L’ETINCELAGE CHERCHE DE NOUVELLES LIMITES ET APPLICATIONS

L’ELECTRONIQUE ET LA NUMERISATION A LA BASE D’UNE RENAISSANCE

L’étincelage a le vent en poupe. Guère surprenant estiment les initiés, le processus est apprécié depuis toujours grâce à l’intelligence de la technique. Aucune autre technologie d’usinage utilise en effet l’outil pour un alignement précis, change les paramètres de façon autonome dans des tolérances étroites en fonction du contour, connaît depuis longtemps le réglage adaptatif et l’intelligence artificielle, et mise encore sur le fonctionnement sans intervention dans la phase d’auto-apprentissage. L’électro-érosion comme usinage métallique sans contact se cherche de nouvelles limites et applications grâce à la tendance de la numérisation.

19 janvier 2018

EDM A LE VENT EN POUPE

Si les pour et les contre de l’étincelage sont bien connus, le processus alternatif a connu d’immenses progrès ces dernières décennies. Depuis plus de soixante ans, les pionniers, dont des technologues hollandais et belges, s’efforcent d’éliminer les défauts majeurs de l’EDM (Electric Discharge Machining): un enlèvement de matière relativement faible et une usure indésirable de l’électrode, par l’augmentation de la productivité et de l’efficacité. Initialement, au départ de la construction de machines et de l’électrotechnique, actuellement via l’électronique et le logiciel. Les technologues en étincelage expérimentés optimisent les possibilités fonctionnelles de l’enfonçage. C‘est possible – malgré les nombreux réglages qui influencent le travail – avec des sets d’étincelage spécifiques issus de la mémoire CNC: respectivement pour le meil­leur aspect de surface, une précision optimale ou une vitesse pure. On mise avec plus d’intelligence sur ces possibilités avec la commande de processus numérique dans et autour de l’espace d’étincelage traversé par un liquide diélectrique. Dès lors, l’étincelage reste – comme processus accepté, réputé très précis (>1 µm position, ± 2 µm dimension) – indispensable en ce début 2018 dans de nombreuses applications pour pièce unique ou petite série. Si chaque nouveau développement repousse les limites, le potentiel maximal n’est pas encore atteint estiment les spécialistes. Dans toutes les variantes – érosion, coupage, perçage, redressage et rectification –, le processus est plus fiable, plus prévisible et plus rapide que jamais. Nous notons que la numérisation croissante relance l’EDM. Juste à temps pour réagir à la croissance des moteurs à réaction et à l’e-mobilité avec la demande croissante de véhicules électriques.

FONCTIONNALITE ACCRUE GRACE A
LA COMMANDE A IMPULSION NUMERIQUE

Les dernières générations de machines pour EDM comportent environ 90% de composants électriques ou électroniques. De plus en plus de systèmes logiciels ‘ouverts’ permettent à des utilisateurs autorisés d’ajuster des paramètres de base pertinents pour perfectionner la technologie propre à l’entreprise. Le volume d’expertise technologique et stratégique issue de la pratique met à disposition une énorme banque de données. Ceci initie de nouveaux développements, liés aux récentes machines à régulation dynamique, systèmes de suivi et nombreux capteurs dans des agrégats mécaniques, électroniques et hydrauliques et des générateurs numériques avancés.

DE PLUS EN PLUS INTELLIGENT

Le ‘smart’ est de plus en plus explicitement mis en valeur dans l’étincelage. Habituellement, les générateurs avancés répriment les impulsions incorrectes telles que le court-circuit, les arcs électriques et la décharge latérale. Cette tendance aux conditions instables est détectée de façon numérique et réprimée de façon pressante pour éliminer les perturbations. De tout temps, on a utilisé astucieusement le réglage d’espace servocommandé dynamique en vue d’un alignement précis de l’électrode sur les substrats conducteurs électriques, exécuter des cycles de mesure et usiner ensuite (par étincelage) de façon précise. Quelles que soient la dureté, la résistance à la chaleur, l’usinabilité et la résistance à l’usure. Lors du dernier EMO, nous avons vu des bobines d’électro-érosion par fil intelligentes
– avec feed-back des données sur le fil apparemment infini de Ø 10 – Ø 20 µm (limite inférieure) à Ø 330 µm (limite supérieure). La commande par tablette ou smartphone du programme d’étincelage CNC – éventuellement à distance – comprend aujourd’hui, en plus de la surveillance de processus (pression de bobine et réglage du débit), la signalisation de service et des mises à jour.

