Brevet FR2471255A1 — publié le 19810619

4, PROCEDE ET DISPOSITIF POUR USINER PAR ETINCELAGE EROSIF. L'invention a pour objet un procédé pour usiner par étincelage érosif une électrode-pièce au moyen d'une élec- trode-outil, selon lequel on fait circuler entre ces élec- trodes un fluide d'usinage constitué par une suspension de particules solides conductrices de l'électricité dans un li- quide, on applique entre ces électrodes des impulsions de tension successives destinées à amorcer des décharges et on varie la concentration de ces particules en fonction d'un paramètre d'étincelage. On sait que la présence de particules solides conduc- trices ou semi-conductrices dans le fluide d'usinage joue un rôle fondamental pour l'amorçage des décharges et pour la stabilité de l'usinage. C'est seulement à partir du moment ou une quantité suffisante de ces particules provenant des déchets d'érosion ou d'un apport extérieur est mise en sus- pension dans le liquide diélectrique qu'on peut atteindre un régime de décharges érosives stable et efficace. Jusqu'à présent, la concentration des particules était soit maintenue dans des limites déterminées au cours de l'u- sinage, soit modifiée en-fonction d'un paramètre d'étincela- ge selon la méthode décrite dans le brevet CH 536.680, ceci de manière à agir sur la composition du fluide d'usinage seulement en cas de détection d'une détérioration de l'étin- celage, par exemple lors d'un accroissement des courts-cir- cuits. Cette méthode connue présente l'inconvénient de de- voir attendre l'apparition d'un défaut d'usinage avant d'ê- tre en mesure d'intervenir et de ne pouvoir éliminer rapide- ment ce défaut du fait de la lenteur avec laquelle on peut faire varier la concentration des particules. Le nouveau procédé permet d'éliminer ces inconvénients en faisant varier cette concentration par anticipation pour prévenir l'apparition d'un défaut d'usinage. Il est caracté- risé en ce qu'on fait varier la concentration des particules de manière à maintenir le délai moyen d'amorçage des déchar- ges dans des limites déterminées. -2- Une diminution du délai moyen d'amorçage des décharges qui indique une dégradation de l'usinage a pour cause, par exemple, une diminution de la distance d'étincelage ou une augmentation anormale de la pollution du fluide d'usinage ou éventuellement des deux à la fois. Le fait de maintenir le délai moyen d'amorçage à-une valeur déterminée en agis- sant sur la concentration des particules en suspension dans le fluide d'usinage est un moyen efficace pour maintenir des -conditions d'usinage optimales. La tension d'amorçage des décharges agit sur le délai moyen d'amorçage dans-le même sens que la concentration des particules, mais beaucoup plus rapidement. On peut donc accélérer le réglage du délai d'a- morçage en faisant varier simultanément ces deux paramètres. Le dessin montre, à titre d'exemple, une forme d'exécu- tion d'un dispositif de mise en oeuvre du procédé faisant l'objet de l'invention. La figure 1 montré une relation entre le délai moyen d'amorçage, la distance d'étincelage et la concentration des particules en suspension dans le fluide d'usinage. La figure 2 représente le schéma fonctionnel d'une installation d'usinage par étincelage érosif qui fonctionne selon l'invention. On voit à la figure i comment varie la valeur moyenne tD du délai d'amorçage des décharges en fonction de la dis- tance d'étincelage g pour les valeurs croissantes C1 à C4 de la concentration des particules solides en suspension dans le fluide d'usinage. On constate que l'augmentation de la concentration des particules permet d'agrandir la distance d'étincelage tout en maintenant le délai moyen des décharges à un faible ni- veau, par exemple inférieur à 10,as. Cette augmentation de la concentration permet par conséquent d'obtenir des valeurs élevées du rendement d'usinage dans une large plage de va- riation de la distance d'étincelage. Le réglage de la concentration des particules peut -3- être réalisé au moyen de l'installation représentée à la figure 2. L'étincelage érosif est produit-entre une électro- de-outil 1 et une électrode-pièce 2 au moyen d'un générateur d'impulsions 3 qui est connecté à ces électrodes par l'in- termédiaire d'une résistance 4. Un fluide d'usinage est introduit dans