De l’origine de la rupture de fil électrode en usinage par électroérosion

par Nhat khoa Do

Thèse de doctorat en Sciences Pour l'Ingénieur

Sous la direction de Pascale Balland et de Laurent Tabourot.

Thèses en préparation à Chambéry , dans le cadre de École doctorale sciences et ingénierie des systèmes, de l'environnement et des organisations (Chambéry ; 2007-2021) , en partenariat avec Systèmes et Matériaux pour la Mécatronique (laboratoire) depuis le 01-09-2016 .


  • Résumé

    Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un accord de collaboration Cifre avec l'entreprise Thermocompact. La société Thermocompact (France) et sa filiale HWA (Vietnam) développent, fabriquent et vendent des fils électrodes pour l’usinage par étincelage érosif (ou électroérosion). Thermocompact souhaite appréhender de façon générique les règles optimales de mise en œuvre d'une opération l’usinage par étincelage érosif dans le but d'aider ses clients à tirer le meilleur parti possible des fils qu'elle produit. Pour cela, il semble nécessaire de déterminer le lien qui existe entre les paramètres d'entrée du procédé (paramètres imposés et paramètres dynamiques du procédé) et ceux de sorties (qualité de la pièce, délai et coût). Les paramètres imposés pour une opération donnée sont : • Le fil choisi (composition, état structural, géométrie, propriétés thermomécaniques, propriétés électriques…), • La nature de la pièce usinée (composition, état structural…), • La nature du diélectrique (composition, viscosité, propriété électrique, propriété thermique, température…), • La machine choisie (temps de remise en fonctionnement suite à une casse de fil, possibilités technologiques, pilotage de la circulation du diélectrique…) • La température ambiante de l'atelier. Les paramètres de pilotage du procédé (contrôlables dynamiquement au niveau de la machine) sont les suivants : • Paramètres électriques des impulsions d'étincelage (intensité, durée, fréquence, forme), • Paramètres d'asservissement du déplacement (fonctions de déplacement choisies dépendamment des paramètres d'étincelage), • Débit du fluide diélectrique au niveau de la zone d'usinage (dépendant des buses utilisées et du débit), • Sollicitations mécaniques sur le fil (tension, vibration). Les paramètres de sortie sont d'une part liés à la qualité de la pièce elle-même : • Son état de surface (rugosité), • Sa géométrie finale (respect des dimensions prescrites) • Son état mécanique de surface (zone affectée par l'usinage) La rapidité de l'opération (délai) est un élément important pour les procédés d'électroérosion : • Le temps de cycle (celui-ci résulte de la rapidité d'usinage et est pénalisé par les casses de fil). Il ne faut pas perdre de vue le coût de l'opération même s'il se déduit directement des paramètres choisis. Il dépend de différents facteurs : • Coût du fil, • Coût d'utilisation de la machine (amortissement, consommation…), • Coût du diélectrique. Le projet de thèse consiste à appréhender et à modéliser l'opération d'usinage électro-érosif afin d'optimiser les paramètres d’usinage afin d'obtenir des pièces au meilleur compromis qualité délai coût. Ce qui est particulièrement visé dans cette étude est : • L'emploi de fil haut de gamme produit par l'entreprise, • La minimisation du temps de cycle notamment par la maximisation de la vitesse d'usinage tout en limitant les risques de rupture du fil. Il s'agit donc d’appréhender au mieux (théoriquement et numériquement) le procédé en lui-même pour expliquer les phénomènes physiques responsables de la rupture du fil et ainsi déterminer les meilleures conditions d'emploi de façon à procurer aux clients de Thermocompact un avantage concurrentiel indéniable par l'apport d'un savoir-faire complémentaire maîtrisé, détenu et apporté par l'entreprise.

  • Titre traduit

    About the primary causes of rupture of electrode wire during electrical discharge machining


  • Résumé

    This thesis is part of a CIFRE collaboration agreement with the company Thermocompact. The company Thermocompact (France) and its subsidiary HWA (Vietnam) develop, manufacture and sell electrode wires for Electrical Discharge Machining - EDM. Thermocompact wants to study the optimal rules of implementation EDM operation in order to help customers make the best use of their products. For this, it seems necessary to determine the relationship between the process input parameters (imposed parameters, dynamic parameters of the process) and those outputs (quality, time and cost). The parameters required for a given operation are: * The chosen wire (composition, structural state, geometry, thermo-mechanical properties, electric properties ...) * The nature of the workpiece (composition, structural state ...) * The nature of the dielectric (composition, viscosity, electric property, thermal property, temperature ...) * The chosen machine (time to get back into operation after a wire break, possible technologies, control of the circulation of the dielectric ...) * The ambient temperature of the workshop. The process control parameters (dynamically controllable at the machine) are: * Electrical parameters of pulse discharge (intensity, duration, frequency, form) * Moving servo parameters (travel functions chosen depending on the parameters of spark) * Flow of the dielectric fluid at the machining area (depending on the nozzles and flow rate), * Mechanical stress on the wire (voltage, vibration). The output parameters are partly related to the quality of the workpiece itself: * Its surface (roughness) * The final geometry (respect the prescribed dimensions) * The mechanical condition of surface (area affected by machining) The speed of the operation is an important element of EDM operation: * The cycle time (this results from the machining speed and is penalized by the wire breaks). We must not lose sight of the cost of the operation even if it is deduced directly from chosen parameters. It depends on various factors: * Wire cost * Use of the machine cost (depreciation, consumption ...) * Cost of the dielectric. ... The thesis project is to understand and model the EDM process to optimize the machining parameters in order to obtain the pieces at the best compromise quality time cost. What is particularly targeted in this study is: * Using high-end wires produced by the company, * Minimizing cycle time including through maximizing the machining speed while limiting the risk of wire breaks. The cost factor will be used to compare different options including assessing the desirability of using a high-end wire to achieve a given operation compared to a standard wire. The objective is to determine the best conditions of employment to provide customers of Thermocompact undeniable and competitive advantages by providing complementary mastered expertise, owned and provided by the company.