COMMANDE NUMERIQUE

Vers 1980, l’EDM (l’électro-érosion par enfonçage en particulier) a été fortement soutenu par l’accouplement à la commande CNC de la machine. Entre-temps, l’usage a été facilité et optimisé en misant sur les technologies, stratégies et axes principaux dynamiques. Songez aux possibilités de mouvement perfectionnées (angulaire, planétaire et hélicoïdal etc.). La dernière génération de commandes CNC numériques et de générateurs dispose de formes d’impulsion ultra courtes et non conventionnelles programmables et mieux réglables par paramètre, et de fils d’apport les plus courts possibles vers l’espace de travail (chez Mitsubishi Electric déjà un câblage en fibre optique sans perturbation). Tous ces développements convergent vers une plus grande efficacité des amorçages, minimisent l’usure de l’électrode et améliorent la productivité, la qualité et l’aspect de surface. De plus, l’évolution de l’étincelage peut être surveillée au niveau impulsion et détaillée en temps réel dans une disposition numérique, tant pour le processus d’impulsion et le contour que la qualité finale. Une preuve convaincante des avantages de l’évolution est l’acceptation fortement accrue dans la branche médicale et les secteurs aéronautique et aérospatiale.

PERCER PAR ETINCELAGE NEW LOOK

Ce qui a débuté comme perçage EDM sans liquide d’étincelage dans un pur mode enfonçage (‘hole burning’) a vite changé en perçage par étincelage (Electrical Discharge Drilling), associé à la rotation (≤ 1.000 min-1) et à un diélectrique avec ou sans ajout. Des électrodes creuses ont dynamisé, avec un rinçage haute pression interne, les machines de perçage par étincelage HS isolées. Les ‘diables de perçage’ qui satisfont de façon optimale à la fabrication de trous de départ. Une seule marque japonaise propose l’intégration d’une tête d’étincelage pour trou de départ en option. La machine Seibu W-EDM perce rapidement en un seul serrage et sans intervention des trous de départ sur position, amène le fil automatiquement (aussi après cassure du fil) et coupe le profilé avec précision. Les machines d’étincelage avec auto-
apprentissage et auto-contrôle offrent des perspectives d’avenir. Les systèmes autonomes se sauvent en peu de temps avec un peu d’aide. Après de simples usinages, un CNC avancé en tant qu’opérateur virtuel à grande capacité de calcul parvient à un résultat final réellement ‘cutting edge’ par la répétition d’usinages plus complexes à une vitesse inconnue. Ceci par des systèmes d’expertise, la mise en commun de données actuelles et d’infos de la banque de données, des codes de conduite généraux et des algorithmes de calcul comme analyse.

VARIANTE EDM INDUSTRIELLE

La répression contrôlée des dégâts tels que
les effets d’entrée/sortie et la détection de la sortie de l’électrode de tube est standard. Ceci permet d’éviter de percer la paroi opposée tandis que les particules enlevées par étincelage se précipitent moins sur les éléments de géométrie environnants. Plusieurs fabricants de machines, comme Makino (EDBV-3 et -8) et Posalux (Microfor 4), ont réputé pour leurs dispositions EDD multi-axiales professionnelles. Celles-ci exécutent en continu dans la production – avec ou sans automati­sation poussée – des perçages (de profilé) successifs, mesures comprises. Heun a aussi présenté (voir photo ci-dessous) en option un système de vision in-proces intégré (également intégrable par la suite). Une telle caméra (de Keyence) mesure et analyse en relation avec un système de traitement des images différents aspects qualitatifs en temps réel, tels que la position et le contour, reconnaît des modèles de trous et signale les erreurs de perçage.

ENCORE DES MACHINES XXL

Les machines d’étincelage géantes (aux dimensions de piscine avec électrodes pré­formées) ont quasi disparu. Mais plusieurs fabricants commercialisent des types ou versions de plus grande taille avec des axes principaux allongés, surtout dans le sens vertical. L’espagnol ONA livre la QX, l’une des machines d’étincelage les plus grandes du monde dans une exécution peu usuelle avec une double tête verticale, comme en livre toujours Makino. Sodick a introduit au salon EMO la VL600QH avec une option rotation/ pivotement ITS à deux axes, sur laquelle la hauteur de l’axe Z a été rehaussée de maximum 500 mm. GF Machining Solutions a lancé le
plus grand modèle Cut 1250 de la nouvelle série P. Celui-ci tourne com­plètement sur une plate-forme CNC identique – avec soutien PC et EtherCAT – de Beckhoff, reliée en interne et en externe. La coiffe est à nouveau entièrement fermée sur les machines d’étincelage, comme sur la dernière Eagle G5 d’OPS Ingersoll, il est vrai avec une face avant transparente. Le fabricant revendique l’avantage de fluctuations de température plus faibles dans la zone d’étincelage avec une plus grande pré­cision. La sécurité s’améliore grâce à la plus grande efficacité de l’aspiration des vapeurs et au risque minime d’entrer en contact avec des parties sous tension ou le diélectrique.

