FR3149528A1

FR3149528A1 - Fil électrode

Info

Publication number: FR3149528A1
Application number: FR2305738A
Authority: FR
Inventors: Michel Ly; Pierro CADIO
Original assignee: Thermocompact SA
Current assignee: Thermocompact SA
Priority date: 2023-06-07
Filing date: 2023-06-07
Publication date: 2024-12-13
Also published as: EP4724226A1; TW202506302A; CN121240946A; WO2024251464A1

Abstract

Fil électrode Ce fil électrode (2) pour l’usinage par électroérosion, comporte : - une âme métallique (10) comportant une face périphérique, cette âme métallique étant réalisée en un seul alliage cuivre-zinc, et - une couche (12) d’oxyde de zinc directement formée sur la face périphérique de l’âme métallique et qui recouvre cette face périphérique, dans lequel l’épaisseur moyenne de la couche (12) d’oxyde de zinc est comprise entre 100 nm et 461 nm. Fig. 1

Description

Fil électrode

L'invention concerne un fil électrode pour l'usinage par électroérosion ainsi qu'un procédé de fabrication de ce fil électrode.

Les fils électrodes sont utilisés pour couper des métaux ou des matériaux conducteurs de l'électricité, par électroérosion dans une machine d’usinage par électroérosion.

Le procédé bien connu d'usinage par électroérosion, ou étincelage érosif, permet d'enlever de la matière sur une pièce conductrice de l'électricité, en générant des étincelles dans une zone d'usinage entre la pièce à usiner et un fil électrode conducteur de l'électricité. Le fil électrode défile en continu au voisinage de la pièce dans le sens de la longueur du fil, tenu par des guidages, et il est déplacé progressivement dans le sens transversal en direction de la pièce, soit par translation transversale des guidages du fil, soit par translation de la pièce.

Un générateur électrique, connecté au fil électrode par des contacts électriques à l’écart de la zone d'usinage, établit une différence de potentiels appropriée entre le fil électrode et la pièce conductrice à usiner. La zone d'usinage entre le fil électrode et la pièce est plongée dans un fluide diélectrique approprié. La différence de potentiels provoque, entre le fil électrode et la pièce à usiner, l'apparition d'étincelles qui érodent progressivement la pièce et le fil électrode. Le défilement longitudinal du fil électrode permet de conserver en permanence un diamètre de fil suffisant pour éviter sa rupture dans la zone d'usinage. Le déplacement relatif du fil et de la pièce dans le sens transversal permet de découper la pièce ou de traiter sa surface, le cas échéant.

Les particules détachées du fil électrode et de la pièce par les étincelles se dispersent dans le fluide diélectrique, où elles sont évacuées.

L'obtention d'une précision d'usinage, notamment la réalisation de découpes d'angle à faible rayon, nécessite d'utiliser des fils de petit diamètre et supportant une grande charge mécanique à la rupture pour être tendus dans la zone d'usinage et limiter l'amplitude des vibrations.

La plupart des machines d'usinage par électroérosion modernes sont conçues pour utiliser des fils métalliques, généralement de 0,25 mm de diamètre, et de charge à la rupture comprise entre 700 N/mm²et 1 000 N/mm².

Lorsqu’une étincelle se produit entre le fil électrode et la pièce, la surface du fil électrode se trouve brusquement échauffée à une très haute température pendant une brève durée. Il en résulte que la matière de la couche superficielle du fil électrode, à l'endroit de l’étincelle, passe de l'état solide à l’état liquide ou gazeux, et se trouve déplacée à la surface du fil électrode et/ou évacuée dans le fluide diélectrique. On constate que la face extérieure du fil électrode atteinte par l’étincelle a été déformée, prenant généralement une forme légèrement concave en cratère, avec des zones où la matière a été fondue et à nouveau solidifiée.

On a pu constater que l’efficacité des étincelles en ce qui concerne l’électroérosion dépend en grande partie de la nature et de la topographie de la couche superficielle du fil électrode. Pour cela, des progrès considérables d’efficacité d'électroérosion ont été obtenus en utilisant des fils électrodes comportant :

- une âme métallique en un ou plusieurs métaux ou alliages assurant une bonne conduction du courant électrique et une bonne résistance mécanique pour tenir la charge mécanique de tension du fil, et

- un revêtement en un ou plusieurs autres métaux ou alliages et/ou une topographie particulière, par exemple des fractures, assurant une meilleure efficacité de l’électroérosion, par exemple une plus grande vitesse d’érosion.

