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.

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.