l'espace 5 com- pris entre ces électrodes au moyen d'une buse d'injection 6 alimentée par une conduite 7 dans laquelle aboutit, d'une part, une conduite 8 transportant un-fluide débarrassé de ses particules par un filtre 9 et, d'autre part, une condui- te 10 qui amène dans la zone d'usinage un fluide dont la concentration en particules est sélectionnée ou éventuelle- ment augmentée par un équipement de dosage 1-1 placé sous le contrôle d'un signal électrique -transmis par une ligne 12. Le filtre 9 et l'équipement de dosage 11 sont reliés à un bac de décantation 13 par l'intermédiaire d'une pompe 14. Le fluide d'usinage qui est récupéré dans une enceinte s'écoule dans le bac 13 par une conduite 16. Le fluide circulant dans la conduite 7 passe dans un dispositif 17 dans lequel la concentration en particules est mesurée par une méthode connue, par exemple, optique ou électrique. Un signal électrique élaboré par le dispositif 17 est comparé à un signal de référence au moyen d'un ampli- ficateur opérationnel 18 dont la sortie est reliée à l'en- trée du dispositif de dosage 11 par une ligne 12. On peut ainsirégler la concentration des particules en suspension dans le fluide d'usinage à une valeur correspondant au ni- veau du signal de référence appliqué à l'amplificateur opé- rationnel 18. La distance d'étincelage 5 entre l'électrode 1 et la pièce 2 est maintenue constante au cours de l'usinage en dé- plaçant l'électrode 1 au moyen d'un servo-moteur 19. La po- sition de l'électrode 1 est mesurée par un capteur de posi- tion comprenant une partie mobile 20 solidaire de l'électro- de 1 et une partie fixe 21 dans laquelle est élaboré un si- gnal représentatif de la position de cette électrode. -4- Le délai moyen d'amorçage-des décharges est calculé par un dispositif 22 connecté, d'une part, à l'électrode 1 et, d'autre part, à l'une des bornes de la résistance 4. Ces deux connexions permettent de détecter respectivement l'ins- tant o une tension d'amorçage est appliquée à l'électrode 1 et l'instant o commence une décharge. Le circuit 22 peut être réalisé de différentes façons connues, par exemple com- me décrit dans le brevet US 3 825 714. Le-servo-moteur 19 est placé sous la dépendance d'un dispositif de réglage 23 dont deux entrées sont reliées à celles du circuit 22 et dont la troisième entrée est-connec- tée au capteur de position 21. Le dispositif 23, qui est réa- lisé, par exemple, au moyen du dispositif décrit dans le bre- vet US 4 049 942, permetde maintenir une distance d'étince- lage constante au cours de l'usinage. Il permet aussi, grace à l'action du capteur 21, d'empêcher l'électrode de dépasser une position axiale prédéterminée. Le signal élaboré par le dispositif 22 est transmis par une ligne 24 à l'une des entrées d'un amplificateur opé- rationnel 25 dont l'autre entrée reçoit un signal de référen- ce fourni par un potentiomètre-26. La sortie de cet amplifi- cateur 25-est connectée, 'd'une part, àl 'une des entrées de l'amplificateur 18 et, d'autre part, à l'une des entrées du générateur d'impulsions 3 par une ligne 28. Le générateur de fonction 27, qui est relié au générateur d'impulsions 3 par une ligne 29, est programmé selon des informations technolo- giques introduites pour chaque couple d'électrodes dans des circuits de codage 30. Dans un premier mode de fonctionnement, la distance d'étincelage est maintenue à une valeur constante au moyen du dispositif 23.'Lorsque la pollution du fluide d'usinage varie au cours de l'étincelage, il en résulte une variation du délai moyen d'amorçage des décharges conformément au dia- gramme de la figure 1. Dès l'instant oh la valeur de ce dé- lai moyen d'amorçage s'écarte de la valeur de référence fixée par le potentiomètre 26, l'amplificateur 25 modifie la valeur - 5- de référence du réglage de la concentration des particules et l'amplificateur 18 agit sur le dispositif 11 jusqu'à ce que la valeur mesurée de la concentration soit égale à cet- te valeur de référence.