Par exemple, le brevet US8338735B2 décrit un fil électrode ayant une âme en laiton recouverte d'une couche d'alliage cuivre-zinc. Dans cette demande, la couche d'alliage cuivre-zinc comporte un mélange d'alliage cuivre-zinc en phase gamma fracturé.

Cette structure particulière de revêtement vise à assurer généralement une plus grande vitesse d’usinage d’une pièce par électroérosion.

Les procédés de fabrication des fils électrodes, tel que celui décrit dans le brevet US8338735B2, comporte généralement une étape de dépôt, typiquement par électrodéposition, d’une couche de zinc sur l’âme métallique. Cette étape est complexe à réaliser et consomme beaucoup d’énergie.

La demande JPS61203223A décrit un fil électrode ayant une âme en laiton recouverte d’une couche d’oxyde de zinc. La couche d’oxyde de zinc est obtenue en plaçant un fil en laiton dans un four chauffé à 600°C pendant 4 h. Ce traitement thermique à haute température est réalisé à une pression très faible de l’ordre de 0,05 atm (5,07 kPa). Un fil de laiton oxydé comportant une couche de 300 nm d’oxyde de zinc est obtenu. Ensuite, le fil de laiton oxydé est tréfilé pour passer d’un diamètre de 0,4 mm à un diamètre de 0,2 mm. La couche d’oxyde de zinc obtenue en chauffant à haute température sous très faible pression, est très friable. A cause de cela, lors du tréfilage, une grande partie de l’oxyde de zinc est perdu. Ainsi, après le tréfilage, au lieu d’obtenir une couche d’oxyde de zinc de 150 nm d’épaisseur, l’épaisseur de la couche d’oxyde de zinc est beaucoup plus petite et inférieure à 100 nm. De plus, puisque la couche d’oxyde de zinc obtenue est très friable, lors de l’utilisation de ce fil pour usiner une pièce, la couche d’oxyde de zinc s’effrite et encrasse les organes de guidage du fil électrode. Pour remédier à ce dernier inconvénient, la demande JPS61203223A propose, après le tréfilage, d’enduire le fil de laiton oxydé d’une couche de vernis. Toutefois, enduire le fil de laiton oxydé d’une couche de vernis n’est pas satisfaisant. En effet, cette couche de vernis est insoluble dans l’eau. A cause de cela, lors de l’usinage d’une pièce avec un fil de laiton oxydé enduit d’un tel vernis, le vernis n’est pas dissout par l’eau présente lors de l’usinage et reste donc sur le fil électrode. Cela perturbe le passage du courant d’usinage entre le fil électrode et la pièce lors de l’usinage.

L’invention vise à proposer un fil électrode dont les performances sont similaires à celle du fil électrode décrit dans le brevet US8338735B2 tout en étant plus simple à fabriquer.

L’invention a donc pour objet un fil électrode pour l’usinage par électroérosion, ce fil électrode comportant :

- une âme métallique comportant une face périphérique, cette âme métallique étant réalisée en un seul alliage cuivre-zinc, et

- une couche d’oxyde de zinc directement formée sur la face périphérique de l’âme métallique et qui recouvre cette face périphérique,

dans lequel l’épaisseur moyenne de la couche d’oxyde de zinc est comprise entre 100 nm et 461 nm.

Les modes de réalisation de ce fil électrode peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

1) L’épaisseur moyenne de la couche d’oxyde de zinc est supérieure ou égale à 160 nm.

2) La résistance au frottement de la couche d’oxyde de zinc est inférieure à 7 mg/km lorsque cette résistance est mesurée à l’aide de la méthode suivante :

- à température ambiante, faire défiler 1 km de fil à une vitesse de 80 m/min sous une tension de 12 N sur une face de frottement dont la section longitudinale dans un plan de coupe est un arc de cercle de rayon 33 mm, cet arc de cercle débutant au niveau d’une entrée et se terminant au niveau d’une sortie, cette face de frottement étant réalisée en zircone (ZrO₂) stabilisée avec de l’Yttrium (Y) et la rugosité Ra de cette face de frottement étant égale à 0,03 µm, le fil entrant en contact avec cette face de frottement au niveau d’un point de contact situé entre l’entrée et la sorite et en suivant une trajectoire rectiligne contenue dans le plan de coupe et formant avec la tangente au niveau de la sortie un angle de 30° et se séparant de cette face de frottement au niveau de la sortie en suivant une trajectoire parallèle à la tangente au niveau de cette sortie, puis

- peser la quantité de poussière qui s’est détachée du fil lorsque le défilement du kilomètre de fil est terminé, le poids mesuré de cette quantité de poussière constituant la mesure de la résistance au frottement exprimée en mg/km.

