"Mec, comment fait-il pour couper du métal sans le toucher ?" il m'a demandé.
Et c'est à ce moment-là que j'ai réalisé que nous exerçons ce métier depuis si longtemps que nous supposons que tout le monde sait ce qu'est la Wire EDM. Ce n’est pas le cas. Même nos clients sont parfois confus, et ce sont des gens qui commandent des pièces de précision qui nécessitent des tolérances plus strictes qu'un… eh bien, peu importe, vous comprenez.
Alors c'est parti. Wire EDM expliqué par quelqu'un qui fait ça depuis 18 ans et qui a des problèmes de dos pour le prouver.
Le nom réel (et pourquoi personne ne l'utilise)
Wire EDM signifie Wire Electrical Discharge Machining. Certaines personnes appellent cela l'érosion par fil, ou usinage par étincelle, ou – si vous êtes vraiment de la vieille- – érosion par étincelle. Les Yankees l'appellent parfois "coupe-fromage", ce que je trouve hilarant mais aussi précis.
Voici le problème : personne dans notre atelier ne dit réellement « Wire EDM » en entier. C'est juste "la machine à fil" ou "la Fanuc" (car c'est de cette marque que nous en avons trois) ou parfois "cette foutue machine capricieuse dans le coin" quand elle nous fait du chagrin.
Ce qui, laissez-moi vous le dire, arrive plus souvent que je ne le souhaiterais.
Alors, qu'est-ce que c'est, vraiment ?
Bien, imaginez que vous essayez de couper un bloc d'acier trempé. Durci, ce qui signifie que vous ne pouvez pas le percer, le fraiser ou faire grand-chose avec les méthodes traditionnelles. C'est tout simplement trop dur – un acier à outils approprié, 60 HRC, le truc qui se moque des fraises en carbure.
Wire EDM s'en fiche. Ça le coupera comme du beurre. Eh bien, du beurre très lent. Beurre très cher, très précis.
Voici comment cela fonctionne (et je vous promets qu'il s'agit de la version simplifiée) :
Vous disposez d'un fil-super fin (nous parlons généralement de 0,25 mm, plus fin qu'une corde de guitare) qui est tendu entre deux guides. Ce fil agit comme une seule électrode. Votre pièce est l’autre électrode. Les deux sont immergés dans de l’eau déminéralisée (nous en saurons plus sur ce désastre qui devrait se produire plus tard).
Ensuite, vous faites passer le courant électrique à travers le fil, créant des milliers de petites étincelles par seconde – comme des éclairs miniatures – entre le fil et votre pièce. Chaque étincelle fait fondre un tout petit peu de métal et l'eau élimine les débris.
Le fil ne touche jamais la pièce. Il y a toujours un petit espace – peut-être 0,01 mm – où se produisent toutes les étincelles. C'est comme la magie, sauf que c'est de la physique, et c'est beaucoup plus cher que la magie.
Pourquoi nous faisons cela (quand l'usinage régulier existe)
Bonne question. Le fraisage CNC ordinaire est plus rapide, moins cher et plus facile. Alors pourquoi s'embêter avec Wire EDM ?
Parce que parfois, vous devez faire des choses que l'usinage régulier ne peut tout simplement pas faire :
Matériaux durcis– Je l'ai déjà mentionné, mais c'est énorme. Nous découpons toute la journée des pièces en acier à outils qui détruiraient tout outil de coupe ordinaire.
Formes impossibles– Essayez de fraiser un coin interne carré. Allez, j'attendrai. C'est impossible, n'est-ce pas ? Le coupeur est rond. Mais avec Wire EDM, vous pouvez avoir des coins internes bien aiguisés car le fil peut changer de direction. Nous avons effectué un travail le mois dernier pour une entreprise de dispositifs médicaux (NDA, je ne peux pas dire qui, mais ils fabriquent des instruments chirurgicaux) avec des coins internes absolument critiques. L'électroérosion à fil était la seule option.
