Brevet FR2527492A1 — publié le 19831202

_- "Procédé pour l'enlèvement électrochimique d'un matériau métallique " L'invention concerne un procédé pour l'en- lèvement électrochimique d'un matériau métallique à partir d'une pièce d'oeuvre, notamment à partir de la chambre de combustion de la tête de cylindre d'un véhicule automobile au moyen d'une électrode-outil placée par rapport à la piè- ce d'oeuvre sous une tension électrique d'usinage, l'inter- valle entre l'électrode-outil et la pièce d'oeuvre étant rempli d'un électrolyte liquide. Un procédé de ce type est par exemple connu par le document DE-OS 26 33 629, o gr&ce à un outil fixe, un ajour est réalisé dans une pièce d'oeuvre métallique. Il est en outre connu, par le document DE-OS 28 24 770 d'utiliser un procédé de travail électrochimique pour ob- tenir des biseaux sur les bords à fentes de cylindres de moteurs à pistons alternatifs, la paroi du cylindre étant tout d'abord revêtue d'une couche de chrome dur et celle- ci étant ensuite arrondie au voisinage des bords à fentes par ébarbage de forme électrochimique. Il est en outre connu en principe, d'usiner des pièces d'oeuvre métalliques par chambrage électrochimi- que, auquel cas après avoir déterminé empiriquement la forme de l'électrode-outil et des autres conditions opéra- tionnelles, un évidement prédéterminé exactement quant à sa forme, est usiné dans une pièce d'oeuvre Ce procédé est 2.- relativement coûteux car on opère avec un courant opéra- tionnel très élevé avec des pressions très élevées En outre, du fait du jeu réduit, il existe le risque de court- circuits électriques lors du chambrage électrochimique, court-circuits qui, du fait du courant opérationnel élevés peuvent provoquer des dégâts. Le procédé conforme à l'invention est carac- térisé en ce que par l'érosion électrochimique de la pièce d'oeuvre, une correction du volume, rempli par l'électro- lyte, est effectuée en partant de volumes initiaux diffé- rents jusqu'à un volume final prédéterminé plus important, l'importance de l'érosion nécessaire dans chaque cas étant déterminée par une valeur finale préalablement établie d'un paramètre électrique intervenant lors de l'usinage. Il présente par contre l'avantage qu'avec des courants d'usinage notablement plus réduits, et de faibles pressions opérationnelles, uln résultat techniquement irré- prochable est obtenu, car dans le présent procédé, la cor- rection du volume dans 1 lintervalle opérationnel entre l'outil et la pièce d'oeuvre, est déterminante, tandis que la mise en forme est effectuée à l'avance au cours d'un processus de travail préliminaire, tel que la coulée en coquille ou un processus analogue Lors de la correction de volume qui s'en suit, la mise en forme de l'évidement est d'une importance secondaire Il suffit que la forme de l'électrode-outil soit adaptée à la forme de l'évidement. Le procédé conforme à l'invention peut être mis en oeuvrè de façon particulièrement avantageuse lorsque l'usinage électrochimique du métal est essentiellement utilisé pour corriger un volume pré-établi Ceci est par exemple le cas dans la cavité de la chambre de combustion de la tête de cylindre d'un véhicule automobile, o des chambres de combustion de dimensions identiques pour tous les cylin- dres, doivent être créées pour obtenir que le moteur tourne rond et que la consommation de carburant soit aussi réduite 3.