Méthodes électrophysiques pour le traitement des métaux

L'utilisation généralisée de matériaux difficiles à usiner pour la production de pièces de machines, la complexité de la conception de ces pièces, combinées aux exigences croissantes de réduction des coûts et d'augmentation de la productivité, ont conduit au développement et à l'adoption de méthodes de traitement électrophysiques.

Les méthodes électrophysiques de traitement des métaux sont basées sur l'utilisation de phénomènes spécifiques résultant de l'action du courant électrique pour enlever de la matière ou modifier la forme de la pièce.

Le principal avantage des méthodes électrophysiques de traitement des métaux est la possibilité de les utiliser pour modifier la forme de pièces en matériaux qui ne peuvent pas être traités par découpe, et ces méthodes sont traitées dans des conditions de forces minimales ou en leur absence totale.

Un avantage important des méthodes électrophysiques pour le traitement des métaux est l'indépendance de la productivité de la plupart d'entre eux par rapport à la dureté et à la fragilité du matériau traité.L'intensité de travail et la durée de ces méthodes de traitement de matériaux à dureté accrue (HB> 400) sont inférieures à l'intensité de travail et à la durée de coupe.

Les méthodes électrophysiques de traitement des métaux couvrent presque toutes les opérations d'usinage et ne sont pas inférieures à la plupart d'entre elles en termes de rugosité et de précision de traitement.

Traitement par décharge électrique des métaux

Le traitement par décharge électrique est un type de traitement électrophysique et se caractérise par le fait que des modifications de la forme, de la taille et de la qualité de surface de la pièce se produisent sous l'influence des décharges électriques.

Les décharges électriques se produisent lorsqu'un courant électrique pulsé traverse un espace de 0,01 à 0,05 mm de large entre l'électrode de la pièce et l'électrode de l'outil. Sous l'influence des décharges électriques, le matériau de la pièce fond, se vaporise et est retiré de l'espace entre les électrodes à l'état liquide ou vapeur. Des processus similaires de destruction des électrodes (détails) sont appelés érosion électrique.

Pour améliorer l'érosion électrique, l'espace entre la pièce et l'électrode est rempli d'un liquide diélectrique (kérosène, huile minérale, eau distillée). Lorsque la tension d'électrode est égale à la tension de claquage, un canal conducteur est formé au milieu entre l'électrode et la pièce sous la forme d'une région cylindrique remplie de plasma avec une petite section transversale avec une densité de courant de 8000-10000 A /mm2. La densité de courant élevée, maintenue pendant 10-5 — 10-8 s, assure une température de la surface de la pièce jusqu'à 10 000 — 12 000˚C.

Le métal retiré de la surface de la pièce est refroidi avec un liquide diélectrique et se solidifie sous forme de granulés sphériques d'un diamètre de 0,01 à 0,005 mm.A chaque instant suivant, une impulsion de courant perce l'espace inter-électrodes à l'endroit où l'espace entre les électrodes est le plus faible. L'alimentation continue d'impulsions de courant et l'approche automatique de l'électrode d'outil à l'électrode de pièce assurent une érosion continue jusqu'à ce qu'une taille de pièce prédéterminée soit atteinte ou que tout le métal de la pièce dans l'espace interélectrode soit éliminé.

Les modes de traitement de décharge électrique sont divisés en étincelle électrique et impulsion électrique.

Modes d'électrospar caractérisés par l'utilisation de décharges d'étincelles de courte durée (10-5 ... 10-7s) avec une polarité droite de connexion des électrodes (détail "+", outil "-").

En fonction de la force des décharges d'étincelles, les modes sont divisés en dur et moyen (pour le traitement préliminaire), doux et extrêmement doux (pour le traitement final). L'utilisation de modes doux permet une déviation des dimensions de la pièce jusqu'à 0,002 mm avec un paramètre de rugosité de la surface traitée Ra = 0,01 μm. Les modes d'étincelles électriques sont utilisés dans le traitement des alliages durs, des métaux et alliages difficiles à usiner, du tantale, du molybdène, du tungstène, etc. Ils traitent des trous débouchants et profonds de n'importe quelle section, des trous avec des axes courbes; à l'aide d'électrodes en fil et en ruban, découper des pièces dans des flans de tôle; dents et fils ébréchés; les pièces sont polies et marquées.