Petites fonctionnalités– Fentes plus étroites que n'importe quelle fraise ? Aucun problème. Nous avons récemment découpé des fentes de 0,3 mm de large dans 50 mm d'acier trempé. Essayez ça sur un moulin, je vous défie.
Aucune force de coupe– C’est ce qui époustoufle les gens. Comme le fil ne touche jamais la pièce, la force de coupe est nulle. Zéro. Cela signifie que vous pouvez couper des pièces incroyablement délicates ou à parois fines-sans distorsion. L'année dernière, nous avons coupé des supports aérospatiaux d'une épaisseur de paroi de 0,5 mm. Sur un moulin, ils vibraient et se cassaient.
Les différents types (car bien sûr il y en a)
Il y a en réalité deux saveurs principales :
Machines à deux-axes– Le type de base. Le fil monte et descend droit, coupe les murs verticaux. C'est ce que nous avons le plus dans la boutique. Nos trois machines Fanuc sont toutes à deux-axes et elles gèrent probablement 80 % de notre travail.
Machines à quatre-axes– Les plus sophistiqués où les guide-fils supérieur et inférieur peuvent se déplacer indépendamment. Cela signifie que vous pouvez découper des murs effilés, des formes 3D complexes, des aubes de turbine, ce genre de choses. Nous avons une unité Mitsubishi à quatre-axes qui coûte plus cher que ma maison (littéralement : j'ai vérifié la facture lorsque nous l'avons achetée en 2019, puis j'ai consulté mon hypothèque et j'ai pleuré un peu).
Il y avait autrefois des distinctions entre « fil mobile » et « fil fixe », mais le fil mobile a gagné cette bataille il y a des décennies. Il faudrait maintenant aller dans un musée pour trouver une machine à fil fixe.
Le fil lui-même (une chose si simple, un tel cauchemar)
On pourrait penser que le câblage serait simple, n'est-ce pas ? C'est juste du fil.
Oh, espèce d'enfant d'été.
Nous utilisons principalement du fil de laiton : il s'agit en fait de laiton recouvert de zinc-, qui conduit bien l'électricité et ne se casse pas aussi facilement. La taille typique est de 0,25 mm de diamètre, bien que nous stockions tout de 0,1 mm (pour un travail très fin) jusqu'à 0,3 mm (pour une coupe grossière).
Le fil coûte cher. Ce n'est pas cher une "voiture de luxe", mais une bobine de 5 kg coûte environ 80 à 120 £ selon le grade, et ces machines le traversent comme… eh bien, imaginez tricoter avec du fil que vous jetez au fur et à mesure. Nous dépensons probablement 15 000 £ par an rien que pour le fil. Jenny des comptes en parle tous les jours. Célibataire. Budget. Réunion.
Et voici la partie amusante : le fil est utilisé une seule fois puis mis au rebut. Il traverse la zone coupée une seule fois, est érodé et affaibli électriquement, puis va directement à la poubelle. Nous avons un énorme bac de fil usagé dans le coin du magasin. La collecte du recyclage a lieu un mardi sur deux, et même eux semblent confus par la quantité de fil que nous produisons.
Les ruptures de fils sont le fléau de notre existence. La machine bourdonne bien, coupe une pièce, puis SNAP. Le fil se casse. La machine s'arrête. Il faut enfiler un nouveau fil (ce qui sur certaines parties peut prendre 20 minutes), retrouver où on en était dans la coupe, recommencer. Du temps perdu, de l'argent perdu, et si vous êtes moi, vous avez perdu patience car c'est la TROISIÈME pause aujourd'hui.
Pourquoi le fil se casse-t-il ? Faites votre choix :
Paramètres Spark trop agressifs
Mauvaise tension du fil
Fluide diélectrique contaminé
Pas de chance (c'est une raison légitime)
Mercure rétrograde (je plaisante, mais seulement)
La situation de l’eau (ou : pourquoi nos factures d’électricité sont folles)
Vous vous souvenez que j'ai mentionné l'eau déminéralisée ? Ouais, c'est tout un truc.
