Brevet FR2487716A1 — publié le 19820205

Electrode-outil à base de carbone pour l'usinage par décharges électriques. L'invention concerne une électrode-outil améliorée à base de carbone pour l'usinage par décharges électriques, ainsi qu'un procédé d'usinage par décharges électriques d'une pièce conductrice de l'électricité au moyen d'une telle électrode. Dans les processus d'usinage par décharges électriques, une électrode-outil est juxtaposée à l'éloignement d'une pièce conductrice de l'électricité dans un intervalle d'usi- nage rempli d'un liquide diélectrique, et une succession d'impulsions électriques sont conduites entre l'électrode- outil et la pièce pour réaliser des décharges électriques espacées dans le temps à travers l'intervalle d'usinage, enlevant ainsi de la matière de la pièce par électro-érosion pendant que l'électrode-outil et la pièce sont déplacées relativement l'une à l'autre pour usiner la pièce suivant une forme souhaitée. Dans de tels processus, un corps à base de carbone peut constituer l'électrode-outil, mais une élec- trode d'usinage par décharges électriques courante à base de carbone a été réalisée à l'origine à partir de carbone graphité ou non graphité. On a constaté que ces électrodes- outils subissent une usure considérable au cours d'une opé- ration d'usinage par décharges électriques et produisent sur la pièce une surface usinée par décharges électriques relativement rugueuse. Un but important de l'invention est de fournir un procédé amélioré pour usiner par décharges électriques une pièce conductrice de l'électricité au moyen d'une électrode-outil à base de carbone, grace auquel l'usure de l'électrode ou la rugosité de la surface usinée par décharges électriques, et tout spécialement les deux, sont rendues minimales. Un autre but de l'invention est de fournir une électrode- outil améliorée à base de carbone pour l'usinage par déchar- ges électriques qui soit capable de réduire à une valeur minimale l'usure relative de l'électrode ou la rugosité de surface, et tout spécialement les deux, au cours d'une opéra- tion d'usinage par décharges électriques. Ces buts sont atteints, selon l'invention, grâce à une électrode-outil d'usinage par décharges électriques formée par un corps fritté à base de carbone constitué, par 50 à % en poids ou volume de carbone graphité, le reste étant du carbone non graphité réparti uniformément dans le carbone graphité. La proportion de carbone graphité doit, de préfé- rence, être comprise entre 55 et 85%, avantageusement entre et 80%. L'invention fournit un procédé d'usinage d'une pièce conduc- trice de l'électricité, qui comprend les mesures consistant à: préparer une électrode-outil formée par un corps fritté à base de carbone, constitué par 50 à 90%, de préférence à 85% et, de manière très préférable, de 60 à 8oe/0, en poids ou volume de carbone graphité, le reste étant du car- bone non graphité réparti uniformément dans le carbone graphité; juxtaposer l'électrode-outil et la pièce en formant un intervalle d'usinage rempli d'un liquide diélectrique; faire passer une succession d'impulsions électriques entre l'électrode-outil et la pièce pour produire à travers l'in- tervalle d'usinage des décharges électriques espacées dans le temps, enlevant ainsi par électro-érosion de la matière de la pièce; et déplacer relativement l'électrode-outil et la pièce pour usiner cette dernière suivant une forme souhaitée. Le corps à base de carbone peut être préparé en frittant ou chauffant sous pression une masse comprenant 50 à 90%, de préférence 55 à 85%, encore plus préféremment 60 à 80%, de particules de carbone graphité, le reste étant constitué par des particules de carbone non graphité réparties unifor- mément. Au cours du frittage, la masse peut être comprimée bi-axialement ou à partir de deux directions opposées (com- pactage bi-axial) mais elle doit être, de préférence, compri- mée tri-axialement ou à partir de trois directions indépen- dantes (compactage tri-axial) ou comprimée isostatiquement (compactage isostatique). En variante, le corps à base de carbone peut être préparé en chauffant un mélange homogène d'un précurseur de carbone graphité -et d'un précurseur de carbone non graphité, ou un mélange homogène de particules de carbone graphité et d'un précurseur de carbone non graphité. Le précurseur de carbone non graphité est avantageusement du phénol et/ou du furane. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description qui suit, faite à titre d'exemple, en liaison avec les dessins annexés, dans lesquels: la figure 1 est un graphique montrant la relation qui existe entre l'usure relative de l'électrode d'usinage par décharges électriques, portée en ordonnée, et la proportion de graphite portée en abscisse; et la figure 2 est un graphique montrant la relation qui existe entre la rugosité de surface obtenue par usinage à décharges électriques, portée en ordonnée, et la proportion de graphite qui est portée en abscisse. Les avantages de l'invention apparattront facilement en se référant aux exemples spécifiques indiqués ci-après. Des corps frittés à base de carbone ont été préparés, avec des proportions variables de carbone graphité et de carbone non graphite, comme indiqué dans le tableau 1 ci-dessous. Eprouvette Carbone non Carbone graphité N graphité (%) (%) 1 - 1 37 63 1- 2 37 63 2 - 1 28 72 2 - 2 28 72 3-1 10 90 3 - 2 10 90 4 - 1 45 55 4- 2 45 55 - 1 50 50 - 2 50 50 6- 1 60 40 6 - 2 60 40 Tableau 1 Chaque éprouvette mentionnée ci-dessus est préparée en frittant ou en chauffant sous pression une masse de particules de poudre de carbone graphité et de particules de poudre de carbone non graphité mélangées uniformément ensemble selon une proportion de mélange indiquée. Les éprouvettes Nos 1-1, 2-1, 3-1, 4-1, 5-1 et 6-1 sont des corps frittés avec tasse- ment ou compression bi-axiale, ou à partir de deux directions opposées (par exemple +Z, -%). Les éprouvettes Nos 1-2, 2-2, 3-2, 4-2, 52 et 6-2 sont des corps frittés avec tassement ou compression tri-axiale ou à partir de trois directions indépendantes orthogonales l'une à l'autre (par exemple X, +Z, -Z). A partir de ces éprouvettes Nos 1-1,..., 6-2, sont préparées des électrodes-outils l-lP, l-lS, 1-2P, 1-2S, 2-IP, 2-1S, 2-2P, 2-2S, 3-1P,... 6-1P, 6-1S, 6-2P et 6-2S. Chacune des électrodes-outils d'une classe, l-lP, 1-2P,... 6-1P et 6-2P, a sa surface d'usinage (propre à être juxta- posée à la pièce) constituée par une telle surface du corps telle que directement comprimée ou telle que s'étendant per- pendiculairement à la direction dans laquelle elle a été comprimée au cours du frittage. Chacune des électrodes-outils de l'autre classe, l-lS, 1-2S,... 6-lS et 6-2S a sa surface d'usinage constituée par une telle surface du corps telle que non directement comprimée ou telle que s'étendant pa- rallèlement à la direction dans laquelle elle a été comprimée au cours du frittage, ou s'étendant perpendiculairement à une surface de compression directe. Avec chacune de ces électrodes-outils, une pièce d'oeuvre en acier à outil est usinée dans un processus d'usinage par décharges électriques en utilisant du kérosène en tant qu'agent liquide d'usinage, et une succession d'impulsions électriques ayant un courant de crête Ip de 4,5 ampères, une durée d'im- pulsions T on de 160 microsecondes et un intervalle entre im- pulsions T off de 10 microsecondes, ce qui permet une vitesse d'enlèvement de matière sur la pièce comprise entre 0,008 et 0,024 g/mn. Les usures d'électrodes relatives (volume de l'usure de l'électrode divisé par le volume d'enlèvement de matière sur la pièce) et la rugosité mesurée de la surface usinée sont indiquées dans le tableau 2 ci-dessous. Eprouvette Usure relative de Rugosité de surface Electrode l'électrode (%) (pRmax) N P S P S 1-1 (bi-axiale) 0,04 0,4 4 8 1-2 (tri-axiale 0,03 0,04 3 4 2-1 (bi-axiale) 0,06 0,09 5 6 2-2 (tri-axiale 0,05 0,08 4 4,5 3-1 (bi-axiale) 16 11 18 22 3-2 (tri-axiale) 10 14 16 17 4-1 (bi-axiale) 18 16 il 12 4-2 (tri- axiale) 12 13 14 20 -1 (bi-axiale) 11 14 8 10 -2 (tri-axiale) 7 6 16 18 6- 1 (bi-axiale) 7 9 14 17 6-2 (tri-axiale) 6 8 12 18 Tableau 2 Sur les graphes des figures 1 et 2, la relation entre la proportion de graphite dans l'électrode d'usinage par déclar- ges électriques graphite/carbone et l'usure relative de l'électrode d'usinage par décharges, ainsi que la relation entre la proportion de graphite et la rugosité de surface obtenues par l'usinage par décharges électriques, sont représentées. Sur les graphiques, chaque courbe indiquée par P2 vise une électrode-outil dont la surface d'usinage est constituée par une surface de compression directe o la compression bi- axiale au cours du frittage, et chaque courbe indiquée par P3 vise une électrode-outil. dont la surface d'usinage est constituée par une surface de com- pression directe ou la compression tri-axiale au cours du frittage. Chaque courbe indiquée par S2 vise une électrode- outil dont la surface d'usinage s'étend perpendiculairement à la surface de compression directe ou la compression bi- axiale, et chaque courbe indiquée par S3 vise une électrode- outil dont la surface d'usinage s'étend perpendiculairement à la surface de compression directe ou la compression tri- axiale. On peut voir sur les graphiques des figures 1 et 2 qu'il existe une zone critique pour la proportion de graphite entre et 90%, aussi bien pour l'usure relative de l'électrode que pour la rugosité de surface. Ainsi, tant l'usure relative de l'électrode que la rugosité de surface sont fortement ré- duites et rendues minimales dans cette zone de proportion de graphite. On peut voir que la proportion de graphite doit, de préférence, être comprise entre 55 et 95% et encore plus préféremment entre 50 et 80%. On voit en outre qu'un corps fritté sous une compression tri-axiale fournit une meilleure (moins importante) usure d'électrode, et moins de changement directionnel, aussi bien en ce qui concerne l'usure de l'élec- trode que la rugosité de surface, que l'électrode frittée sous compression tri-axiale. Le corps nouveau à base de carbone pour former une électrode- outil d'usinage par décharges électriques selon l'invention peut aussi être préparé en frittant un mélange homogène de particules de carbone graphité et d'un précurseur de carbone non graphité dans un moule liquide ou solide. Le corps peut aussi être préparé en frittant un mélange homogène d'un pré- curseur de carbone graphité et d'un précurseur de carbone non graphité. Le précurseur de carbone non graphité est avan- tageusement constitué par du phénol, du furane ou toute autre origine de carbone vitreux, le précurseur de carbone gra- phité pouvant être un coke et/ou du brai de pétrole, comme cela est bien connu dans la technique des matériaux à base de carbone. Revendications. 