3) La couche d’oxyde de zinc est la couche superficielle du fil électrode.

4) La concentration en zinc de l’alliage cuivre-zinc de l’âme métallique est supérieur ou égal à 36 % atomique ou à 40 % atomique.

5) La concentration en zinc de l’alliage cuivre-zinc est inférieure à 42 % atomique.

6) L’oxyde de zinc de la couche d’oxyde de zinc est obtenu par un traitement thermique en présence d’oxygène de sorte que cet oxyde de zinc est composé, en pourcentage atomique :

- de plus de 90 % de zinc et d’oxygène,

- de plus 5 % de cuivre, et

- le reste étant formée de divers résidus.

L’invention a également pour objet un procédé de fabrication du fil électrode ci-dessus, ce procédé comportant :

- la fourniture d’un fil d’ébauche en métal comportant une face périphérique, ce fil d’ébauche étant réalisé en un seul alliage cuivre-zinc dont la concentration en zinc est supérieure à 20 % atomique, le diamètre D₀de ce fil d’ébauche étant compris entre 1,3*D₂et 6*D₂, où D₂est le diamètre final du fil électrode à fabriquer par ce procédé, puis

- l’oxydation de la face périphérique du fil d’ébauche fourni pour obtenir un fil d’ébauche oxydé comportant une couche d’oxyde de zinc directement sur sa face périphérique, cette couche d’oxyde de zinc recouvrant cette face périphérique, cette oxydation du fil d’ébauche fourni étant obtenue en soumettant le fil d’ébauche à un traitement thermique en présence d’un gaz contenant de l’oxygène, ce traitement thermique étant configuré pour générer une couche d’oxyde de zinc sur la face périphérique du fil d’ébauche dont l’épaisseur moyenne e₀est comprise entre 130 nm et 600 nm, puis

- le tréfilage du fil d’ébauche oxydé pour obtenir le fil électrode de diamètre D₂et dans lequel la couche d’oxyde de zinc forme la face extérieure du fil électrode,

dans lequel :

- le traitement thermique est configuré pour obtenir une couche d’oxyde de zinc dont l’épaisseur e₀est comprise entre 100*(D₀/D₂) nm et 600 nm et, de préférence, entre 120*(D₀/D₂) nm et 600 nm, et

- au cours du traitement thermique, la pression du gaz contenant de l’oxygène est supérieure à 50 kPa.

Les modes de réalisation de ce procédé peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes :

1) L’oxydation de la face périphérique du fil d’ébauche comporte les opérations suivantes :

- chauffer le fil d’ébauche à une température T_fourconstante pendant une durée D_fourcomprise entre 0,8*e₀ ²/[k*exp(-Q/(R*T_four))] et 1,2*e₀ ²/[k*exp(-Q/(R*T_four))], où :

- e₀est l’épaisseur souhaitée de la couche d’oxyde de zinc

- k = 2,418*10^-7m²/s

- Q = 152 kJ/mol,

- R = 8,314 J/mol/K, et

- exp(…) est la fonction exponentielle, puis

- à l’issue de la durée D_four, refroidir le fil d’ébauche oxydé jusqu’à ce que sa température redescende en dessous de 35°C avant de réaliser le tréfilage.

2) L’oxydation de la face périphérique du fil d’ébauche comporte :

- placer une bobine du fil d’ébauche à l’intérieur d’un four chauffé à la température T_four, la température T_fourétant comprise entre 400°C et 500°C, puis

- laisser la bobine à l’intérieur du four pendant toute la durée D_fourpuis retirer la bobine du four et la refroidir jusqu’à ce que la température du fil d’ébauche oxydé redescende en dessous de 35°C avant de réaliser le tréfilage.

3) L’étape de tréfilage réduit le diamètre D₀du fil d’ébauche oxydé par une facteur supérieur à deux ou 2,1.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels :

- la est une illustration schématique de la section transversale d’un fil électrode,

- la est un organigramme d’un procédé de fabrication du fil électrode de la ,

- la est une vue de face d’un guide utilisé pour mesurer la résistance au frottement d’un fil,

- la est une vue en coupe longitudinale du guide de la , et

- la est une vue de dessus du guide de la .

Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l’homme du métier ne sont pas décrites en détails.

Par la suite, dans un chapitre I, les définitions de certains termes sont données. Dans un chapitre II, un exemple de mode de réalisation détaillé est décrit en référence aux figures. Ensuite, dans un chapitre III, des variantes de ces modes de réalisation sont présentées. Enfin, dans un chapitre IV, les avantages des différents modes de réalisation sont décrits.