L'eau contenue dans une machine d'électroérosion à fil sert à plusieurs fins :
Refroidit la zone d'étincelles
Élimine les débris métalliques
Agit comme un diélectrique (isolant électrique jusqu'à ce que la tension devienne suffisamment élevée pour provoquer une étincelle)
Mais il DOIT être désionisé, ce qui signifie que tous les minéraux et ions sont éliminés. L'eau du robinet ordinaire conduirait l'électricité trop facilement et vous obtiendriez simplement un court-circuit au lieu d'étincelles contrôlées.
Nous avons donc ce système de déionisation massif. Il s'agit essentiellement d'une usine de traitement d'eau située dans le coin de notre atelier. Filtres, bacs à résine, pompes, les travaux. L'entretien de cette chose à lui seul nous coûte environ 3 000 £ par an.
Et les débits d’eau ! Nous pompons des centaines de litres par minute grâce à ces machines. La Mitsubishi consomme environ 60 litres par minute. C'est une baignoire toutes les 2-3 minutes. Il suffit de faire circuler, filtrer, refroidir, recirculer constamment.
Notre inspecteur en environnement nous a rendu visite l'année dernière (une femme gentille, très minutieuse, nous a absolument terrifiés) et a été impressionnée par la propreté de notre gestion de l'eau. Apparemment, la plupart des magasins sont bien pires. Nous nous sentions étrangement fiers, comme lorsque votre belle-mère-belle-mère- complimente votre ménage.
Programmation de ces bêtes (ou : pourquoi on paie trop James)
La programmation Wire EDM est… spéciale.
Ce n'est pas comme la programmation CNC classique où vous pouvez simplement la piloter et l'ajuster au fur et à mesure. Si vous vous trompez, soit vous avez ruiné un flan très coûteux, soit vous restez assis là pendant 20 heures à couper de l'air parce que vos décalages sont faux.
James est notre principal programmeur Wire EDM. Il est ici depuis 2007 et connaît ces machines mieux que ses propres enfants (ses mots, pas les miens, même si sa femme a ri quand il l'a dit à la fête de Noël l'année dernière). Nous le payons très bien car trouver quelqu'un qui comprend réellement la programmation Wire EDM, c'est comme trouver une licorne. Une licorne qui est bonne en mathématiques et qui n'hésite pas à regarder des modèles CAO toute la journée.
Le logiciel génère le parcours d'outil, mais vous devez prendre en compte :
Décalage du fil (l'écart entre le fil et la pièce)
Passes multiples (ébauche, coupes rasantes, coupe de finition)
Compensation de cône (pour un travail sur quatre-axes)
Stratégies d'entrée/sortie
Conditions des coins
La plupart des pièces nécessitent au moins deux passes. Le premier passage – appelé ébauche – enlève rapidement la majeure partie du matériau. Ensuite, vous effectuez une ou plusieurs passes d'écrémage avec des réglages beaucoup plus fins pour obtenir l'état de surface et la précision dimensionnelle.
Ce travail que j'ai mentionné plus tôt pour l'entreprise de dispositifs médicaux ? Cinq passes au total. Le montage brut a pris environ 6 heures. Chaque passe d'écrémage ajoutait 3 à 4 heures supplémentaires. James a passé plus de temps à le programmer que la machine n'en a passé à le découper.
Les chiffres que tout le monde veut (mais asseyez-vous)
« Quelle est la précision ? » – Chaque client, toujours.
Nous maintenons régulièrement ±0,005 mm sur la plupart des travaux. Cela fait cinq millièmes de millimètre. Cinq microns. Environ 1/10ème de l'épaisseur d'un cheveu humain.
Sur notre Mitsubishi à quatre -axes, lorsque James passe une bonne journée et que les dieux de la machine sourient, nous pouvons atteindre ±0,002 mm. Cela nous amène dans une zone d'incertitude de mesure où nous ne sommes pas entièrement sûrs que notre équipement de mesure soit suffisamment précis pour vérifier ce que nous avons réellement réalisé.