- que possible Ces volumes identiques ne sont pas obtenus en règle générale, car les t 6 tes de cylindres coulées se déforment lors du refroidissement de la pièce de fonderie et doivent être ensuite usinées mécaniquement Il s'en suit alors un enlèvement inégal de métal sur les différen- tes cuvettes-de chambres de combustion, ce qui aboutit à des volumes de chambres de combustion inégaux et ce qui peut être corrigé de façon particulièrement simple et avan- tageuse grâce au procédé selon l'invention, par la correc- tion du volume de la chambre de combustion, on obtient indépendamment des légères différences de formes des dif- férentes cuvettes de chambres de combustion, la même com- pression dans les différents cylindres du moteur du véhi- cule automobile et ainsi un fonctionnement uniformément doux du moteur. Un exemple de réalisation de l'invention est représenté schématiquement sur le dessin et expliqué plus en détail dans la description qui va suivre La figure montre la disposition utilisée pour la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention. Sur la figure, la référence 10 désigne une pièce d'oeuvre en face de laquelle se trouve une électrode- outil 11 Entre la pièce d'oeuvre 10 et l'outil Il on a un intervalle opérationnel 12 qui est rempli avec un élec- trolyte liquide, dans le cas présent Na N 10 L'intervalle opérationnel 12 constitue le volume à corriger pendant l'usinage. L'alimentation en courant de l'installation s'effectue par l'intermédiaire d'un générateur G qui, dans le cas considéré, délivre à l'intervalle opérationnel 12, une tension continue, dont l'ordre de grandeur est de 10 à 30 Volts Au lieu d'une tension continue, on peut égale- ment utiliser une tension alternative comme tension d'usi- nage, ainsi que cela est connu en principe dans l'usinage électrochimique des métaux La sortie positive du généra- teur G est reliée à la pièce d'oeuvre 10 par l'intermédiaire 4.- d'un conducteur 13 et d'un appareil A de mesure du courant# la sortie négative du générateur G est appliquée par l'in- termédiaire d'un conducteur 14 à l'électrode-outil 11 En parallèle sur le générateur G, est branché un appareil V de mesure de la tension. En outre, la référence 15 désigne un dispo- sitif distinct de mesure de la résistance, lequel est uti- lisé pour déterminer la résistance électrique entre l'élec- trode-outil 11 et la pièce d'oeuvre 10, selon un procédé de mesure distinct La résistance ainsi mesurée constitue une mesure du volume existant dans l'intervalle opération- nel 12 et pour l'enlèvement du métal encore nécessaire par rapport à celui-ci Au lieu de la mesure de la résistance pour déterminer le volume et l'enlèvement du métal néces- saire, d'autres procédés de mesure peuvent être également mis en oeuvre, par exemple dans ce que l'on appelle, l'éva- luation du volume existant. Dans le cas présent, le procédé conforme à l'invention est mis en oeuvre pour l'enlèvement électro- chimique d'un matériau métallique dans la chambre de com- bustion de la tête de cylindre, constituant la pièce d'oeu- vre 10, d'un véhicule automobile Du fait de la tension appliquée entre la pièce d'oeuvre 10 et l'électrode-outil 11, un processus d'électrolyse s'instaure, dans lequel le matériau est enlevé de la pièce d'oeuvre 10 et évacué hors de l'intervalle opérationnel 12 par l'électrolyte Du fait de l'érosion électrochimique de la pièce d'oeuvre 10, il s'effectue une correction du volume rempli par l'électro- lyte (par exemple Na N 03), c'est-à-dire de l'intervalle opérationnel 12 Cet intervalle est alors élargi à un volu- me terminal déterminé préliminairement de façon empirique, le niveau du courant d'électrolyse et le temps d'usinage étant utilisés comme mesures pour l'enlèvement du métal. Lors de l'érosion de la pièce-d'oeuvre 10, on peut procé- der de façon que le niveau de-la tension électrique d'usi- 5.