-Simultanément à cette.action sur la concentration, l'amplificateur 25 agit par la ligne 28 sur le générateur d'impulsions 3 de manière à modifier la ten- sion d'amorçage des décharges et accélérer le réglage du délai moyen d'amorçage. Par exemple, en cas d'une augmenta- tion du délai moyen d'amorçage provenant d'une diminution de la concentration, la tension d'amorçage des décharges se- ra augmentée en même temps que l'action sur cette concentra- tion. On obtient ainsi une excellente stabilité de l'usinage qui a pour conséquence une diminution des déplacements rapi- des de l'électrode au cours de l'étincelage et une augmenta- tion du rendement d'érosion. Dans un second mode de fonctionnement,l'avance de l'é- lectrode 1 est arrêtée par l'action du capteur 21. Dans ce cas, l'augmentation de la distance d'étincelage provoque une augmentation rapide du délai moyen d'amorçage des dé- charges et le dispositif de réglage décrit ci-dessus provo- que une augmentation simultanée de la concentration et de la tension d'amorçage de manière à ramener le délai moyen d'amorçage à sa valeur de référence. L'augmentation de la distance d'étincelage se produit aussi bien sur les surfaces frontales que sur les surfaces latérales de la pièce, de sorte qu'une diminution simulta- née de la puissance des décharges permet de réaliser plu- sieurs phases successives de finition au moyen de la même électrode et sans effectuer une dilatation artificielle de l'électrode au moyen d'un-mouvement de translation transver- sal. Pour le même délai moyen d'amorçage, et pour le même couple d'électrode, la valeur de la concentration des par- ticules est une mesure de la distance d'étincelage. Il est donc possible d'utiliser la grandeur de sortie de l'amplifi- cateur 25 pour faire varier le régime d'usinage au moyen du générateur de fonction 27 au cours de l'usinage deffinition. -6- De bons résultats sont obtenus en contaminant le flui- de d'usinage par des poudres de graphite ou d'aluminium dont la granulométrie ne dépasse pas quelques microns. En augnmen- tant la concentration de ces poudres jusqu'à environ 1- % en volume, il est possible d'usiner dans de bonnes conditions avec une distance d'étincelage qui varie dans un rapport de 1 à plus de 10. L'invention s'applique à d'autres compositions du'flui- de d'usinage, ainsi qu'à d'autres méthodes de mesure de la distance d'étincelage. RE V E N D I C A T I 0 N S 1. Procédé pour usiner par étincelage érosif une élec- trode-pièce (2) au moyen d'une électrode-outil (1), selon lequel on fait circuler dans la zone d'usinage (5) comprise entre ces électrodes (1, 2) un fluide d'usinage constitué par une suspension dans un liquide de particules solides conduc- trices de l'électricité, on applique entre ces électrodes (1, 2) des impulsions de tension destinées à amorcer des dé- charges et on varie laconcentration de ces particules en fonction d'un paramètre d'étincelage, caractérisé en ce qu'on fait varier la concentration des par- ticules de manière à maintenir le délai moyen d'amorçage des décharges dans des limites déterminées. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait varier simultanément la tension d'amorçage des décharges et la concentration deso particules solides en sus- pension dans le fluide d'usinage. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on maintient les électrodes (1, 2) dans une position re- lative prédéterminée et en ce qu'on diminue la puissance des décharges en réponse à l'augmentation de la concentration des particules en suspension dans le fluide d'usinage. 4. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, comportant des moyens (22) -pour mesurer la valeur moyenne de l'intervalle de temps entre l'instant o une tension est appliquée entre les électrodes (1, 2) et l'instant o commence une décharge et pour élaborer un pre- mier signal représentatif de cette valeur moyenne, caracté- risé en ce qu'il comporte des moyens (11) pour contrôler la concentration des particules en suspension dans le fluide d'usinage par un second signal (12) et des moyens de réglage (25, 26) pour varier ce second signal en réponse à l'écart entre le premier signal et un signal de référence. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (23) pour maintenir les élec- trodes (1, 2) dans une position relative déterminée, et un -8- générateur de fonction (27) pour diminuer le niveau du cou- rant des décharges enréponse:aux variations dudit second si- gnal. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (ligne 28) pour varier la tension d'amorçage des décharges en réponse aux variations dudit second signal.