Finition de surface ? Généralement autour de 0,2 à 0,4 Ra (c'est une mesure de rugosité) sur les coupes rases. Descendez à 0,1 Ra si nous essayons vraiment, même si à ce stade, vous passez du temps à terminer les passes.
Mais voici le sale secret que personne ne vous dit :L'électroérosion à fil est LENTE.
Cette plaque d'acier de 50 mm d'épaisseur dont j'ai parlé plus tôt ? Découpe grossière avec nos paramètres habituels ? Environ 30 à 40 millimètres carrés par minute. Ainsi, une découpe de 100 mm x 100 mm prend 3 à 4 heures. ALORS vous faites vos passes de skim.
Nous avons cité un travail la semaine dernière dans lequel le client était choqué par le fait que cela prendrait 40 heures de temps machine. "Tu ne peux pas juste... accélérer ?" ont-ils demandé. Eh bien oui, techniquement, mais alors votre pièce ressemble à de la foutaise et la précision dimensionnelle passe par la fenêtre. Il n’y a pas de déjeuner gratuit dans Wire EDM.
Vitesse, finition et précision – choisissez-en deux, vous ne pouvez pas avoir les trois.
Quand NE PAS utiliser Wire EDM (la partie honnête que mon patron souhaite que je n'écrive pas)
Écoutez, nous gagnons de l'argent lorsque vous utilisez nos services Wire EDM. Mais permettez-moi de vous faire gagner du temps et de l'argent :
Si vous pouvez le broyer, broyez-le. L'usinage CNC régulier est probablement 10 fois plus rapide et coûte la moitié du coût pour la plupart des travaux.
Si vos tolérances sont inférieures à ± 0,02 mm, vous n'avez probablement pas besoin de Wire EDM.
Si votre matériau est souple (aluminium, acier doux, plastique), n'utilisez certainement pas Wire EDM. Cela fonctionnera, mais c'est une exagération massive.
Si vous n'avez besoin que de formes externes et qu'elles ne sont pas extrêmement complexes, la découpe au jet d'eau est probablement moins chère.
Nous avons refusé un travail le mois dernier – un gars voulait que nous fassions du fil EDM et coupions des supports en aluminium. Je lui ai dit franchement : « Mon pote, fais-les fraiser. N'importe quel atelier d'usinage peut le faire en un quart du temps pour la moitié du prix. Il a apprécié l'honnêteté et a fini par nous envoyer un travail différent qui nécessitait réellement Wire EDM. Parfois, être honnête est payant.
Mais ne dites pas aux vendeurs que je donne du travail. Ils m'en veulent déjà à cause du billet de blog que j'ai écrit en août sur les outils trop chers. Cela a provoqué quelques… discussions.
Problèmes courants (ou : pourquoi je fais des rêves stressants concernant des ruptures de fils)
Rupture de fil– Déjà évoqué, mais sérieusement, cela représente 80% de nos problèmes. Nous avons essayé différents fils, différentes tensions, sacrifiant un poulet aux dieux de la machine (en plaisantant… surtout). Certains jours, la machine décide simplement qu'elle vous déteste.
Contamination diélectrique– Des débris métalliques s’accumulent dans l’eau, la conductivité augmente, les étincelles deviennent incohérentes, les pièces paraissent rugueuses. Nous changeons religieusement nos filtres chaque semaine. Religieusement. C'est sur le planning, au stylo rouge, souligné deux fois.
Couche de refonte– Le processus d’étincelles fait fondre le métal et de petites quantités se solidifient sur la surface coupée. Cette "couche de refonte" a peut-être une épaisseur de 0,001-0,01 mm, mais elle est plus dure et plus cassante que le matériau de base. Pour certaines applications, cela n'a pas d'importance. Pour d'autres (pièces sensibles à la fatigue, par exemple), il s'agit d'un problème majeur qui doit être éliminé par polissage manuel. Nous avons réalisé un lot de pièces pour une équipe de F1 l'année dernière (encore une fois, NDA, mais elles sont rouges) où la suppression des couches de refonte a ajouté 2 heures de travail manuel par pièce.