ETINCELAGE UNIVERSEL MULTI-AXIAL

Dans le W-EDM apparaît uniquement la configuration avec fil vertical pour la découpe cinq à sept axes (en partie simultanément) au moyen d’un régime d’axes X, Y, Z, U, V, A ou B et C. Les progiciels aident à constater et à préparer automatiquement de façon approfondie les contours d’électro-érosion par fil pour réaliser rapidement un programme de coupe avec le système expert. La simulation préalable garantit un cycle pratique sans problèmes qui correspond quasi à la réalité, ce qui garantit le ‘first time right’. Des options de rotation/indexation et de pivotement permettent de façon étonnamment simple de découper des géométries complexes comme le commutateur tournant d’un tuyau. Quelques progiciels prévoient également la construction (partiellement) automatique d’électrodes pour l’étincelage. Ces contours 3D-CAO sont pré­sélectionnés, sans l’intervention du programmeur, et déduits des éléments de pièces numériques à étinceler et si souhaité accouplés au support d’électrode préféré.

ELECTRO-EROSION FIL AUTOMATIQUE

Il y a vingt ans, deux pionniers de l’étincelage avaient déjà travaillé de façon entièrement automatique dans quelques applications de niche bien développées. En principe, la découpe par étincelage se prête parfaitement à la production grâce à l‘imbrication horizontale et verticale. Or cette réalisation d’une chaîne entièrement maîtrisée 24/7 connaît quelques facteurs perturbants comme le déchet et la cassure du fil. Bien qu’une machine d’électro-érosion par fil coupe avec une relative lenteur, elle procure toutefois un gain par rapport à l’usinage complet quand il faut enlever le matériau résiduel coupé. La condition est un arrêt planifié pour fixer le déchet (‘slug’) de façon manuelle avec de la colle, des cales ou des aimants et l’enlever à la fin du cycle de coupe. La découpe sans déchets est possible mais prend beaucoup de temps. On voit également le dépôt sur de minces ponts de liaison et leur cassure à la main. Entre-temps, l’adhésion par ‘mini-soudures’ est fré­quente. Récemment, GFMS a présenté
un pick-up ASM moderne pour l’étincelage 24/7 utilisant des puces RFID. L’unité Automatic Slug Management brevetée pivote automatiquement dans la position souhaitée juste au-dessus de la pièce. Avec l’air comprimé, le fabricant suisse crée un effet Bernoulli qui aspire le résidu, éliminé ensuite de la zone d’étincelage sans contact sous la gestion d’un capteur. GF Machining Solutions livre un système d’amenée de fil duo en vue d’une électro-érosion par fil plus rapide avec deux fils sélectionnés selon leur type (nu ou recouvert) ou diamètre (épais ou mince). Ces extra pratiques s’inscrivent dans le cadre de l‘usinage autonome de plus en plus numérique du futur. L’introduction autonome impeccable de l’électrode après une cassure de fil est aujourd’hui standard sur les machines W-EDM. Cet automatisme a été perfectionné au point de ne plus devoir revenir au dernier trou de départ; l’étroite fente de coupe suffit.

AFFUTER ET PROFILER

L’électro-érosion par fil concurrence la rectification et le redressage de cBN à fine granulométrie et de disques
de meulage diamantés. La liaison métallique assure la conductibilité électrique essentielle. Ces outils abrasifs non auto-affûteurs peuvent meuler lisse et avec précision un matériau de grande qualité. L’inconvénient (redressage intermédiaire difficile) a été résolu en confiant la réparation de profil et l’affûtage à des fabricants de disques. Des fabricants tels que EWAG, Walter et Vollmer livrent des machines d’électro-érosion par fil et par enfonçage pour outils de coupe à rotation symétrique et plaquettes avec une option d’automatisation modulaire pour fabriquer ceux-ci avec cinq axes simultanés pendant de longues périodes en carbure métallique très demandé et diamant polycristallin.

RATTRAPAGE DU MICRO-ETINCELAGE

Le micro-usinage et l’usinage de précision ont connu une croissance considérable. µ-EDM cadre parfaitement avec les profilés et rayons les plus petits possibles, et les électrodes les plus minces pour les détails et microstructures les plus fins. En ce moment, seul un nombre limité de constructeurs de machines commercialise des appareils de micro-étincelage spé­cifiques de dernière génération. Néanmoins l’adoption critique d’électrodes et de pièces fragiles est drastiquement facilitée par l’introduction de nouveaux développements au salon EMO L’un d’entre eux est, après le système de référence Matrix avec open center, l’arrivée d’une petite disposition indexable librement réglable System 3R pour, surtout, l’électro-érosion par fil de précision. Une lecture numérique compacte donne avec une extrême précision l’angle sous lequel la pièce est réglée. Un joli échantillon d’automatisation à la page est l’intégration d’un cobot industriel sur les modèles conçus pour le micro-étincelage du suisse Sarix avec générateur Pulsar5. Ces machines peuvent même fabriquer des micro-électrodes et percer jusqu’à Ø 50 µm. La configuration du SX100 Cobot est réussie avec une empreinte extrêmement petite et sans perte dans la portée de travail.