- nage (V) soit maintenu en pratique constant à une valeur prédéterminée et qu'une valeur finale, préalablement dé- terminée empiriquement, du courant d'électrolyse (A) sct détectée selon une technique de mesure pour déterminer l'érosion électrochimique L'électrode-outil se trouve dans une position fixe pendant l'usinage Le courant d'élec- trolyse décroit progressivement lorsque la largeur de l'intervalle opérationnel 12 augmente jusqu'à une valeur finale prédéterminée qui correspond à une largeur appro- priée de l'intervalle opérationnel 12 et donc, à la cor- rection du volume, jusqu'à une valeur finale prédéterminée. Il est important, dans ce cas, que la pièce d'oeuvre 10, aussi bien que l'outil 11, se trouvent dans des positions de travail fixes Indépendamment de cela, il est cependant possible de ne pas amener immédiatement l'électrode-outil 11 dans sa position finale, mais de l'amener tout d'abord dans une position de pré-usinage 16 pour enlever d'éven- tuelles aspérités sur la pièce-d'oeuvre 10, aspérités qui pourraient provoquer un court-circuit Ce n'est qu'après ce pré-usinage que l'électrode 11 est ensuite amenée dans sa position d'usinage fixe proprement dite De façon cor- respondante, on peut aussi opérer en déplaçant l'électrode- outil 11 vers la pièce d'oeuvre pendant l'usinage, pour ac- célérer l'érosion Ce procédé va être exposé plus en dé- tail ci-après. Au lieu de l'usinage électrochimique avec une électrode-outil 11 fixe et un abaissement limité du courant d'électrolyse jusqu'à une valeur finale prédéter- minée, on peut également opérer en déterminant tout d'abord, selon un procédé de mesure avec des positions fixes pré- déterminées de l'électrode-outil 11 et de la pièce d'oeu- vre 10, la résistance électrique entre cette électrode- outil 11 et la pièce d'oeuvre 10, comme mesure (ohm) pour la correction de volume nécessaire Dans le processus d'usinage électrochimique qui va suivre, il s'effectue une 6.- érosion correspondant à la résistance ainsi mesurée par prédétermination du produit ou bien de la valeur d'intégra- tion du courant d'électrolyse et du temps A partir de la mesure de la résistance à l'aide de l'appareil de mesure 15, on peut, avec des moyens de calcul, déterminer l'érosion de la pièce d'oeuvre nécessaire pour corriger le volume de l'intervalle opérationnel à la valeur finale prédéter- minée Cette érosion peut alors, au choix, être effectuée sous régulation avec un courant d'électrolyse constant, ou bien avec un courant d'électrolyse variable, avec une élec- trode-outil 11 fixe ou bien avec une électrode-outil en déplacement La valeur préalablement déterminée par le cal- cul, sous la forme de produit ou bien, dans le cas d'un courant variable, sous la forme de l'intégraledu courant d'électrolyse et de la durée d'usinage, est déterminante pour l'achèvement du processus d'usinage Des conditions de travail favorables sont obtenues pour une largeur de l'intervalle opérationnel 12 d'environ 1 à 2 mm La forme extérieure de Vélectrode-outil 11 est, dans ce cas, adap- tée en pratique, à la forme de la cuvette dans la pièce d'oeuvre 10 obtenue par exemple, par coulée en coquille. Dans le cas de l'exemple de réalisation o la clavette de la chambre de combustion dans la tête de cylindre d'un moteur de véhicule automobile doit être corrigée en volu- me, des différences de volume d'environ 10 %a du volume total doivent être corrigées, ce qui est possible, d'une façon particulièrement simple et économique, avec le pro- cédé conforme à l'invention. Dans le cas de l'exemple de réalisation re- présenté, l'électrode-outil 11 est disposée à poste fixe lors de l'érosion Au lieu de cela, l'électrode 11 peut toutefois aussi, être déplacée en direction de la pièce d'oeuvre avec une érosion progressive sur cette pièce d'oeuvre pour écourter le processus d'usinage avec un cou- rant d'électrolyse maintenu à peu près au même niveau. 7.