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Some of the valuable NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING processes AGS-TECH Inc offers are ELECTROCHEMICAL MACHINING (ECM), SHAPED-TUBE ELECTROLYTIC MACHINING (STEM) , USINAGE ÉLECTROCHIMIQUE PULSÉ (PECM), RECTIFICATION ÉLECTROCHIMIQUE (ECG), PROCÉDÉS D'USINAGE HYBRIDES.

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L'USINAGE ÉLECTROCHIMIQUE (ECM) est une technique de fabrication non conventionnelle où le métal est éliminé par un procédé électrochimique. L'ECM est généralement une technique de production de masse, utilisée pour l'usinage de matériaux extrêmement durs et difficiles à usiner à l'aide des méthodes de fabrication conventionnelles. Les systèmes d'usinage électrochimique que nous utilisons pour la production sont des centres d'usinage à commande numérique avec des cadences de production élevées, une flexibilité, une parfaite maîtrise des tolérances dimensionnelles. L'usinage électrochimique est capable de couper des angles petits et de forme irrégulière, des contours complexes ou des cavités dans des métaux durs et exotiques comme les aluminures de titane, l'Inconel, le Waspaloy et les alliages à haute teneur en nickel, cobalt et rhénium. Les géométries externes et internes peuvent être usinées. Des modifications du processus d'usinage électrochimique sont utilisées pour des opérations telles que le tournage, le surfaçage, le rainurage, la trépanation, le profilage où l'électrode devient l'outil de coupe. Le taux d'enlèvement de métal est uniquement fonction du taux d'échange d'ions et n'est pas affecté par la résistance, la dureté ou la ténacité de la pièce. Malheureusement, la méthode d'usinage électrochimique (ECM) est limitée aux matériaux électriquement conducteurs. Un autre point important à considérer lors du déploiement de la technique ECM est de comparer les propriétés mécaniques des pièces produites avec celles produites par d'autres méthodes d'usinage.

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L'ECM enlève de la matière au lieu de l'ajouter et est donc parfois appelée « galvanoplastie inversée ». Il ressemble à certains égards à l'usinage par décharge électrique (EDM) en ce sens qu'un courant élevé est passé entre une électrode et la pièce, à travers un processus d'enlèvement de matière électrolytique ayant une électrode chargée négativement (cathode), un fluide conducteur (électrolyte) et un pièce conductrice (anode). L'électrolyte agit comme porteur de courant et est une solution de sel inorganique hautement conductrice comme le chlorure de sodium mélangé et dissous dans de l'eau ou du nitrate de sodium. L'avantage de l'ECM est qu'il n'y a pas d'usure de l'outil. L'outil de coupe ECM est guidé le long de la trajectoire souhaitée à proximité de la pièce mais sans toucher la pièce. Contrairement à l'EDM, cependant, aucune étincelle n'est créée. Des taux d'enlèvement de métal élevés et des finitions de surface miroir sont possibles avec l'ECM, sans qu'aucune contrainte thermique ou mécanique ne soit transférée à la pièce. L'ECM ne cause aucun dommage thermique à la pièce et comme il n'y a pas de forces d'outil, il n'y a pas de distorsion de la pièce et pas d'usure de l'outil, comme ce serait le cas avec des opérations d'usinage typiques. Dans la cavité d'usinage électrochimique produite est l'image d'accouplement femelle de l'outil.

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Dans le processus ECM, un outil cathodique est déplacé dans une pièce anodique. L'outil façonné est généralement en cuivre, laiton, bronze ou acier inoxydable. L'électrolyte sous pression est pompé à un débit élevé à une température définie à travers les passages de l'outil jusqu'à la zone à couper. La vitesse d'alimentation est la même que la vitesse de « liquéfaction » du matériau, et le mouvement de l'électrolyte dans l'espace outil-pièce élimine les ions métalliques de l'anode de la pièce avant qu'ils n'aient la possibilité de se plaquer sur l'outil cathodique. L'écart entre l'outil et la pièce varie entre 80 et 800 micromètres et l'alimentation en courant continu dans la plage de 5 à 25 V maintient des densités de courant entre 1,5 et 8 A/mm2 de surface usinée active. Lorsque les électrons traversent l'espace, le matériau de la pièce est dissous, car l'outil forme la forme souhaitée dans la pièce. Le fluide électrolytique emporte l'hydroxyde métallique formé au cours de ce processus. Des machines électrochimiques commerciales avec des capacités de courant entre 5A et 40 000A sont disponibles. Le taux d'enlèvement de matière dans l'usinage électrochimique peut être exprimé comme suit :

 

MRR = C x I xn

 

Ici MRR=mm3/min, I=courant en ampères, n=rendement du courant, C=a constante de matériau en mm3/A-min. La constante C dépend de la valence pour les matériaux purs. Plus la valence est élevée, plus sa valeur est faible. Pour la plupart des métaux, il se situe entre 1 et 2.