Cône– Même sur les machines à deux-axes, si votre fil n'est pas parfaitement vertical, vous obtenez une conicité. Habituellement minuscule – peut-être 0,01 mm sur 50 mm de hauteur – mais il est là. Sur les pièces critiques, James passe beaucoup de temps à vérifier et à ajuster la verticalité des fils. Il a tout ce rituel avec un indicateur à cadran qui, j'en suis presque sûr, est à au moins 50 % de superstition, mais les parties ressortent clairement, alors qui suis-je pour juger ?
Lavage d'angle– Dans les coins intérieurs, le rinçage n'est pas aussi bon, ce qui entraîne des coupes incohérentes. Il existe des stratégies de compensation pour cela, mais cela signifie plus de temps de programmation et généralement un pass supplémentaire. Le lavage des coins est la raison pour laquelle James marmonne pendant la programmation.
Le futur (ou : ce qui empêche les ingénieurs de dormir la nuit)
Où va la technologie Wire EDM ?
Coupe plus rapide– Chaque nouvelle génération de machines revendique des vitesses de coupe 20-30 % plus rapides. En réalité, cela se situe plutôt entre 10 et 15 % et s'accompagne généralement de compromis en termes de finition de surface. Mais nous le prendrons. Notre nouveau Fanuc (livré en mars de cette année, toujours payant) est sensiblement plus rapide que notre modèle 2015.
Une meilleure automatisation– Notre Mitsubishi peut rouler sans surveillance pendant la nuit SI tout se passe parfaitement. Un gros "si" là. Les machines les plus récentes ont de meilleurs systèmes d'enfilage de fil, un réglage automatique de la tension du fil, toutes ces bonnes choses. Le rêve, c'est l'usinage sans lumière-. La réalité est que Steve vient toujours à 6 heures du matin la plupart du matin pour vérifier les courses de nuit parce que nous avons tous déjà été brûlés.
Mesure intégrée– Certaines-machines haut de gamme disposent désormais de systèmes de palpage capables de mesurer la pièce sans la retirer de la machine. Nous ne l'avons pas encore (40 £,000+ module complémentaire-), mais je l'ai vu en démonstration et c'est vraiment impressionnant. Cela permettrait à James d'économiser environ 30 minutes par pièce sur des tâches complexes.
Meilleure technologie d'étincelles– Nouveaux générateurs avec plus de contrôle sur les caractéristiques des étincelles. Finitions de surface plus fines, moins de refonte, meilleure précision des coins. Ce truc s'améliore vraiment, pas seulement du flair marketing.
Conseils pratiques (de quelqu'un qui a commis toutes les erreurs)
Puisque vous envisagez probablement de travailler sur l'électroérosion à fil, voici quelques conseils-durement acquis :
1. Conception pour l'électroérosion à fil– Les coins intérieurs doivent avoir des rayons au moins égaux au diamètre du fil + décalage. Donc fil de 0,25 mm + 0.05mm de décalage=0.3mm de rayon minimum. Nous recevons tout le temps des dessins avec des angles vifs spécifiés et devons expliquer la physique aux concepteurs. Il vieillit vite.
2. Prévoyez du temps– Ne nous appelez pas le vendredi après-midi pour avoir besoin de pièces le lundi matin. Cela n'arrive pas. L'électroérosion à fil prend du TEMPS. Une petite partie typique dure au minimum 8 à 12 heures. Les pièces complexes peuvent prendre des jours.
3. La préparation du matériel est importante– Si votre pièce brute n'est pas soulagée-, elle peut se déformer lorsque nous la coupons en raison des contraintes internes libérées. Alors vos tolérances sont de la foutaise. Ne négligez pas la réduction du stress sur les pièces critiques.
4. Commencer les trous– Nous avons besoin d’un trou pour faire passer le fil et commencer à couper. La plupart des pièces nécessitent d'abord un trou de 2 à 3 mm. Incluez-les dans votre conception ou nous vous facturerons pour les percer.