Pour effectuer le traitement en mode électroétincelle, on utilise des machines (voir fig.), équipées de générateurs RC, constitués d'un circuit chargé et déchargé.Le circuit de charge comprend un condensateur C, qui est chargé à travers une résistance R à partir d'une source de courant avec une tension de 100-200 V, et les électrodes 1 (outil) et 2 (partie) sont connectées au circuit de décharge en parallèle avec le condensateur C

Dès que la tension sur les électrodes atteint la tension de claquage, une décharge d'étincelle d'énergie accumulée dans le condensateur C se produit à travers l'espace interélectrodes.L'efficacité du processus d'érosion peut être augmentée en réduisant la résistance R.La constance de l'espace interélectrodes est maintenu par un système de suivi spécial, qui contrôle le mécanisme de mouvement d'alimentation automatique d'un outil en cuivre, laiton ou carbone.

Machine à étincelle électrique :

Découpe électro-étincelante d'engrenages à engrènement intérieur :

Modes d'impulsions électriques caractérisés par l'utilisation d'impulsions de longue durée (0,5 ... 10 s), correspondant à une décharge en arc entre les électrodes et une destruction plus intense de la cathode. À cet égard, dans les modes d'impulsions électriques, la cathode est connectée à la pièce à usiner, ce qui offre des performances d'érosion plus élevées (8 à 10 fois) et moins d'usure de l'outil que dans les modes d'étincelles électriques.

Le domaine d'application le plus opportun des modes d'impulsions électriques est le traitement préliminaire de pièces de formes complexes (matrices, turbines, aubes, etc.) en alliages et aciers difficiles à traiter.

Les modes d'impulsions électriques sont mis en œuvre par des installations (voir fig.), dans lesquelles des impulsions unipolaires provenant d'une machine électrique 3 ou générateur électronique… L'émergence d'E.D.S.l'induction dans un corps aimanté se déplaçant d'un certain angle par rapport à la direction de l'axe d'aimantation permet d'obtenir un courant de plus grande amplitude.

Radiothérapie des métaux

Les types d'usinage par rayonnement en génie mécanique sont l'usinage par faisceau d'électrons ou par faisceau lumineux.

Le traitement par faisceau d'électrons des métaux est basé sur l'effet thermique d'un flux d'électrons en mouvement sur le matériau traité, qui fond et s'évapore sur le site de traitement. Un échauffement aussi intense est dû au fait que l'énergie cinétique des électrons en mouvement, lorsqu'ils frappent la surface de la pièce, est presque complètement transformée en énergie thermique qui, concentrée sur une petite surface (pas plus de 10 microns), provoque chauffer jusqu'à 6000˚C.

Pendant le traitement dimensionnel, comme on le sait, il y a un effet local sur le matériau traité, qui pendant le traitement par faisceau d'électrons est fourni par un mode impulsionnel de flux d'électrons avec une durée d'impulsion de 10-4 ... 10-6 s et une fréquence de f = 50 … 5000 Hz.

La forte concentration d'énergie pendant l'usinage par faisceau d'électrons en combinaison avec l'action des impulsions fournit des conditions d'usinage où la surface de la pièce située à une distance de 1 micron du bord du faisceau d'électrons est chauffée à 300˚C. Cela permet d'utiliser l'usinage par faisceau d'électrons pour découper des pièces, fabriquer des feuilles de treillis, découper des rainures et usiner des trous de 1 à 10 microns de diamètre dans des pièces fabriquées à partir de matériaux difficiles à usiner.

Des dispositifs à vide spéciaux, appelés canons à électrons (voir fig.), sont utilisés comme équipement pour le traitement par faisceau d'électrons.Ils génèrent, accélèrent et focalisent un faisceau d'électrons. Le canon à électrons est constitué d'une chambre à vide 4 (avec un vide de 133 × 10-4), dans laquelle est installée une cathode en tungstène 2, alimentée par une source haute tension 1, qui assure l'émission d'électrons libres accélérés par un champ électrique créé entre la cathode 2 et la membrane anodique 3.

Le faisceau d'électrons traverse ensuite un système de lentilles magnétiques 9, 6, un dispositif d'alignement électrique 5 et est focalisé sur la surface de la pièce 7 montée sur la table de coordonnées 8. Le mode de fonctionnement pulsé du canon à électrons est assuré par un système composé d'un générateur d'impulsions 10 et d'un transformateur 11.

Un procédé de traitement par faisceau lumineux est basé sur l'utilisation des effets thermiques du faisceau lumineux émis à haute énergie générateur quantique optique (laser) à la surface de la pièce.

Le traitement dimensionnel à l'aide de lasers consiste en la formation de trous d'un diamètre de 0,5 ... 10 microns dans des matériaux difficiles à traiter, la production de réseaux, la découpe de tôles à partir de pièces profilées complexes, etc.