L'électroérosion (EE) est une technique d'usinage sans contact de matériaux conducteursd'électricité ; elle particulièrement bien adaptée à l'usinage de matériaux durs. Le principe consiste àcréer des décharges électriques érodantes entre un outil et une pièce à usiner, toutes deuximmergées dans un diélectrique. Dans cette thèse, nous avons étudié la miniaturisation de ceprocédé, la microélectroérosion (μEE), qui se présente comme un procédé complémentaire destechniques de micro-usinage mécanique, laser, ou encore des techniques issues de lamicrotechnologie du silicium (RIE, DRIE, LIGA). Toutefois, la résolution de la μEE est limitée.Dans ce travail, nous avons tout d'abord développé un procédé original d'élaboration de microoutilscylindriques en tungstène par gravure électrochimique. Celui-ci permet d'obtenir de manièrereproductible des micro-outils de diamètre 15 μm et de rapport hauteur sur diamètre supérieur à 50.Des micro-outils plus fins ont aussi été obtenus (jusqu'à 700 nm) mais avec des problèmes dereproductibilité. Par ailleurs, un prototype de machine de fraisage par μEE a été développé avec uneélectronique entièrement caractérisée. Des micro-canaux de 40 μm de largeur ont été obtenus dansl'acier d'inoxydable et 25 μm dans le titane ; une rugosité Ra de 86 nm a été atteinte dans des cavitésde 600 x 600 x 30 μm. Les limitations du dispositif expérimental ont aussi été mises en évidence.Dans la dernière partie de ce travail, nous avons procédé à l'étude des microdécharges et du microplasmas'établissant entre micro-outil et pièce à l'aide de caractérisations électriques. La résistanceet l'inductance des décharges ont été déterminées expérimentalement puis intégrées dans unmodèle permettant de prévoir la durée des impulsions de courant et leur intensité. Des pistes pourl'amélioration de la résolution d'usinage sont proposées en conclusion de ce travail.

Ce mémoire traite du développement d'un outil servant à faire de l'usinage par électroérosion dans l'air à l'aide d'une machine CNC. Cet outil, qui incorpore un actionneur piézoélectrique, a la capacité de fournir un positionnement de l'ordre du micromètre dans un délai de l'ordre de la milliseconde. Étant donné son inertie, la machine CNC ne réagit pas aux impulsions produites par l'actionneur dans la plage d'utilisation de l'outil. En plus de l'outil, un système contrôlant le positionnement de l'électrode est développé. Le but de la recherche est d'effectuer une première phase de développement d'un système automatisé permettant de réaliser la finition de moules complexes à l'aide d'un procédé d'EDM dans l'air.

Ce mémoire présente les résultats du travail de recherche effectué sur différents aspects d'un nouveau procédé d'électroérosion hybride dans l'air. Il fait suite à celui de Louis-François Marceau sur le développement d'un prototype de machine-outil utilisant l'électroérosion comme méthode d'usinage et celui de Martin Richard sur l'utilisation d'électrodes polystyrène-graphite. La première phase de recherche implique la création d'un montage permettant d'isoler et d'enregistrer le signal provenant du prototype afin d'obtenir des ondes exemptes de contamination pour l'analyse. Par la suite, la caractérisation des états du signal ainsi que son analyse fréquentielle ont permis de définir une nouvelle méthode de contrôle du procédé. Cette méthode pourra être utilisée en combinaison avec les travaux actuels sur le contrôle réalisés par le laboratoire de fabrication mécanique de l'université Laval. Parallèlement, un volet expérimental concernant la mise en fonctionnement d'un contrôleur de position pour le prototype a été mené. 11 s'agit d'un module permettant d'effectuer les diverses fonctions d'usinage, d'approche, de rinçage et de formage intermédiaire. Il interagit avec un montage d'acquisition et de traitement de données, qui lui achemine les commandes à l'aide de signaux analogiques et numériques. Le projet actuel ne vise pas l'optimisation du procédé, mais bien le passage vers une nouvelle génération du prototype offrant une architecture ouverte et de meilleures possibilités technologiques. Il constitue une étape vers l'atteinte de l'objectif principal du laboratoire, soit le développement d'une machine à électroérosion automatisée utilisant son propre algorithme de contrôle pour réaliser l'usinage de finition de moules.

