FR2848486A1 - Fil electrode pour electroerosion - Google Patents

Abstract

Selon l'invention, le fil électrode (1) comprend une âme filiforme (16) conductrice de l'électricité entourée d'une couche métallique. La couche métallique comprend une couche de zinc (15) qui surmonte une couche intermédiaire d'alliage de zinc autour de l'âme filiforme (16). Pour la fabrication d'un tel fil, on fait passer un fil électrode (1) conducteur dans un bain de sels métalliques fondus (3) maintenu à température supérieure à la température de fusion des sels. Un courant électrique est établi par une source principale de courant électrique (21) entre le fil électrode (1) et une anode (24) dans le bain de sels fondus (3), pour déposer par électrolyse une couche de métal sur le fil électrode (1).

Description

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FIL ELECTRODE POUR ELECTROEROSION

La présente invention concerne les électrodes en forme de fil que l'on utilise dans l'usinage de pièces métalliques par électroérosion. Dans un tel usinage, décrit par exemple dans le document FR 2 418 699 A, une électrode en forme de fil est entraînée en translation longitudinale, et une portion dudit fil est guidée et tendue selon un segment rectiligne déplacé latéralement selon une trajectoire à proximité d'une pièce métallique à usiner. Un 10 générateur électrique produit une différence de potentiel entre la pièce à usiner et le fil métallique formant l'électrode. Un usinage se produit dans la zone d'usinage comprise entre le fil formant l'électrode et la pièce métallique, et érode progressivement la pièce et le fil.

On a depuis longtemps cherché à améliorer les qualités du fil électrode pour électroérosion, en conciliant une bonne résistance mécanique à la traction, une bonne conductivité électrique du fil, et une meilleure régularité de production des étincelles d'étincelage érosif dans la zone d'usinage comprise 20 entre le fil électrode et la pièce à usiner.

Par exemple, le document US 4 287 404 A décrit un procédé et un dispositif de fabrication d'un fil électrode pour électroérosion ayant une âme filiforme entourée d'une couche de métal à faible température de vaporisation tel que le zinc, le 25 cadmium, l'étain, le plomb, l'antimoine et le bismuth. Le dépôt de la couche périphérique métallique est effectué par une étape de dépôt électrolytique à froid à partir d'un bain de sel métallique en solution aqueuse, suivie d'une étape de tréfilage. Un tel procédé présente l'inconvénient d'être relativement lent et de 30 produire un fil électrode dont la couche périphérique se vaporise trop vite et assure une protection insuffisante de l'âme pendant l'électroérosion. On a trouvé avantage à échauffer le fil après dépôt électrolytique de la couche superficielle de métal à faible 35 température de vaporisation, comme enseigné dans le document EP 0 185 492 A, de façon à réaliser un alliage diffusé. Mais un tel procédé ne permet pas de produire à grande vitesse un fil électrode à couche superficielle d'alliage diffusé d'épaisseur importante.

Le document US 4 169 426 A décrit un autre procédé de fabrication d'un fil électrode pour électroérosion ayant une âme 5 filiforme entourée d'une couche métallique, dans lequel on fait passer en continu un fil conducteur d'entrée dans un bain de métal fondu, puis on refroidit rapidement le fil pour éviter la formation de composés intermétalliques à l'interface entre l'âme filiforme et la couche métallique périphérique. On soumet ensuite le fil à un 10 traitement thermique pendant plusieurs minutes à 3200 C, avant de le tréfiler pour l'amener au diamètre final désiré. Un tel procédé présente également l'inconvénient d'être lent, notamment à cause de la durée du traitement thermique nécessaire pour permettre un tréfilage ultérieur sans dégradation de la couche métallique 15 périphérique.

Pour augmenter la rapidité de fabrication du fil d'électroérosion, le document CH 655 265 A propose de préchauffer le fil conducteur d'entrée par effet Joule, en le faisant parcourir par un courant électrique approprié, avant de le faire passer dans 20 un bain de métal fondu.

Le document EP 0 811 701 A enseigne un procédé similaire de fabrication de fil d'électroérosion par passage du fil dans un bain de métal fondu, dans lequel on échauffe le fil par effet Joule pendant son passage dans le bain de métal fondu. Le procédé n'est 25 pas plus rapide que les précédents.