1. Electrode-outil d'usinage par décharges électriques, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un corps fritté à base de carbone comprenant 50 à 90% de carbone graphité, le reste étant du carbone non graphité qui y est réparti uniformément. 2. Electrode-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps à base de carbone est préparé en chauf- fant sous pression une masse comprenant 50 à 90% de parti- cules de carbone graphité, le reste étant des particules de carbone non graphité. 3. Electrode-outil selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle présente une surface d'usinage constituée par une surface dudit corps s'étendant sensiblement perpendicu- lairement à la direction de la pression au cours du chauffage. 4. Electrode-outil selon la revendication 2, caractérisée en ce que la masse est comprimée isostatiquement au cours du chauffage. 5. Electrodeoutil selon la revendication 2, caractérisée en ce que la masse est comprimée bi-axialement au cours du chauffage. 6. Electrode-outil selon la revendication 2, caractérisée en ce que la masse est comprimée triaxialement au cours du chauffage. 7. Electrode-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps à base de carbone est préparé en chauffant un mélange d'un précurseur de carbone graphité et d'un pré- curseur de carbone non graphité. 8. Electrode-outil selon la revendication 1, caractérisée en ce que le corps à base de carbone est préparé en chauffant un mélange de particules de carbone graphité et d'un précur- seur de carbone non graphité. 9. Electrode-outil selon la revendication 7 ou la revendica- tion 8, caractérisée en ce que le précurseur de carbone non graphité est au moins un produit choisi dans le groupe formé par le phénol et le furane. 10. Procédé d'usinage par décharges électriques d'une pièce conductrice de l'électricité, caractérisé en ce qu'il com- prend les mesures consistant à: préparer une électrode-outil constituée par un corps fritté à base de carbone et comprenant 50 à 90% de carbone graphité, le reste étant du carbone non graphité qui y est réparti uniformément; juxtaposer l'électrode-outil et la pièce en formant un inter- valle d'usinage rempli d'un agent liquide d'usinage; faire passer une succession d'impulsions électriques entre l'électrode-outil et la pièce pour produire des décharges électriques espacées dans le temps à travers l'intervalle d'usinage, enlevant ainsi de la matière de la pièce; et déplacer relativement l'électrode-outil et la pièce pour usiner cette dernière suivant une forme souhaitée. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le corps à base de carbone est préparé en chauffant sous pression une masse comprenant 50 à 90% de particules de carbone graphité, le reste étant pour l'essentiel des parti- cules de carbone non graphité. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'une surface d'usinage de l'électrode-outil juxtaposée à la pièce est constituée par une surface dudit corps qui s'étend sensiblement perpendiculairement à la direction de la pression au cours du chauffage. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la masse est tassée bi-axialement au cours du chauffa- ge. 14. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la masse est tassée isostatiquement au cours du chauf- fage. 15. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la masse est tassée tri-axialement au cours du chauf- fage. 16. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le corps à base de carbone est préparé en chauffant un mélange homogène d'un précurseur de carbone graphité et d'un précurseur de carbone non graphité. 17. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le corps à base de carbone est préparé en chauffant un mélange homogène de particules de carbone graphité et d'un précurseur de carbone non graphité. 18. Procédé selon la revendication 15 ou la revendication 16, caractérisé en ce que le précurseur de carbone non graphité est au moins un produit choisi dans le groupe formé par le phénol et le furane. 19. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le corps à base de carbone est préparé en chauffant un mélange homogène d'un précurseur de carbone graphité et de particules de carbone non graphité. 20. Procédé selon-la revendication 16 ou la revendication 19, caractérisé en ce que le précurseur de carbone graphité est au moins un produit choisi dans le groupe qui comprend un coke ou un brai de pétrole.