage, qui peut atteindre plusieurs milliers d'ampères, car la nature physique du processus,-la méthode d'usinage et les particularités des sources d'alimentation en courant (qui sont simples et bon marché) ne limitent pas le courant. La quantité de l'usinage, caractérisée par la rugosité de la surface, la zone d'influence thermique et la précision dimensionnelle, est avant tout fonction des paramètres énergétiques de l'arc électrique stationnaire. Ces paramètres, dans les conditions du procédé faisant l'objet de l'invention, sont aisément réglables en continu dans une plage étendue par variation de la vitesse d'écoulement du liquide dans la zone d'usinage. Dans le cas le plus-général, l'augmentation de la vitesse de l'écoulement s'accompagne d'une amélioration dé la qualité de l'usinage. L'a qualité de l'usinage par électroérosion suivant le procédé faisant l'objet de l'invention s'améliore également avec la diminution du courant d'usinage et ne le cède en rien à celle obtenue parles procédés connus d'usinage par électroérosion. Les résultats des études portant sur le processus d'usinage de métaux par électroérosion suivant le procédé faisant l'objet de l'invention, et la mise en application, dans la production, de machines exploitant ce procédé ont montré que, en comparaison des procédés connus, le procédé en question apporte une série d'avantages, qui sont mentionnés ci-dessous. Le principal avantage est le rendement bien plus élevé (supérieur d'un ordre de grandeur et mtme plus). Ainsi, pour le cas examiné de réalisation du mode de génération de forme consistant à enfoncer une pièce avec reproduction de la forme de l'électrode-outil, la matière de la pièce étant l'acier et le courant usinage étant de 1000A, le rendement du processus est de 12 000 à 15 000 mm X n, la rugosité étant R8z et la zone d'influence thermique de ordre de centièmes de millimètres. Au besoin la zone dtingluence thermique peut autre tout à fait annulée ou aller jusqu'à des dixièmes de millimètres et même plus. Un autre avantage important est la réduction de la consommation d'énergie électrique d'environ deux fois. Un autre avantage notable consiste en ce que le coût des sources d'alimentation fournissant le courant d'usinage est bien plus bas (de près d'fun ordre de grandeur et meme plus), ces sources pouvant être des redresseurs du type redresseur de soudage. Bien entendu, l'invention ntest nullement limitée, au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-*ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Procédé d'usinage de métaux par électroérosion, du type consistant à produire une décharge électrique dans un espace interélectrodes rempli d'un liquide, l'une des électrodes étant l'outil, et l'autre, la piece à usiner, caractérisé en ce que la décharge électrique utilisée est un arc électrique stationnaire, et que le liquide est admis dans l'espace interélectrode sous la forme d'un écoulement forcé transversal à l'axe de la colonne d'arc. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la vitesse d'écoulement du liquide est règlée de façon qu'elle soit d'au moins 1 m/s pendant l'usinage préliminaire, et d'un ordre de grandeur plus élevé pendant l'usinage définitif. 3. Les pièces ou produits métalliques caractérisés en ce qu'ils sont usinés conformément au procédé faisant l'objet de l'une des revendications 1 et 2.