L’électroérosion (EE) est une technique d’usinage sans contact de matériaux conducteursd’électricité ; elle particulièrement bien adaptée à l’usinage de matériaux durs. Le principe consiste àcréer des décharges électriques érodantes entre un outil et une pièce à usiner, toutes deuximmergées dans un diélectrique. Dans cette thèse, nous avons étudié la miniaturisation de ceprocédé, la microélectroérosion (μEE), qui se présente comme un procédé complémentaire destechniques de micro-usinage mécanique, laser, ou encore des techniques issues de lamicrotechnologie du silicium (RIE, DRIE, LIGA). Toutefois, la résolution de la μEE est limitée.Dans ce travail, nous avons tout d’abord développé un procédé original d’élaboration de microoutilscylindriques en tungstène par gravure électrochimique. Celui-ci permet d’obtenir de manièrereproductible des micro-outils de diamètre 15 μm et de rapport hauteur sur diamètre supérieur à 50.Des micro-outils plus fins ont aussi été obtenus (jusqu’à 700 nm) mais avec des problèmes dereproductibilité. Par ailleurs, un prototype de machine de fraisage par μEE a été développé avec uneélectronique entièrement caractérisée. Des micro-canaux de 40 μm de largeur ont été obtenus dansl’acier d’inoxydable et 25 μm dans le titane ; une rugosité Ra de 86 nm a été atteinte dans des cavitésde 600 x 600 x 30 μm. Les limitations du dispositif expérimental ont aussi été mises en évidence.Dans la dernière partie de ce travail, nous avons procédé à l’étude des microdécharges et du microplasmas’établissant entre micro-outil et pièce à l’aide de caractérisations électriques. La résistanceet l’inductance des décharges ont été déterminées expérimentalement puis intégrées dans unmodèle permettant de prévoir la durée des impulsions de courant et leur intensité. Des pistes pourl’amélioration de la résolution d’usinage sont proposées en conclusion de ce travail. / Electro Discharge Machining (EDM) is a non-contact technique allowing machining of electricallyconductive materials; it is well adapted for the machining of hard materials. The principle is based onthe creation of eroding electrical discharges between a tool and a piece, both immersed in adielectric. In this thesis, we have the studied miniaturization of the process, called micro electrodischarge machining (μ-EDM), which is considered as a complementary technique of mechanical orlaser micro-machining techniques and silicon micro technology processes (RIE, DRIE, LIGA)..However, the resolution of μEDM is limited.In this work, we have firstly developed an original method for making tungsten micro-tools withcylindrical profile by electrochemical etching. This method allows the reproducible fabrication ofmicro-tool with 15-μm diameter. Thinner micro-tools were also obtained (down to 700 nm) withreproducibility problems. Furthermore, a prototype machine for milling μ-EDM was developed with afully characterized electronics. Micro channels were obtained respectively in stainless steel with awidth of 40μm and in titanium with a width of 25μm; a surface roughness Ra of 86 nm was achievedin 600 x 600 x 30 μm cavities. Besides, the limitations of the apparatus were highlighted. In the lastpart of this work, we have studied the micro-discharge and the micro-plasma between the micro-tooland the part with electrical characterization. The resistivity and the inductance of the sparks weremeasured and integrated in a numerical model in order to explain the duration of the microdischarges and their intensity. Solutions for improving the machining resolution are also discussed atthe end of this work.

Il s'agit de relier l'avantage en termes de vitesse d'usinage, que procurent des revêtements complexes de phases du système cuivre zinc oxygène sur les fils-électrodes de laiton, a la thermodynamique de l'arc électrique.Il apparait que les fils revêtus usinent plus vite que les fils nus, pour la même intensité, et ce malgré une tension d'arc plus faible. Les tensions d'arc moyennes de différents fils, employés en polarité négative, ont été mesurées, comparées aux données bibliographiques, et modélisées.La tension d'arc d'une cathode est d'autant plus faible que la pression de vapeurs métalliques qu'elle généré est élevée. Une faible chute de potentiel a la cathode limite son échauffement, donc son érosion. Une pression élevée pendant l'arc permet éjecter une plus grande proportion de la matière en fusion présente a la surface des électrodes a la fin de l'arc d'usinage.Des mesures de pertes de masse sur différents fils électrodes et sur différentes pièces confirment notre thèse.