- Cela n'est toutefois possible que lorsque le produit du courant d'électrolyse et de la durée d'usinage a été pré- alablement déterminé par la mesure de la résistance et par le calcul La mesure de la résistance électrique s'ef- fectue au cours d'une opération préalable à l'aide du dis- positif 15 de mesure de la résistance, en utilisant pour la mesure, soit une tension continue réduite ou une ten- sion alternative à haute fréquence, respectivement de l'or- dre de grandeur d'environ 1 Volt, Grâce au procédé selon l'invention, la cor- rection par usinage électrochimique d'un volume préalable- ment usiné est possible d'une façon très avantageuse et simple, une application préférée étant l'usinage à postério- ri de la cuvette de la chambre de combustion dans des té- tes de cylindres de moteurs à combustion L'invention re- pose sur la correction indirecte du volume de la cuvette en utilisant la loi de Faraday par l'intermédiaire du cou- rant d'électrolyse comme grandeur agissante Le courant d'usinage aussi bien que le courant de mesure pour déter- miner la résistance peuvent être des courants continus ou alternatifs, l'utilisation de courant alternatif présen- tant l'avantage que l'on évite les résistances de polarisa- tion entre l'électrode-outil 11 et la pièce d'oeuvre 10. 8.- RE V E N D I C A T I O N S 1. Procédé pour l'enlèvement électrochimi- que d'un matériau métallique, à partir d'une pièce d'oeuvre notamment à partir de la chambre de combustion de la tête de cylindre d'un véhicule automobile au moyen d'une élec- trode-outil placée par rapport à la pièce d'oeuvre sous une tension électrique d'usinage, l'intervalle entre l'élec- trode-outil et la pièce d'oeuvre étant rempli d'un élec- trolyte liquide, procédé caractérisé en ce que, par l'éro- sion électrochimique de la pièce d'oeuvre ( 10), une correc- tion du volume ( 12) rempli par l'électrolyte (Na N 03), est effectuée en partant de volumes initiaux différents jus- qu'à un volume final prédéterminé plus important, l'impor- tance de l'érosion nécessaire dans chaque cas étant déter- minée par une valeur finale préalablement établie d'un pa- ramètre électrique intervenant lors de l'usinage. 2. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que l'outil ( 11) et la pièce d'oeuvre ( 10) sont disposés à une distance fixe et définie l'un par rap- port à l'autre, le niveau de la tension électrique d'usi- nage (V) étant maintenu à une valeur prédéterminée en pra- tique constante, tandis qu'une valeur terminale préalable- ment définie du courant d'électrolyse (A) est détectée par une technique de mesure pour délimiter l'érosion électro- chimique. 3. Procédé selon la revendication 1, carac- térisé en ce que, l'outil ( 11 il) et la pièce d'oeuvre ( 10) étant dans des positions fixes prédéterminées, on déter- mine tout d'abord la résistance électrique entre l'élec- trode-outil ( 11) et la pièce d'oeuvre ( 10) comme mesures ( 15) pour l'érosion nécessaire dans chaque cas, cependant que dans le processus d'usinage électrochimique qui s'en suit, une érosion correspondant à la résistance mesurée s'effectue par prédétermination du produit ou de la valeur d'intégration du courant d'électrolyse et du temps. 9._ 4. Procédé selon la revendication 3, carac- térisé en ce que l'érosion s'effectue avec une électrode- outil ( 11) fixe. 5. Procédé selon la revendication 3 carac- térisé en ce que l'électrode-outil ( 11) est déplacée en direction de la pièce d'oeuvre ( 10) avec une érosion pro- gressive. 6. Procédé selon la revendication 3, 4 ou , caractérisé en ce que la mesure de la résistance élec- trique ( 15) s'effectue avec une tension continue réduite. 7. Procédé selon la revendication 3, 4 ou , caractérisé en ce que la mesure de la résistance élec- trique ( 15) s'effectue avec une tension alternative à haute fréquence. 8 Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'électrode-outil ( 11) est amenée tout d'abord dans une position de pré-usinage ( 16) pour enlever d'éventuelles aspérités sur la pièce d'oeuvre ( 10) et seulement ensuite est amenée dans la po- sition d'usinage fixe proprement dite ou bien dans la po- sition de départ pour l'usinage avec avancement de l'outil.