Chapitre 8 : Procédés non conventionnels Plan du chapitre : Procédés de découpe Découpe au laser Découpe au jet d’eau Découpe au jet plasma Procédés d’érosion Electroérosion Usinage chimique

Exemples de pièces (a) (b) Exemples de pièces réalisées par des procédés non conventionnels. Ces pièces sont ainsi réalisées car il serait soit difficile de les mettre en forme, soit cela ne se justifierait pas sur le plan économique. (a) Feuille coupée au rayon laser. (b) Roue dentée microscopique dont le diamètre est de l’ordre de 100 µ.

Procédés de découpe Choix du procédé selon : Nature du matériau Epaisseur Qualité de la découpe Coût de production Quantité à produire Outillage spécifique

Procédés de découpe Découpe au laser (1) (d) Métal (a) Illustration du processus de découpe au laser. (b) et (c) Exemples de trous produit dans des pièces non-métalliques. (d) Découpe d’un tube métallique.

Procédés de découpe Découpe au laser (1) Faisceau : -Puissance ou intensité -Longueur d’onde -Durée d’impulsion - du faisceau Buse : - de sortie -Forme du canal -Distance pièce/buse Matériau : -Réflectivité -Etat de surface -Diffusivité thermique -Masse volumique -Chaleur spécifique -Température de fusion -Température de vaporisation -Vitesse de déplacement Lentille : -Focale f -Matière -Profondeur du foyer - de la tâche focale Gaz d’assistance : -Nature -Pression -Débit Découpe thermique Gaz d’assistance (CO2) Laser à haute densité d’énergie le plus souvent YAG (Yttrium Aluminium Garnet) Puissance : 2 à 15 kW Précision : 1/10e mm Vdécoupe max : 40 m/min Fdécoupe = 0 N e < 25 mm (aciers) e < 30 mm (bois, plastique, …)

Procédés de découpe Découpe au laser (2) Machines CNC Table de travail : 2 à 4 m Vdécoupe dépend de la rigidité dynamique de la machine Investissement élevé Distance buse – pièce constante Machine 5 axes permet découpe 3D

Procédés de découpe Découpe au laser (3) Puissance laser Matériaux usinés < 1000 W Matériaux métalliques Acier en tôles minces Métaux frittés Matériaux non métalliques Composite, plastique, bois, fibres synthétiques, cuir, carton, papier. 1000 à 2000 W Acier en tôles épaisses (20 mm) Plastique, composite > 2000 W Acier blindé, pièces tubulaires, …

Procédés de découpe Découpe au laser (4) Procédé utilisable pour pratiquement tous les matériaux sauf : Matériaux réfléchissants (Al, Cu) Matériaux sensibles à la chaleur (tissus) Matériaux toxiques (émanations nocives)

Procédés de découpe Découpe au laser Découpe au jet d’eau Découpe au jet plasma Procédés d’érosion Electroérosion Usinage chimique

Procédés de découpe Découpe au jet d’eau (1) Eau filtrée p = 2800 à 4000 bars dbuse = 0.05 … 0.5 mm veau = 1000 m/s vavance = 30 m/min

Procédés de découpe Découpe au jet d’eau (2) Machine CNC 2 axes Exemples de pièces

Procédés de découpe Découpe au jet d’eau + abrasif (3) Pour des matériaux plus durs

Procédés de découpe Découpe au jet d’eau + abrasif (4)

Procédés de découpe Découpe au jet d’eau (5)

Procédés de découpe Découpe au laser Découpe au jet d’eau Découpe au jet plasma Procédés d’érosion Electroérosion Usinage chimique

Procédés de découpe Découpe au jet plasma (1) Mouvement de la découpe Pièce en fusion Projection de métal en fusion Gaz Tuyères Jet de plasma Electrode infusible (tungstène) Gaz chaud (plasmagène) Pièce Arc électrique Ionisation d’un gaz Ddp donne plasma Fusion de la matière Expulsion hors de la saignée T = 3000°C Gaz : air comprimé, Ar-O2, H2 Découpe régulière Qualité = celle de la découpe au laser

Procédés de découpe Découpe au jet plasma (2) Machines CNC Gestion de v, a en fct des trajectoires + distance buse – pièce et Q du gaz Métaux conducteurs e < 50 mm vdécoupe : 1 à 6 m/min

Procédés de découpe Découpe au laser Découpe au jet d’eau Découpe au jet plasma Procédés d’érosion Electroérosion Usinage chimique

Procédés d’érosion Electroérosion (1) Usinage par enlèvement de matière : Enfonçage avec outil de forme Découpe avec outil-fil

Procédés d’érosion Electroérosion (2) Enlèvement de matière par décharge électrique entre la pièce et l’outil immergées dans un isolant (diélectrique) Pièce conductrice ! Diélectrique : pétrole ou huile pour outil de forme eau dé-ionisée pour électroérosion à fil

Procédés d’érosion Electroérosion (3) 1. Concentrations de charges électriques e- forment un canal ionisé 2. e- accélérés par champ électrique Zone de plasma Création Projection de la Matière érodée 7000 à 8000°C d’un cratère matière fondue se solidifie

Procédés d’érosion Electroérosion (4) Facteurs de l’érosion : Polarité Conductivité thermique de l’électrode et de la pièce Durée et intensité de la décharge électrique Diélectrique Caractéristiques des machines EDM : Usinage de matériaux conducteurs Même matériaux durs F = 0 N Lent Obligatoirement CNC

Procédés d’érosion Electroérosion (5) EDM enfonçage EDM fil Usinage de cavités borgnes Outil en Cu ou Cgraphite Diélectrique : pétrole, huile Faible usure de l’outil Découpage de poinçons Fil en laiton recouvert de Zn Diélectrique : eau dé-ionisée Forte usure de l’outil

Procédés d’érosion Electroérosion (6) Chaîne CAO – FAO – MOCN (CAD-CAM-CNC) Système « expert » afin de définir la suite des régimes optimaux Production d’outillage de forme (moules, matrices, poinçons) Production en petite série de pièces prototypes de précision Production de pièces en matériau réfractaire Production de pièces de formes d’intérieur

Procédés de découpe Découpe au laser Découpe au jet d’eau Découpe au jet plasma Procédés d’érosion Electroérosion Usinage chimique

Procédés d’érosion Usinage chimique (1) Enlèvement de matière par corrosion Acide à 80 °C Processus lent : quelques 1/10e mm/h

Procédés d’érosion Usinage chimique (2) Bain doit être régénéré Rinçage nécessaire Fmécanique = 0 N Pièce doit être dégraissée, rincée et séchée Masquage des parties ne devant pas être érodées (couche de néoprène) Sous-dimensionnement des parties non masquées

Procédés d’érosion Usinage chimique (3) Usinage de pièces diverses Pièces de petites ou grandes dimensions

Procédés d’érosion Usinage chimique (4)