Cette étude traite de la conception d'une électrode composite thermoformable à base de polymère pour le procédé de polissage par électroérosion dans l'air. L'électrode en question est constituée d'un mélange de polyethylene et de cuivre ou de graphite sous forme de poudre. Un mélange uniforme des différentes poudres à l'état solide est obtenu à l'aide d'un mélangeur à chambre rotative. L'électrode finale est consolidée par le procédé de moulage par compression Une étude des paramètres de moulage (température de moulage, de démoulage, force appliquée, temps de moulage et de démoulage), de l'utilisation de vibrations mécaniques (fréquence, amplitude et énergie) et des propriétés des matériaux (composition et proportion) est faite afin d'évaluer leur influence sur les propriétés de l'électrode. Les paramètres observés sont la porosité, l'homogénéité, le retrait radial, la résistivité électrique, ainsi que les performances en usinage de l'électrode résultante. Les résultats montrent que la proportion de poudre est le paramètre le plus influent sur toutes les propriétés de l'électrode. Son augmentation accroit notamment la porosité à partir d'un volume critique et diminue la résistivité électrique du composite. Les résultats démontrent également que l'augmentation de certains paramètres du procédé (force et température de moulage) permet d'améliorer les propriétés de l'électrode. Finalement, les essais d'usinage démontrent qu'une électrode composite s'use plus rapidement qu'une électrode commerciale en graphite. Elle permet cependant un taux d'enlèvement de matière plus grand et une amélioration du fini de surface plus significative de l'échantillon usiné par électroérosion (EDM) que pour une électrode commerciale.

L’usinage par électroérosion est un procédé d’enlèvement de matière par fusion, vaporisation et érosion, réservé aux matériaux conducteurs et semi-conducteurs.Il peut être utilisé pour usiner les métaux et alliages, les aciers trempés, les alliages céramiques, les carbures métalliques, certaines céramiques et même des matériaux plus durs tels que le diamant polycristallin. La pièce ainsi chauffée voit ses caractéristiques mécaniques chuter et modifier, ce qui augmente son usinabilité. Les travaux réalisés ont porté sur l'influence de l'usinage par électroérosion à fil sur; l'intégrité de surface, l'usinabilité, la productivité et la précision de procédé, de plusieurs matériaux, tels que, le titane pur, l'alliage de titane Ti-6Al-4V, le composite intermétallique à base Ti-Al, le composite Ti17 et le composite Ti6242.En usinage par électro-érosion à fil, et plus précisément en finition, le procédé est caractérisé par un débit de matière, une largeur de kerf, un durcissement superficiel, une zone affectée thermiquement et un état de surface variant en fonction de plusieurs paramètres tels que, le courant de décharge, le temps d’impulsion, la tension d’amorçage, la vitesse de coupe, la pression d'injection de lubrifiant et la tension de fil.Toutefois, il s’agit d’une étude d’optimisation et de modélisation empirique des conditions de coupe des matériaux composites à base métallique et des alliages de titane, afin de maitriser et d'améliorer l'intégrité de surface usinée, d'augmenter la productivité et de perfectionner la précision du procédé. Par la suite, atteindre les exigences de la qualité et de la sûreté de fonctionnement des pièces aéronautiques.Dans cette étude, on a utilisé des méthodes de type Plan d'expériences, méthode de Taguchi et la Méthodologie des surfaces de réponses pour le calage et le contrôle des paramètres de l’usinage par électroérosion à fil, et ses conditions opératoires. / EDM machining is a process for the removal of material by melting, spraying and erosion, which is reserved for conductive and semiconductor materials.It can be used for machining metals and alloys, hardened steels, ceramic alloys, metal carbides, some ceramics and even harder materials such as polycrystalline diamond. The heated part has its mechanical characteristics drop, which increases its machinability. The work carried out focused on the influence of WEDM machining on surface integrity, machinability, productivity and process precision, of several materials: pure titanium, Ti6Al4V alloy, composite intermetallicTi-Al based, Ti17 composite and Ti6242 composite.In ripping, and more precisely in finishing, the process is characterized by a flow of material,kerf width, surface hardening, heat affected zone and surface condition varying with discharge current, pulse time and voltage, cutting speed, lubricant injection pressure and wire tension.In fact, the machining conditions of metal-based composite materials and titanium alloys have been modeled and optimized to improve machined surface integrity, increase productivity, and improve process accuracy. Subsequently, meet the quality and safety requirements of aeronautical parts.Methods such as Experimental Design, Taguchi and Surface of Response were used for calibration and process control parameters and operating conditions.

