FR3040012A1 - Fil d'electrode pour usinage par etincelage et procede de fabrication de fil d'electrode - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de fabrication d'un fil d'électrode (1) qui comprend la fusion et le mélange de cuivre à raison de 60 % en poids et de zinc à raison de 40 % en poids pour former un eutectique binaire cuivre/zinc, la solidification par la chaleur de l'eutectique binaire cuivre/zinc pour former un alliage (10) de phase tout bêta (β), la galvanisation de l'alliage de phase tout bêta (β), le traitement de l'alliage de phase tout bêta (β) par un traitement thermique à basse température, la prolongation du temps de traitement du traitement thermique à basse température pour former une couche électrique de surface, et la solidification par la chaleur de la couche électrique de surface pour former une couche d'alliage solide (11) sur la surface de l'alliage de phase tout bêta (β) et laisser la couche d'alliage solide former une phase gamma (γ), une phase epsilon (ϵ) ou une phase êta (n) à différentes températures de réaction. Ainsi, le fil d'électrode n'a besoin que d'une opération de traitement.
Description
FIL D'ELECTRODE POUR USINAGE PAR ETINCELAGE ET PROCEDE DE FABRICATION DE FIL D'ELECTRODE
La présente invention concerne un fil d'électrode pour un procédé d'usinage par étincelage (EDM « electric discharge machining ») et un procédé de fabrication du fil d'électrode.
Un premier fil d'électrode classique (brevet américain n° 8 067 689) représenté dans la Figure 3 comprend un fil métallique de cuivre 12, une première couche électroplaquée 18 appliquée en revêtement sur une surface externe du fil métallique de cuivre 12, et une seconde couche électroplaquée 15 appliquée en revêtement sur une surface externe de la première couche électroplaquée 18. La première couche électroplaquée 18 est un laitonnage. La seconde couche électroplaquée 15 est un zingage. La première couche électroplaquée 18 est une solution solide de cuivre/zinc. En fabrication, le fil métallique de cuivre 12 ayant une phase alpha (a) est initialement galvanisé (électroplaqué par du zinc), puis traité par un traitement thermique pour former la première couche électroplaquée 18 ayant une phase bêta (β). Ensuite, la première couche électroplaquée 18 ayant une phase bêta (β) est initialement galvanisée, puis traitée par un traitement thermique pour former la seconde couche électroplaquée 15 ayant une phase gamma (y). Ainsi, le fil d'électrode classique contient la phase gamma (γ) par un premier électroplaquage, un premier traitement thermique, un second électroplaquage et un second traitement thermique. Cependant, le fil d'électrode classique a besoin de deux opérations d'électroplaquage/traitement thermique pour parvenir à la phase gamma (γ) (autrement dit, α+Ζη-^β et β+Ζη^γ), compliquant par là le procédé de fabrication, allongeant l'opération de traitement et le temps de traitement, et augmentant le coût de fabrication. De plus, le fil d'électrode classique a besoin de deux opérations d'électroplaquage/traitement thermique, de telle sorte que le fil d'électrode classique a une plus grande rugosité de surface et ne peut pas être coupé de façon précise. De plus, lorsque le fil d'électrode classique est coupé, de la poudre tombe facilement de la seconde couche électroplaquée 15.
Un second fil d'électrode classique 3 (brevet américain n° 6 447 930) représenté dans les Figures 4 et 5 comprend une âme 31 et une couche de gainage 32 appliquée en revêtement sur une surface externe de l'âme 31. L'âme 31 est un laiton ayant une phase alpha (a) (α-Ms). La couche de gainage 32 est du zinc ou un alliage de zinc ayant une phase êta (η) (η-Zn). Ainsi, le fil d'électrode classique 3 contient la phase gamma (y) par un premier électroplaquage, un premier traitement thermique, un second électroplaquage et un second traitement thermique. Cependant, le fil d'électrode classique 3 a besoin de deux opérations d'électroplaquage/traitement thermique pour parvenir à la phase gamma (y) (autrement dit, α+Ζη^β et β + Ζη->γ) , augmentant par là le coût de fabrication. De plus, le second fil d'électrode classique 3 a besoin de deux opérations d'électroplaquage/traitement thermique, de telle sorte que le second fil d'électrode classique 3 a une plus grande rugosité de surface et ne peut pas être coupé de façon précise.