Le problème proposé par la présente invention est de concevoir des moyens permettant, de façon simple et peu onéreuse, d'augmenter sensiblement la rapidité de fabrication des fils électrodes pour électroérosion comportant au moins une couche de 30 métal ou d'alliage autour d'une âme filiforme conductrice de l'électricité. Selon l'invention, on cherche simultanément à améliorer l'accrochage de la couche de métal ou d'alliage sur l'âme, afin de permettre le tréfilage ultérieur du fil sans dégradation sensible 35 de la couche métallique périphérique.

Selon l'invention, tout en conservant un bon accrochage de la couche de métal ou d'alliage sur l'âme, on prévoit de réaliser un fil électrode ayant une couche de métal ou d'alliage dont la portion superficielle contient une proportion élevée d'un métal à faible température de vaporisation tel que le zinc, le cadmium, l'étain, le plomb, l'antimoine ou le bismuth.

Pour réaliser un tel fil électrode, l'invention prévoit un procédé de fabrication d'un fil électrode pour électroérosion ayant une âme filiforme conductrice de l'électricité entourée d'une couche métallique, procédé comprenant au moins une étape au cours de laquelle on réalise ladite couche métallique par électrolyse 10 dans un bain d'électrolyse composé essentiellement de sels fondus, que l'on désignera dans la suite de la description et dans les revendications par l'expression "bain de sels fondus".

Ainsi, contrairement aux procédés électrolytiques connus de fabrication des fils électrodes pour électroérosion, 15 l'électrolyse se fait non pas à partir d'un bain de sels métalliques en solution aqueuse, mais à partir d'un bain d'un ou plusieurs sels métalliques maintenus à température supérieure à leur température de fusion.

Selon l'invention, le bain de sels fondus contient un sel 20 de zinc.

De bons résultats sont obtenus en utilisant un bain de sels fondus contenant l'un au moins des sels métalliques de la famille des chlorures, iodures, bromures et sulfates.

On peut avantageusement ajouter, dans le bain de sels 25 fondus, au moins un sel de métal alcalin ou alcalino-terreux dont la présence abaisse la température de fusion des sels du bain de sels fondus et/ou améliore la conductibilité électrique du bain.

En pratique, le bain d'électrolyse à sels métalliques en fusion peut avantageusement être au contact d'une masse métallique 30 formée du ou des mêmes métaux constitutifs des sels. La masse métallique constitue l'anode ou pôle positif, tandis que l'âme filiforme conductrice de l'électricité passe en continu dans le bain de sels fondus et constitue la cathode ou pôle négatif.

Selon un premier mode de réalisation, la masse métallique 35 d'anode est sous forme solide.

Selon un second mode de réalisation, la masse métallique d'anode est en fusion, au contact d'une électrode solide telle que par exemple une électrode en graphite qui assure la polarité positive. Selon un mode de réalisation avantageux, pendant son passage dans le bain de sels fondus, on échauffe l'âme filiforme 5 par effet Joule en faisant passer un courant électrique auxiliaire approprié dans le tronçon d'âme filiforme traversant le bain de sels fondus.

Selon un mode de réalisation de l'invention, un dispositif pour la fabrication d'un tel fil électrode pour électroérosion 10 ayant une âme filiforme conductrice de l'électricité entourée d'une couche métallique comprend: - un récipient adapté pour contenir un bain d'électrolyse composé essentiellement de sels métalliques fondus et pour permettre le passage en continu de l'âme filiforme à travers le bain de sels 15 fondus, - des moyens de guidage et d'entraînement de fil pour guider l'âme filiforme puis le fil électrode et les entraîner à travers le bain de sels fondus, - une source principale de courant électrique dont la borne 20 négative est connectée électriquement à l'âme filiforme ou au fil électrode à l'extérieur du bain de sels fondus, et dont la borne positive est connectée électriquement à une anode conductrice en contact avec le bain de sels fondus, pour faire passer un courant électrique approprié dans le bain de sels fondus entre l'anode et 25 l'âme filiforme lors de son passage dans le bain de sels fondus, assurant un dépôt de métal par électrolyse sur l'âme filiforme.

Par exemple, le récipient peut contenir une couche supérieure liquide formée d'au moins un sel de métal en fusion, surmontant une couche inférieure liquide ou solide formée dudit 30 métal.

Selon une réalisation avantageuse, des conducteurs viennent respectivement au contact de l'âme filiforme en amont du récipient et au contact du fil électrode en aval du récipient, et sont alimentés par une source auxiliaire de courant électrique, 35 pour assurer en outre un chauffage par effet Joule de l'âme filiforme notamment lors de sa traversée du bain de sels fondus.

