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FABRICATION MECANIQUE
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Cours de Fabrication Mécanique, S4 Technologie, Université de M'silaDr: Debih Ali
Chapitre 4 : Procédés non conventionnels 3 semaines
Généralités, Différentes techniques d’usinage (Electro érosion, Electrochimique,
Ultrason, Bombardement électronique, Laser), Avantages.
Chapitre IV : Procédés non conventionnels
IV.1. Généralités
On parlera d’usinages non conventionnels en référence à des usinages ne faisant pas appel à la « coupe des
métaux ». Par contre aux procèdes conventionnels qui mettent en jeu, pour l’enlèvement de copeaux, des
efforts de coupe importants, deviennent difficiles pour l’usinage des matériaux durs ne permettent pas
l’obtention des formes complexes. Les procédés d’usinage non conventionnels ne nécessitent
pratiquement aucun effort de coupe, mais leurs débits de matière enlevée est très faible comparativement
au dédit de tournage par exemple. Cependant dans certains cas, seuls les usinages modernes peuvent être
envisagés (par exemple, usinage des pièces de faibles dimensions, ou pièces très dures). Ces procédés
comportent:
· Le procédé d’usinage par électroérosion repose sur le fait que l’étincelle électrique éclatant entre
deux conducteurs séparés par un fluide diélectrique produit une érosion préférentielle de l’anode,
du fait d’un échauffement intense entraînant fusion et vaporisation. La cathode confère ainsi peu
à peu sa forme à l’anode.
Une variante très utilisée pour découper des pièces en plaques consiste à utiliser comme cathode
un fil (découpe par électroérosion à fil). C’est actuellement le plus important des procédés
physicochimiques, car il permet, pour un coût raisonnable, l’usinage de matériaux métalliques
très utilisés, mais de très faible usinabilité pour les procédés de coupe comme les matériaux à
outils ou la réalisation de formes très complexes (moules de fonderie ou d’injection).
· L’usinage par jet fluide met en jeu des fluides de natures diverses :
v flamme d’un chalumeau en oxycoupage ;
v gaz ionisé d’un plasma ;
v faisceau de lumière cohérente du laser ;
v faisceau d’électrons en bombardement électronique (plus rare).
Dans tous les cas, l’impact du jet échauffe fortement la pièce, permettant le perçage ou la découpe de
matériaux en feuilles ou plaques plus ou moins épaisses.
L’impact d’un jet d’eau à grande vitesse permet de réaliser des opérations similaires sur des matériaux
peu consistants comme les tissus ou le papier, l’addition de particules abrasives permettant l’usinage des
matériaux plus durs et/ou fragiles comme les métaux ou les céramiques.
IV.2. Principe d'usinage par électroérosion
L’usinage par électroérosion s’opère dans un liquide diélectrique : on applique entre les électrodes une
tension qui est plus grande que la tension de claquage, fixée par le pouvoir isolant du diélectrique et la
distance des électrodes (figure III.10). On observe trois phases : (figure III.11)
· l’initiation de la décharge, appelée phase d’ionisation; sous l’action du champ électrique, il se
forme, par ionisation du diélectrique, un canal conducteur entre les deux électrodes.
L’ionisation a lieu là où le champ électrique atteint une intensité maximale. Cette phase
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d’ionisation correspond à la rupture diélectrique et ne dure qu’un temps très bref (10 à 100 ns)
par rapport à la décharge. Le canal conducteur est formé d’un plasma, gaz qui subit une ionisation
à très haute température (3 000 à 12000 K). Ce plasma est constitué par des atomes métalliques
évaporés aux électrodes, des ions M et des électrons. Ces particules sont créées par les chocs
violents que subissent les atomes portés à haute température, cette haute température résultant
elle-même de l’échauffement du milieu provoqué par les chocs entre particules et atomes ;
· la fusion et la vaporisation de la matière: pendant cette phase active, l’intensité du courant
croît et la tension diminue.
Pendant quelques microsecondes à quelques millisecondes, les particules attirées par les deux
électrodes vont y libérer leur énergie cinétique et y provoquer un échauffement très important.
Les particules positives et négatives se dirigent respectivement vers la cathode et l’anode. La
décharge est fortement concentrée dans un canal de petite section, et il en résulte des densités de
courant très élevées, de l’ordre de 106 A/cm2. Celles-ci entraînent des effets physico- thermiques
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importants : l’échauffement local des électrodes, la fusion et la vaporisation des matériaux qui les
constituent, la dégradation du diélectrique. Des poches de matière fondue apparaissent aux deux
électrodes. Autour du canal de plasma est créée une bulle de gaz et une onde de choc se propage
radialement dans le liquide. La bulle de vapeur croît de manière importante ;
· l’éjection de la matière: le circuit électrique est coupé, la bulle de vapeur se trouve entourée de
liquide et de solides froids. À ce moment, la température dans la bulle de plasma est de 3 000 à 20
000 K. Des échanges thermodynamiques violents ont lieu. La fin de la décharge est traduite par un
effet hydrodynamique : la cavité croît jusqu’à ce que sa pression interne soit minimale, puis sous
l’effet de la pression hydrostatique du diélectrique, son volume diminue. Elle se scinde alors en
deux parties. Le front de fusion des matériaux des électrodes régresse. Les deux bulles implosent.
Une partie du métal encore à l’état liquide est éjectée sous l’impact du liquide diélectrique qui a
acquis une grande énergie cinétique durant l’implosion de la cavité.
Le métal fondu éjecté se retrouve au sein du diélectrique sous la forme de petites sphérules [28]
et laisse un cratère sur chaque électrode. La partie de métal fondu non arrachée solidifie sur
place. [17]
Figure III.10. Principe de l’électroérosion [17].
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