Un troisième fil d'électrode classique 4 (brevet européen n° 0733431) représenté dans les Figures 6 et 7 comprend un âme 41 et une couche de gainage 42 appliquée en revêtement sur une surface externe de l'âme 41. L'âme 41 est un laiton ayant une phase alpha (cc) (α-Ms) . La couche de gainage 42 est du zinc ou un alliage de zinc ayant une phase êta (η) (η-Zn). Ainsi, le fil d'électrode classique 3 contient la phase gamma (γ) par un premier électroplaquage, un premier traitement thermique, un second électroplaquage et un second traitement thermique. Cependant, le fil d'électrode classique 4 a besoin de deux opérations d'électroplaquage/traitement thermique pour parvenir à la phase gamma (γ) (autrement dit, α+Ζη->β et β + Ζη->γ) , augmentant par là le coût de fabrication. De plus, le troisième fil d'électrode classique 4 a besoin de deux opérations d'électroplaquage/traitement thermique, de telle sorte que le troisième fil d'électrode classique 4 a une rugosité de surface plus grande et ne peut pas être coupé de façon précise.
Selon la présente invention, il est proposé un procédé de fabrication d'un fil d'électrode, caractérisé par le fait qu'il comprend : une première étape de fusion et de mélange de cuivre à raison de 60 % en poids et de zinc à raison de 40 % en poids pour former un eutectique binaire cuivre/zinc qui se trouve dans une phase liquide ; une seconde étape de solidification par la chaleur de 1'eutectique binaire cuivre/zinc pour solidifier l'eutectique binaire cuivre/zinc à partir de la phase liquide en un alliage de phase tout bêta (β) qui se trouve dans une phase de solution solide ; une troisième étape de galvanisation de l'alliage de phase tout bêta (β) qui agit comme une âme métallique ; une quatrième étape de traitement de l'âme métallique de l'alliage de phase tout bêta (β) par un traitement thermique à basse température pour former une couche de revêtement sur une surface de l'alliage de phase tout bêta (β) ; une cinquième étape de prolongation d'un temps de traitement du traitement thermique à basse température pour laisser la surface de l'alliage de phase tout bêta (β) et la couche de revêtement produire une solution mutuelle de façon à former une couche électrique de surface ; et une sixième étape de solidification par la chaleur de la couche électrique de surface pour former une couche d'alliage solide sur la surface de l'alliage de phase tout bêta (β) et laisser la couche d'alliage solide former une phase gamma (γ) , une phase epsilon (ε) ou une phase êta (η) à différentes températures de réaction de façon à former un fil d'électrode comprenant l'alliage de phase tout bêta (β) et la couche d'alliage solide.
Selon une caractéristique particulière du procédé selon l'invention, dans le traitement thermique à basse température de l'alliage de phase tout bêta (β), l'alliage de phase tout bêta (β) de l'eutectique binaire cuivre/zinc se trouve dans une phase d'équilibre pour laisser la couche d'alliage solide former la phase gamma (γ) , la phase epsilon (ε) ou la phase êta (η) aux différentes températures de réaction pendant différentes périodes de temps.
Selon une caractéristique particulière du procédé selon l'invention, dans la seconde étape, l'eutectique binaire cuivre/zinc de l'alliage de phase tout bêta (β) est directement solidifié par la chaleur à un point de fusion dans la plage de 903°C à 900°C.
Selon une caractéristique particulière du procédé selon l'invention, dans la quatrième étape, le traitement thermique à basse température a une température de réaction qui est contrôlée pour être inférieure à 250°C.
Selon une caractéristique particulière du procédé selon l'invention, lorsque la température de réaction du traitement thermique à basse température de l'alliage de phase tout bêta (β) est contrôlée pour être au-dessous de 835°C, la couche d'alliage solide forme la phase gamma (γ) ; lorsque la température de réaction du traitement thermique à basse température de l'alliage de phase tout bêta (β) est contrôlée pour être au-dessous de 600°C, la couche d'alliage solide forme la phase epsilon (ε) ; et lorsque la température de réaction du traitement thermique à basse température de l'alliage de phase tout bêta (β) est contrôlée pour être au-dessous de 420°C, la couche d'alliage solide forme la phase êta (η).