Selon l'invention, grâce à l'électrolyse dans un bain de sels fondus, on réalise une très grande vitesse de dépôt d'enrobage métallique sur l'âme conductrice de l'électricité. Alors que, dans une électrolyse dans un bain de sels métalliques en solution 5 aqueuse, les densités de courant d'électrolyse sont inférieures à une centaine d'ampères par décimètre carré, l'électrolyse dans un bain de sels fondus permet d'atteindre des densités de courant très supérieures. Les densités de courant plus élevées permettent d'envisager simultanément un échauffement thermique du fil par 10 l'effet du courant d'électrolyse lui-même.

Simultanément, grâce à la température élevée du bain d'électrolyse et à l'échauffement thermique du fil, le procédé permet l'inter-diffusion thermique des métaux constituant la couche métallique et l'âme, lorsque ces métaux sont choisis de façon 15 appropriée. Le procédé permet simultanément le dépôt d'une couche de zinc sur une âme de cuivre ou alliage de cuivre, et la diffusion simultanée du zinc et du cuivre l'un dans l'autre. La diffusion peut être accélérée par échauffement simultané du fil par effet Joule, lorsqu'on fait passer un courant électrique auxiliaire le 20 long du fil.

Selon l'invention, le procédé électrolytique permet de réaliser un dépôt de métal plus rapide à une vitesse supérieure à celle de la diffusion thermique du métal de la couche métallique dans l'âme conductrice de l'électricité, pour augmenter la teneur 25 de la couche périphérique du fil électrode en un métal déterminé tel que le zinc.

L'invention permet de régler à volonté la quantité de métal déposée, et de contrôler la proportion de métal diffusé.

D'autres objets, caractéristiques et avantages de la 30 présente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisation particuliers, faite en relation avec les figures jointes, parmi lesquelles: - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif de production d'un fil électrode pour électroérosion selon un mode de 35 réalisation de la présente invention; et - la figure 2 est une vue en perspective illustrant schématiquement un tronçon de fil électrode pour électroérosion selon l'invention.

Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, un dispositif selon l'invention pour la production d'un fil électrode 1 pour électroérosion comprend un récipient 2 adapté pour contenir un bain de sels fondus 3 contenant un ou plusieurs sels 5 métalliques. Des moyens de chauffage, tels qu'une résistance électrique 20 connectée à une source extérieure d'alimentation électrique, maintiennent le bain d'électrolyse à une température appropriée pour conserver à l'état fondu le ou les sels métalliques pendant la fabrication du fil électrode 1. Le récipient 2 comprend 10 un orifice d'entrée 4 et un orifice de sortie 5, adaptés pour permettre le passage en continu d'une âme filiforme 16 conductrice à travers le bain de sels fondus 3.

Des moyens de guidage et d'entraînement de fil permettent de guider l'âme filiforme 16 puis le fil électrode 1 et de les 15 entraîner en translation longitudinale continue à travers le bain de sels fondus 3. Par exemple, l'âme filiforme 16 est délivrée à partir d'une bobine amont 6, en passant sur une ou plusieurs poulies de renvoi 8, et traverse le bain de sels fondus 3 entre les orifices d'entrée 4 et de sortie 5 du récipient 2 au moyen de 20 guides appropriés 17. Dans le bain de sels fondus 3, l'âme filiforme 16 se charge d'une couche de métal déposé et devient un fil électrode 1. Le fil électrode 1, après la sortie 5 du récipient 2, est guidé par des poulies de renvoi 9 et 10 jusqu'à une bobine aval 7 o il est enroulé.

Le dispositif peut comprendre en outre une ou plusieurs filières 11 pour extruder le fil électrode 1 après son passage dans le récipient 2, et avant son enroulement sur la bobine aval 7.

Selon l'invention, le dispositif comprend en outre une source principale de courant électrique 21, dont la borne négative 30 est connectée électriquement par un premier conducteur 23 à l'âme filiforme 16 ou au fil électrode 1 en un point B extérieur au bain de sels fondus 3, par exemple connectée à l'âme filiforme 16 en amont comme illustré sur la figure 1, et dont la borne positive est connectée électriquement par un second conducteur 22 au bain de 35 sels fondus 3. Par exemple, le second conducteur 22 est connecté électriquement à une électrode 24 placée à l'intérieur du récipient 2 pour amener le courant électrique dans le bain de sels fondus 3.

