Chapitre 8 : Procédés non conventionnels

1. 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

2. 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.

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

4. Procédés de découpeDécoupe 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.

5. Faisceau : -Puissance ou intensité -Longueur d’onde -Durée d’impulsion - du faisceau Lentille : -Focale f -Matière -Profondeur du foyer - de la tâche focale Buse : - de sortie -Forme du canal -Distance pièce/buse Gaz d’assistance : -Nature -Pression -Débit Matériau : -Réflectivité -Etat de surface -Diffusivité thermique -Masse volumique -Chaleur spécifique -Température de fusion -Température de vaporisation -Vitesse de déplacement Procédés de découpeDécoupe au laser (1) • Découpe thermique • Gaz d’assistance (CO2) • Laser à haute densité d’énergiele 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, …)

6. Procédés de découpeDécoupe 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

7. Procédés de découpeDécoupe au laser (3)

8. Procédés de découpeDécoupe 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)

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

10. Procédés de découpeDécoupe 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

11. Procédés de découpeDécoupe au jet d’eau (2) Machine CNC 2 axes Exemples de pièces

12. Procédés de découpeDécoupe au jet d’eau + abrasif (3) Pour des matériaux plus durs

13. Procédés de découpeDécoupe au jet d’eau + abrasif (4)

14. Procédés de découpeDécoupe au jet d’eau (5)

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

16. Electrode infusible (tungstène) Gaz chaud (plasmagène) Pièce Mouvement de la découpe Gaz Tuyères Jet de plasma Pièce en fusion Projection de métal en fusion Procédés de découpeDécoupe au jet plasma (1) 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

17. Procédés de découpeDécoupe 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

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

19. Procédés d’érosionElectroérosion (1) • Usinage par enlèvement de matière : • Enfonçage avec outil de forme • Découpe avec outil-fil

20. Procédés d’érosionElectroérosion (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

21. Procédés d’érosionElectroérosion (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

22. Procédés d’érosionElectroérosion (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

23. Procédés d’érosionElectroérosion (5) EDM fil EDM enfonçage • 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

24. Procédés d’érosionElectroérosion (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

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

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

27. Procédés d’érosionUsinage 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

28. Procédés d’érosionUsinage chimique (3) • Usinage de pièces diverses • Pièces de petites ou grandes dimensions

29. Procédés d’érosionUsinage chimique (4)