Selon une caractéristique particulière du procédé selon l'invention, lorsque la température de réaction du traitement thermique à basse température est contrôlée dans la plage de 500°C à 400°C, l'alliage de phase tout bêta (β) (dans la phase de β+γ) forme directement une matière d'alliage cuivre/zinc du fil d'électrode de la phase gamma (γ), qui a une rugosité de surface inférieure à 0,05 (Ra < 0,05) ; lorsque la température de réaction du traitement thermique à basse température est contrôlée dans la plage de 400°C, l'alliage de phase tout bêta (β) (dans la phase de β+γ) forme directement une matière d'alliage cuivre/zinc du fil d'électrode de la phase epsilon (ε), qui a une rugosité de surface inférieure à 0,05 (Ra < 0,05) ; et lorsque la température de réaction du traitement thermique à basse température est contrôlée dans la plage de 250°C, l'alliage de phase tout bêta (β) (dans la phase de β+γ) forme directement une matière d'alliage cuivre/zinc du fil d'électrode de la phase êta (η), qui a une rugosité de surface inférieure à 0,10 (Ra < 0,10) .
Les dessins annexés illustrent la présente invention.
Sur ces dessins : - la Figure 1 est une vue en coupe transversale d'un fil d'électrode de la présente invention ; - la Figure 2 est un diagramme d'équilibre de phases du cuivre (Cu) et du zinc (Zn) de la présente invention ; - la Figure 3 est une vue en coupe transversale d'un premier fil d'électrode classique ; - la Figure 4 est une vue en coupe transversale d'un second fil d'électrode classique ; - la Figure 5 est une vue en coupe transversale du second fil d'électrode classique tel que représenté sur la Figure 4 ; - la Figure 6 est une vue en coupe transversale d'un troisième fil d'électrode classique ; et - la Figure 7 est une vue en coupe transversale du troisième fil d'électrode classique tel que représenté sur la Figure 6.
Si l'on se réfère aux Figures 1 et 2, on peut voir que l'on a représenté un fil d'électrode 1 pour un procédé d'usinage par étincelage (EDM) de la présente invention, qui comprend un alliage 10 de phase tout bêta (β) et une couche d'alliage solide 11 disposée sur une surface externe de l'alliage 10 de phase tout bêta (β) . L'alliage 10 de phase tout bêta (β) agit comme une âme métallique et comprend du cuivre à raison de 60 % en poids et du zinc à raison de 40 % en poids. Le fil d'électrode 1 est un fil d'alliage métallique.
Un procédé de fabrication de fil d'électrode 1 selon le mode de réalisation préféré de la présente invention comprend une première étape de fusion et mélange de cuivre à raison de 60 % en poids et de zinc à raison de 40 % en poids pour former un eutectique binaire cuivre/zinc qui se trouve dans une phase liquide, une seconde étape de solidification par la chaleur de 1'eutectique binaire cuivre/zinc pour solidifier 1'eutectique binaire cuivre/zinc à partir de la phase liquide en un alliage 10 de phase tout bêta (β) qui se trouve dans une phase de solution solide, une troisième étape de galvanisation de l'alliage 10 de phase tout bêta (β) qui agit comme une âme métallique, la troisième étape de galvanisation étant conduite à une température d'environ 250°C et étant une étape de galvanisation classique dans une solution de sel de zinc, une quatrième étape de traitement de l'âme métallique de l'alliage 10 de phase tout bêta (β) par un traitement thermique à basse température pour former une couche de revêtement sur une surface de l'alliage 10 de phase tout bêta (β), une cinquième étape de prolongation d'un temps de traitement du traitement thermique à basse température pour laisser la surface de l'alliage 10 de phase tout bêta (β) et la couche de revêtement produire une solution mutuelle afin de former une couche électrique de surface, et une sixième étape de solidification par la chaleur de la couche électrique de surface pour former une couche d'alliage solide 11 sur la surface de l'alliage 10 de phase tout bêta (β) et laisser la couche d'alliage solide 11 former une phase gamma (γ), une phase epsilon (ε) ou une phase êta (η) à différentes températures de réaction de façon à former le fil d'électrode 1 comprenant l'alliage 10 de phase tout bêta (β) et la couche d'alliage solide 11.
Dans la première étape, le cuivre à raison de 60 % en poids et le zinc à raison de 40 % en poids sont fondus en une phase liquide à une température de fusion d'environ 909°C. Ainsi, le cuivre en phase liquide et le zinc en phase liquide sont mélangés et dissous mutuellement pour former de l'alliage 10 de phase tout bêta (β). Dans la seconde étape, l'eutectique binaire cuivre/zinc de l'alliage 10 de phase tout bêta (β) est directement solidifié par la chaleur à un point de fusion dans la plage de 903°C à 900°C (voir Figure 2). Dans la quatrième étape, le traitement thermique à basse température a une température de réaction qui est contrôlée pour être inférieure à 250°C (voir Figure 2) . Ainsi, le fil d'électrode 1 obtenu par le procédé de la présente invention a une rugosité de surface inférieure, peut être coupé rapidement, ne laissera pas tomber de poudre et a une meilleure force d'adhérence.