Dans un premier mode de réalisation, au contact du bain de sels fondus 3, le récipient 2 contient une masse 30 formée d'un ou plusieurs métaux à l'état fondu. L'électrode 24 qui assure la polarité positive peut par exemple être en graphite, et se trouve 5 avantageusement dans la masse 30 de métal en fusion. Les métaux de la masse 30 métallique en fusion sont avantageusement les mêmes que les métaux des sels métalliques du bain de sels fondus 3. Dans ce cas, le récipient 2 contient un bain 3 de sels d'un ou plusieurs métaux en fusion, au contact d'une masse 30 desdits métaux en 10 fusion.

Dans ce premier mode de réalisation, la température du bain de sels fondus 3 est supérieure à la température de fusion des métaux constituant la masse 30 de métal en fusion, mais doit être choisie inférieure à la température de fusion de l'âme filiforme 16 15 du fil. La masse 30 de métal en fusion constitue l'anode au contact du bain de sels fondus 3. La température relativement élevée du bain de sels fondus 3 favorise la diffusion dans l'âme filiforme 16 du ou des métaux déposés par électrolyse sur l'âme filiforme 16.

Dans un second mode de réalisation, la température du bain 20 de sels fondus 3 est choisie inférieure à la température de fusion du ou des métaux à déposer, et l'électrode 24 est avantageusement constituée par le ou lesdits métaux à déposer, à l'état solide.

L'électrode 24 constitue alors elle-même l'anode, au contact du bain de sels fondus 3. La vitesse de diffusion sera moins élevée 25 que dans le mode de réalisation précédent. Toutefois, la masse de métal déposée sur l'âme filiforme 16 pourra avantageusement se partager en une couche intermédiaire diffusée et une couche superficielle du ou des métaux non diffusés.

La source principale de courant électrique 21 fait passer 30 un courant électrique approprié dans le bain de sels fondus 3 entre l'anode et l'âme filiforme 16 lors de son passage dans le bain de sels fondus 3, pour assurer un dépôt de métal par électrolyse sur l'âme filiforme 16.

La valeur choisie du courant électrique débité par la 35 source principale de courant électrique 21, et la température choisie du bain de sels fondus 3, déterminent la structure du fil d'électroérosion 1.

Dans un mode de réalisation avantageux, le dispositif comprend aussi une source auxiliaire de courant électrique 12, connectée à des conducteurs 13 et 14 venant au contact respectivement de l'âme filiforme 16 en un point de contact A en 5 amont du récipient 2, et du fil électrode 1 en un point de contact D en aval du récipient 2. La source auxiliaire de courant électrique 12 fait ainsi passer un courant électrique auxiliaire approprié dans l'âme filiforme 16 pendant son passage dans le bain de sels fondus 3, assurant un échauffement complémentaire de l'âme 10 filiforme 16 par effet Joule.

De préférence, l'échauffement complémentaire de l'âme filiforme 16 par effet Joule doit permettre d'amener la périphérie de l'âme filiforme 16 à une température suffisamment élevée pour éviter la formation de phases d'alliage fragiles à l'interface 15 entre l'âme filiforme 16 du fil et la couche métallique 15. Par exemple, dans le cas d'un fil de cuivre enrobé de zinc, on évite la formation de phases y, ô ou s susceptibles de fragiliser l'interface. Le courant électrique auxiliaire approprié peut 20 avantageusement être tel que l'âme filiforme 16 est sensiblement amenée au rouge pendant son passage dans le bain de sels fondus 3.

Selon un premier mode de réalisation, le point de contact amont A est à proximité immédiate de l'orifice d'entrée 4 du récipient 2, et le point de contact aval D est à proximité 25 immédiate de l'orifice de sortie 5 du récipient 2. Dans ce cas, l'échauffement complémentaire de l'âme filiforme 16 par effet Joule se produit dans le seul tronçon d'âme traversant le récipient 2 contenant le bain de sels fondus 3.

En alternative, on peut placer le point de contact aval D 30 à l'écart de l'orifice de sortie 5 du récipient 2, pour poursuivre l'échauffement du fil électrode 1 par effet Joule après sa sortie hors du bain de sels fondus 3. On peut choisir d'assurer un échauffement du fil électrode 1 pendant une durée suffisante après sa sortie du bain de sels fondus 3 pour produire une inter35 diffusion du métal périphérique d'apport et du métal constituant l'âme filiforme 16.