L’objet de cette thèse est d’étudier un procédé de fraisage par microélectroérosion (μEE), qui est un procédé sans contact permettant d’usiner tous les matériaux durs conducteurs d’électricité à l’aide d’un micro-outil cylindrique ultrafin. Le principe consiste à créer des micro-décharges électriques entre le micro-outil et une pièce conductrice immergés dans un diélectrique liquide. En faisant parcourir à l’outil un parcours 3D, il est possible de creuser une forme complexe dans la pièce avec des détails à fort rapport d’aspect. Dans ce travail, nous avons tout d’abord amélioré un procédé d’élaboration de microoutils cylindriques ultrafins par gravure électrochimique de barreaux de tungstène. Des outils de diamètre 32,6 ± 0,3 μm sur une longueur de 3 mm ont été obtenus de manière automatique et reproductible. L’écart type a été divisé par 2 par rapport à l’état de l’art antérieur. Des outils de diamètre inférieur ont été obtenus avec une intervention de l’opérateur, et ce jusqu’à 3 μm de diamètre. Puis ces micro-outils ont été mis en oeuvre pour usiner des pièces avec le procédé de fraisage par microélectroérosion. Pour ce faire, une machine de 2ème génération a été entièrement développée sur la base de travaux antérieurs. Il a été possible d’usiner de l’acier inoxydable dans de l’eau déionisée avec des micro-outils de 3 μm de diamètre sans détérioration de l’outil. Par ailleurs, Le procédé de μEE a été caractérisé en termes de résolution d’usinage, taux d’enlèvement de matière et usure de l’outil. Un générateur de décharges original a permis d’usiner avec des micro-décharges de 1 à 10 nJ / étincelle avec une diminution très sensible de l’usure de l’outil par rapport à l’état de l’art. Un procédé original de caractérisation en ligne des décharges et de cartographie dans l’espace a aussi été développé / This work aims at studying Micro Electrical Discharge Milling (μEDM milling), which is a non-contact process allowing machining all hard and electrically conductive materials with a cylindrical ultrathin tool. The principle is based on the creation of electrical micro discharges between the tool and an electrically conductive part immersed in a liquid dielectric. By means of a 3D path, the tool machines a complex shape in the part with high aspect ratio details. In this work, we have firstly improved a process for making cylindrical ultrathin micro-tools by electrochemical etching of tungsten rods. Tools with a diameter of 32.6 ± 0.3 μm and a length of 3 mm have been obtained with an automated and reproducible process. Standard deviation has been divided by 2 by comparison with the previous state of the art. Tools with diameter as low as 3 μm have been fabricated with the help of the machine operator Then these micro-tools have been used for machining parts with the μEDM milling process. To do so, a second generation machine has been entirely developed on the basis of previous work. It has been possible to machine stainless steel in deionized water with 3 μm micro-tools without damaging the tools. In other respects, the μEDM milling process has been characterized in terms of machining resolution, material removal rate and tool wear. An innovative generator of discharges allow machining with 1 to 10 nJ / spark with a reduced tool wear by comparison to the state of the art. An innovative process for the on line characterization of discharges with spatial distribution capability has been developed