Comme représenté sur la Figure 2, dans laquelle la constante K désigne le coefficient de partage d'équilibre du soluté et β désigne la phase (β), un diagramme d'équilibre de phases du cuivre (Cu) et du zinc (Zn) est représenté, dans lequel l'axe vertical indique la température (°C), l'axe horizontal supérieur indique la teneur massique du cuivre (Cu), et l'axe horizontal inférieur indique la teneur massique du zinc (Zn). Lorsque la teneur en cuivre est de 60 % et la teneur en zinc est de 40 %, l'eutectique binaire cuivre/zinc est solidifié par la chaleur pour former l'alliage 10 de phase tout bêta (β). Dans le traitement thermique à basse température (environ 250°C) de l'alliage 10 de phase tout bêta (β), l'alliage 10 de phase tout bêta (β) de l'eutectique binaire cuivre/zinc se trouve à une phase d'équilibre pour laisser la couche d'alliage solide 11 former la phase gamma (γ) , la phase epsilon (ε) ou la phase êta (η) aux différentes températures de réaction durant différentes périodes de temps.
Lorsque la température de réaction du traitement thermique à basse température de l'alliage 10 de phase tout bêta (β) est contrôlée pour être au-dessous de 835°C (voir Figure 2), la couche d'alliage solide 11 forme la phase gamma (γ). Lorsque la température de réaction du traitement thermique à basse température de l'alliage 10 de phase tout bêta (β) est contrôlée pour être au-dessous de 600°C (voir Figure 2), la couche d'alliage solide 11 forme la phase epsilon (ε). Lorsque la température de réaction du traitement thermique à basse température de l'alliage 10 de phase tout bêta (β) est contrôlée pour être au-dessous de 420°C (voir Figure 2), la couche d'alliage solide 11 forme la phase êta (η).
Le fil d'électrode 1 selon le mode de réalisation préféré de la présente invention a une rugosité de surface (Ra) de pièce de travail qui est décrite dans le tableau suivant.
Lorsque la température de réaction du traitement thermique à basse température de l'alliage 10 de phase tout bêta (β) (dans la phase de β+γ) est contrôlée de manière optimale dans la plage de 500°C à 400°C, le fil d'électrode 1 avec la phase gamma (γ) est indiqué par une matière d'alliage cuivre/zinc la (voir Figure 2) qui a une rugosité de surface inférieure à 0,05 (Ra < 0,05), qui appartient à une coupe rapide précise. Lorsque la température de réaction du traitement thermique à basse température de l'alliage 10 de phase tout bêta (β) (dans la phase de β+γ) est contrôlée de manière optimale à 400°C, le fil d'électrode 1 ayant la phase epsilon (ε) est indiqué par une matière d'alliage cuivre/zinc lb (voir Figure 2) qui a une rugosité de surface inférieure à 0,05 (Ra < 0,05), qui appartient à une coupe précise courante. Lorsque la température de réaction du traitement thermique à basse température de l'alliage 10 de phase tout bêta (β) (dans la phase de β+γ) est contrôlée de manière optimale à 250°C, le fil d'électrode 1 ayant la phase êta (η) est indiqué par une matière d'alliage cuivre/zinc le (voir Figure 2) qui a une rugosité de surface inférieure à 0,10 (Ra < 0,10), qui appartient à une coupe rapide précise sans chute de poudre.
En conséquence, l'alliage 10 de phase tout bêta (β) agit comme âme métallique qui est directement galvanisée et traitée par un traitement thermique à basse température dont le temps de traitement est prolongé pour former le fil d'électrode 1 ayant la phase gamma (γ) , la phase epsilon (ε) ou la phase êta (η) à différentes températures de réaction durant différentes périodes de temps, de telle sorte que le fil d'électrode 1 n'a besoin que d'une opération de traitement (seulement un unique procédé d'électroplaquage/traitement thermique), sans nécessiter deux opérations de traitement, par là simplifiant et raccourcissant l'opération de traitement et le temps de traitement, et par là diminuant le coût de fabrication. De plus, le fil d'électrode 1 n'a pas besoin d'une opération de traitement secondaire pour appliquer une couche électroplaquée sur sa surface externe, de telle sorte que le fil d'électrode 1 a une rugosité de surface inférieure, peut être coupé rapidement et avec précision, ne laisser pas tomber de poudre et a une meilleure force d'adhérence.