De façon avantageuse, on peut assurer un préchauffage de l'âme filiforme 16 par effet Joule en écartant le point de contact amont A par rapport à l'orifice d'entrée 4. On fait ainsi passer le courant électrique auxiliaire dans un tronçon approprié du fil électrode 1 en amont du bain de sels fondus 3.

Dans le fonctionnement d'un dispositif de la figure 1, une âme filiforme 16 d'entrée, enroulée sur la bobine amont 6 et constituant la future âme du fil électrode 1, se dévide de la bobine amont 6, en passant sur la première poulie de renvoi 8, puis 10 traverse le récipient 2 en pénétrant par l'orifice d'entrée 4 et en ressortant par l'orifice de sortie 5 sous forme d'un fil électrode 1 guidé par les poulies de renvoi 9 et 10 pour passer dans une filière 11 et être enroulé sur la bobine aval 7. Le bain de sels fondus 3 traversé par l'âme filiforme 16 dans le récipient 2 contient un ou plusieurs sels métalliques en fusion, et est maintenu par la résistance électrique 20 à une température supérieure à sa température de fusion. Par l'effet du courant électrique débité par la source principale de courant électrique 21, il se produit dans le récipient 2 une électrolyse du ou des 20 sels métalliques en fusion, de sorte que le ou les métaux du ou des sels métalliques en fusion se déposent sur l'âme filiforme 16, produisant un fil électrode 1 à couche métallique 15 entourant une âme filiforme 16 comme illustré sur la figure 2.

Simultanément, par exemple dans le cas d'une âme filiforme 25 16 en un métal tel que le cuivre ou un alliage du cuivre, et dans le cas du dépôt d'un métal tel que le zinc dans la couche métallique 15, du fait de la température élevée du bain de sels fondus 3, il se produit simultanément une inter-diffusion du ou des métaux de la couche métallique 15 dans le ou les métaux de l'âme 30 filiforme 16, à l'interface entre la couche métallique 15 et l'âme 16, constituant par exemple une zone intermédiaire d'alliage diffusé tel que du laiton.

Dans le mode de réalisation illustré sur la figure 1, pendant son passage à l'intérieur du récipient 2 contenant le bain 35 de sels fondus 3, l'âme filiforme 16 est également traversée par le courant électrique auxiliaire débité par la source auxiliaire de courant électrique 12, ledit courant électrique auxiliaire assurant un échauffement supplémentaire du fil électrode 1 ou de l'âme filiforme 16 par effet Joule. Cet échauffement supplémentaire permet d'accélérer la diffusion des métaux entre la couche métallique 15 et l'âme filiforme 16, et/ou d'améliorer l'accrochage de la couche métallique 15 sur l'âme filiforme 16.

On comprendra que le procédé de l'invention consiste à prévoir au moins une étape de dépôt électrolytique de métal ou d'alliage sur une âme filiforme 16 par passage dans un bain de sels fondus 3. On peut aussi prévoir le dépôt successif de plusieurs 10 couches de métaux ou d'alliages identiques ou différents sur une même âme filiforme 16.

Le fil électrode 1 obtenu par un procédé selon l'invention, et illustré sur la figure 2, peut comprendre par exemple une couche de zinc 15 surmontant une couche intermédiaire 15 d'alliage diffusé de zinc à l'interface avec une âme 16 en cuivre ou en alliage de cuivre.

On peut en alternative prévoir une âme 16 en fer, en aluminium, ou autre métal, enrobée d'une couche métallique 15 en un métal à faible température de vaporisation tel que le zinc, le 20 cadmium, l'étain, le plomb, l'antimoine et le bismuth.

La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits, mais elle en inclut les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine

des revendications ci-après. il

Claims (2)

REVENDICATIONS

1 - Fil électrode (1) pour électroérosion ayant une âme filiforme (16) conductrice de l'électricité entourée d'une couche métallique, caractérisé en ce qu'il comprend une couche de zinc 5 (15) surmontant une couche intermédiaire d'alliage de zinc autour de l'âme filiforme (16).

2 - Fil électrode selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'âme filiforme (16) est en cuivre ou en alliage de cuivre, et la couche intermédiaire est en alliage de cuivre et de zinc 10 obtenu par diffusion. Gn