 

Si Ao désigne la surface de section uniforme usinée électrochimiquement en mm2, la vitesse d'avance f en mm/min peut être exprimée comme suit :

 

F = MRR / Ao

 

L'avance f est la vitesse à laquelle l'électrode pénètre dans la pièce.

 

Dans le passé, il y avait des problèmes de mauvaise précision dimensionnelle et de déchets polluants pour l'environnement provenant des opérations d'usinage électrochimique. Celles-ci ont été en grande partie surmontées.

 

Certaines des applications de l'usinage électrochimique de matériaux à haute résistance sont :

 

- Opérations d'enfonçage. Le matriçage est l'usinage du forgeage - cavités de matrice.

 

- Perçage d'aubes de turbine de turboréacteur, de pièces de turboréacteur et de tuyères.

 

- Perçage de plusieurs petits trous. Le processus d'usinage électrochimique laisse une surface sans bavure.

 

- Les aubes de turbine à vapeur peuvent être usinées dans des limites étroites.

 

- Pour l'ébavurage des surfaces. Lors de l'ébavurage, l'ECM élimine les projections de métal laissées par les processus d'usinage et émousse ainsi les arêtes vives. Le processus d'usinage électrochimique est rapide et souvent plus pratique que les méthodes conventionnelles d'ébavurage à la main ou les processus d'usinage non traditionnels.

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USINAGE ÉLECTROLYTIQUE À TUBE EN FORME (STEM) est une version du processus d'usinage électrochimique que nous utilisons pour percer des trous profonds de petit diamètre. Un tube en titane est utilisé comme outil qui est recouvert d'une résine électriquement isolante pour empêcher l'enlèvement de matière d'autres régions comme les faces latérales du trou et du tube. Nous pouvons percer des trous de 0,5 mm avec des rapports profondeur/diamètre de 300:1

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USINAGE ÉLECTROCHIMIQUE PULSÉ (PECM) : Nous utilisons des densités de courant pulsé très élevées de l'ordre de 100 A/cm2. En utilisant des courants pulsés, nous éliminons le besoin de débits d'électrolyte élevés, ce qui limite la méthode ECM dans la fabrication de moules et de matrices. L'usinage électrochimique pulsé améliore la résistance à la fatigue et élimine la couche de refonte laissée par la technique d'usinage par décharge électrique (EDM) sur les surfaces des moules et des matrices.

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Dans RECTIFICATION ÉLECTROCHIMIQUE (ECG) nous combinons l'opération de rectification conventionnelle avec l'usinage électrochimique. La meule est une cathode rotative avec des particules abrasives de diamant ou d'oxyde d'aluminium liées au métal. Les densités de courant sont comprises entre 1 et 3 A/mm2. Semblable à l'ECM, un électrolyte tel que le nitrate de sodium s'écoule et l'enlèvement de métal dans le broyage électrochimique est dominé par l'action électrolytique. Moins de 5 % de l'enlèvement de métal se fait par l'action abrasive de la meule. La technique ECG est bien adaptée aux carbures et aux alliages à haute résistance, mais pas tellement adaptée au matriçage ou à la fabrication de moules car la meuleuse peut ne pas accéder facilement aux cavités profondes. Le taux d'enlèvement de matière dans le broyage électrochimique peut être exprimé comme suit :

 

MRR = IG / d F

 

Ici MRR est en mm3/min, G est la masse en grammes, I est le courant en ampères, d est la densité en g/mm3 et F est la constante de Faraday (96 485 Coulombs/mole). La vitesse de pénétration de la meule dans la pièce peut être exprimée comme suit :

 

Vs = (G / d F) x (E / g Kp) x K

 

Ici, Vs est en mm3/min, E est la tension de cellule en volts, g est l'écart entre la roue et la pièce en mm, Kp est le coefficient de perte et K est la conductivité de l'électrolyte. L'avantage de la méthode de meulage électrochimique par rapport au meulage conventionnel est une moindre usure de la meule car moins de 5 % de l'enlèvement de métal se fait par l'action abrasive de la meule.

 

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Il existe des similitudes entre l'EDM et l'ECM :

 

1. L'outil et la pièce sont séparés par un très petit espace sans contact entre eux.

 

2. L'outil et le matériel doivent être conducteurs d'électricité.

 

3. Les deux techniques nécessitent un investissement en capital élevé. Des machines CNC modernes sont utilisées

 

4. Les deux méthodes consomment beaucoup d'électricité.

 

5. Un fluide conducteur est utilisé comme intermédiaire entre l'outil et la pièce pour l'ECM et un fluide diélectrique pour l'EDM.

 

6. L'outil est alimenté en continu vers la pièce à usiner pour maintenir un écart constant entre elles (l'EDM peut incorporer un retrait d'outil intermittent ou cyclique, généralement partiel).

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PROCESSUS D'USINAGE HYBRIDES : Nous profitons fréquemment des avantages des processus d'usinage hybrides où deux ou plusieurs processus différents tels que ECM, EDM….etc. sont utilisés en combinaison. Cela nous donne l'opportunité de pallier les défauts d'un procédé par l'autre, et de bénéficier des avantages de chaque procédé.

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