5. Le coût n'est pas linéaire– L’ajout d’un deuxième passage double le temps machine. Des tolérances plus strictes signifient plus de passes de rasage.. 0.01 la tolérance en mm coûte peut-être 20 % de plus que 0,02 mm. Mais une tolérance de 0,002 mm ? C'est le double ou le triple car nous avons besoin de plusieurs passes de finition supplémentaires et tout doit être parfait.
6. Finition de surface vs tolérance– Ils sont liés mais pas identiques. Vous pouvez avoir une tolérance serrée avec une finition rugueuse ou une tolérance lâche avec une finition miroir. Soyez clair sur ce qui compte le plus pour votre candidature.
Les applications réellement réalistes
Où voyons-nous le plus de Wire EDM ?
Fabrication d'outils et de matrices– C’est un travail de pain et de beurre. Matrices de poinçonnage, matrices de formage, inserts de moulage par injection. Tout ce qui nécessite des formes complexes en acier trempé. Nous effectuons probablement 40 % de notre travail pour des outilleurs.
Composants aérospatiaux– Dentelures des pales de turbine, raccords structurels avec découpes précises pour économiser du poids, tout ce qui est en titane (ce qui est horrible à usiner de manière conventionnelle). J'ai fait un lot de supports en titane le mois dernier, ce qui aurait été véritablement impossible autrement.
Dispositifs médicaux– Instruments chirurgicaux, composants d’implants, tout ce qui nécessite à la fois précision et bonne finition de surface. Même si la paperasse réglementaire relative au travail médical a failli nous tuer. Jenny a passé TROIS SEMAINES sur la documentation pour notre certification ISO 13485. Elle en est toujours amère.
Jauges de précision– Jauges à broches, cales étalons, dispositifs d’inspection. Le laboratoire d’étalonnage d’en bas est l’un de nos clients réguliers.
Automobile– Principalement du travail sur les prototypes et le sport automobile. Les volumes de production sont généralement trop élevés pour les aspects économiques de l'électroérosion à fil. Mais pour cette équipe de F1 ? L'argent n'est pas vraiment un problème lorsque vous avez besoin de pièces performantes.
La conclusion-(car cela devient long)
Alors, qu’est-ce que l’électroérosion à fil ?
Il s'agit d'un processus de découpe de métal de précision qui utilise des étincelles électriques pour éroder le métal, capable d'une précision incroyable et capable de couper des matériaux et des formes qui seraient impossibles avec un usinage régulier. C'est lent, un peu coûteux, parfois capricieux et absolument indispensable pour certains types de travaux.
Est-ce que cela vaut la peine d'être appris ? Si vous travaillez dans le secteur manufacturier, absolument. Si jamais vous avez besoin de pièces complexes fabriquées à partir de matériaux durs, vous finirez probablement par en parler à quelqu'un comme moi.
Sommes-nous partiaux parce que nous possédons quatre machines Wire EDM et devons les occuper pour justifier leur existence auprès de Jenny en comptabilité ? Peut-être. Mais ce sont des machines véritablement remarquables lorsque vous avez besoin de ce qu’elles peuvent faire.
Si vous voulez les voir en action, nous organisons des visites de magasins le premier jeudi de chaque mois (le prochain est le 1er décembre, envoyez un e-mail à Sandra pour réserver un créneau). Juste un avertissement : ils ne sont pas excitants à regarder – juste un mince fil se déplaçant lentement à travers le métal sans que rien de dramatique ne se produise. Mais les résultats sont assez spectaculaires.
Et apportez des bouchons d'oreille. Les pompes diélectriques sont bruyantes.
P.S.– Oh, et si Wire EDM vous intéresse, vous devriez connaître son cousin :EDM à plomb(également appelé Ram EDM). Utilise une électrode façonnée qui plonge pour brûler des cavités dans le métal – idéal pour la fabrication de moules. Même principe d'étincelle, applications complètement différentes. Nous n’en avons pas, ce qui m’évite d’expliquer une énième facture d’électricité énorme à Jenny.