Claims (6)
- REVENDICATIONS1 - Procédé de fabrication d'un fil d'électrode, caractérisé par le fait qu'il comprend : une première étape de fusion et de mélange de cuivre à raison de 60 % en poids et de zinc à raison de 40 % en poids pour former un eutectique binaire cuivre/zinc qui se trouve dans une phase liquide ; une seconde étape de solidification par la chaleur de 1'eutectique binaire cuivre/zinc pour solidifier 1'eutectique binaire cuivre/zinc à partir de la phase liquide en un alliage de phase tout bêta (β) qui se trouve dans une phase de solution solide ; une troisième étape de galvanisation de l'alliage de phase tout bêta (β) qui agit comme une âme métallique ; une quatrième étape de traitement de l'âme métallique de l'alliage de phase tout bêta (β) par un traitement thermique à basse température pour former une couche de revêtement sur une surface de l'alliage de phase tout bêta (β) ; une cinquième étape de prolongation d'un temps de traitement du traitement thermique à basse température pour laisser la surface de l'alliage de phase tout bêta (β) et la couche de revêtement produire une solution mutuelle afin de former une couche électrique de surface ; et une sixième étape de solidification par la chaleur de la couche électrique de surface pour former une couche d'alliage solide sur la surface de l'alliage de phase tout bêta (β) et laisser la couche d'alliage solide former une phase gamma (γ) , une phase epsilon (ε) ou une phase êta (η) à différentes températures de réaction de façon à former un fil d'électrode comprenant l'alliage de phase tout bêta (β) et la couche d'alliage solide.
- 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans le traitement thermique à basse température de l'alliage de phase tout bêta (β), l'alliage de phase tout bêta (β) de l'eutectique binaire cuivre/zinc se trouve dans une phase d'équilibre pour laisser la couche d'alliage solide former la phase gamma (γ) , la phase epsilon (ε) ou la phase êta (η) aux différentes températures de réaction pendant différentes périodes de temps.
- 3 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans la seconde étape, l'eutectique binaire cuivre/zinc de l'alliage de phase tout bêta (β) est directement solidifié par la chaleur à un point de fusion dans la plage de 903°C à 900°C.
- 4 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que, dans la quatrième étape, le traitement thermique à basse température a une température de réaction qui est contrôlée pour être inférieure à 250°C.
- 5 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que : lorsque la température de réaction du traitement thermique à basse température de l'alliage de phase tout bêta (β) est contrôlée pour être au-dessous de 835°C, la couche d'alliage solide forme la phase gamma (γ) ; lorsque la température de réaction du traitement thermique à basse température de l'alliage de phase tout bêta (β) est contrôlée pour être au-dessous de 600°C, la couche d'alliage solide forme la phase epsilon (ε) ; et lorsque la température de réaction du traitement thermique à basse température de l'alliage de phase tout bêta (β) est contrôlée pour être au-dessous de 420°C, la couche d'alliage solide forme la phase êta (η).
- 6 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que : lorsque la température de réaction du traitement thermique à basse température est contrôlée dans la plage de 500°C à 400°C, l'alliage de phase tout bêta (β) (dans la phase de β+γ) forme directement une matière d'alliage cuivre/zinc du fil d'électrode de la phase gamma (γ), qui a une rugosité de surface inférieure à 0,05 (Ra < 0,05) ; lorsque la température de réaction du traitement thermique à basse température est contrôlée dans la plage de 400°C, l'alliage de phase tout bêta (β) (dans la phase de β+γ) forme directement une matière d'alliage cuivre/zinc du fil d'électrode de la phase epsilon (ε), qui a une rugosité de surface inférieure à 0,05 (Ra < 0,05) ; et lorsque la température de réaction du traitement thermique à basse température est contrôlée dans la plage de 250°C, l'alliage de phase tout bêta (β) (dans la phase de β+γ) forme directement une matière d'alliage cuivre/zinc du fil d'électrode de la phase êta (η), qui a une rugosité de surface inférieure à 0,10 (Ra < 0,10).
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| JATINDER KAPOOR, DR. SCHIJPAL SINGH, DR. JAIMAL SINGH KHAMBA: "Recent Developments in Wire Electrodes for High Performance WEDM", PROCEEDINGS OF THE WORLD CONGRESS ON ENGINEERING 2010, vol. II, 7 July 2010 (2010-07-07), London, UK, pages 1 - 4, XP002759200, ISSN: 2078-0966, ISBN: 978-988-18210-7-2 * |
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