Chapitre I : Définitions et terminologie

L’expression « élément réalisé en matériau A » ou « élément en matériau A » désigne un élément dans lequel le matériau A représente au moins 70 %, en masse, de cet élément et de préférence, au moins 90 % ou 95 % en masse de cet élément.

Un "alliage cuivre-zinc" désigne un alliage formé uniquement de cuivre et de zinc aux impuretés inévitables près. Un alliage cuivre-zinc est également appelé « laiton ».

L’expression « conducteur électrique » désigne un matériau dont la conductivité électrique, à 20 °C, est supérieure à 10⁶S/m et, de préférence, supérieure à 10⁷S/m.

L'axe longitudinal d'un fil est l'axe le long duquel s'étend principalement ce fil.

L’expression « section transversale » désigne une section du fil électrode perpendiculaire à son axe longitudinal.

L’expression « section longitudinale » désigne une section du fil électrode réalisée le long d’un plan qui contient son axe longitudinal.

L’expression « couche » désigne une couche annulaire du fil électrode qui est située, dans chaque coupe transversale du fil électrode, entre une limite circulaire intérieure et une limite circulaire extérieure. En réalité, ces limites ne sont pas des cercles parfaits. Toutefois, en première approximation, dans ce texte, ces limites sont assimilées à des cercles. Ces limites circulaires sont toutes les deux centrées sur l’axe du fil électrode. La limite circulaire intérieure est la limite de la couche qui est la plus proche de l’axe du fil électrode. A l’inverse, la limite circulaire extérieure est la limite de la couche qui est la plus éloignée de l’axe du fil électrode. Entre ces limites circulaires intérieure et extérieure, la composition chimique est sensiblement homogène. A l’inverse, au niveau des limites circulaires intérieure et extérieure, la composition chimique change brusquement. En particulier, le changement de composition lorsque ces limites circulaires sont franchies est bien plus grand que les légers changements de composition qui peuvent être observés à l’intérieur d’une couche.

Le terme "couche fracturée" désigne une couche qui comporte une multitude de fractures qui la partitionne en une multitude de zones séparées les unes des autres, dans une section longitudinale du fil, par de très nombreuses fractures radiales. De très nombreuses fractures radiales désigne, sur une longueur de 1 mm du fil électrode, plus d'une dizaine de fractures radiales qui divisent la couche en question en une dizaine de blocs mécaniquement isolés les uns des autres, dans la section longitudinale, par ces fractures radiales.

L’expression "couche superficielle" désigne la couche du fil électrode qui se trouve la plus à l’extérieur du fil électrode. Cette couche superficielle peut comporter à sa surface une fine pellicule composée de résidus hydrosolubles tels que des résidus de lubrifiants de tréfilage. La face extérieure de cette couche superficielle est donc soit confondue avec la face extérieure du fil électrode en absence de la fine pellicule soit séparée de la face extérieure du fil électrode uniquement par cette fine pellicule. A l’inverse une couche du fil électrode recouverte d’un vernis comme dans le cas du fil électrode décrit dans la demande JPS61203223A n’est pas une couche superficielle car le vernis appliqué n’est pas hydrosoluble.

L’expression « température ambiante » désigne une température comprise entre 15 °C et 35 °C et, typiquement, égale à 25 °C.

L’épaisseur moyenne e d’une couche superficielle d’oxyde de zinc est définie par la relation (1) suivante : e = [m_i-m_f]/[ρ*π*d*L], où :

- m_iest la masse initiale d’un échantillon d’un fil comportant une couche superficielle d’oxyde de zinc,

- m_fest la masse du même échantillon de fil après avoir été plongé dans un bain qui dissout complètement la couche superficielle d’oxyde de zinc,

- ρ est la densité volumique de l’oxyde de zinc, cette densité ρ est ici prise égale à 5600 kg/m³,

- π est le nombre pi,

- d est le diamètre initial de l’échantillon de fil avant d’être plongé dans le bain qui dissout complètement la couche d’oxyde,

- L est la longueur de l’échantillon de fil, et

- « * » est le symbole qui désigne la multiplication scalaire.

L’épaisseur moyenne e est, par exemple, mesurée selon le procédé suivant :

1) Un échantillon de longueur L et de diamètre d de fil est prélevé puis enroulé sous la forme d’une couronne d’environ 5 cm de diamètre. La longueur L est par exemple égale à 12 m. Le diamètre d est souvent égal à 0,25 mm.

2) L’échantillon est rincé à l’eau, puis séché et épousseté à l’aide d’un jet d’air comprimé.

3) La masse initiale m_ide l’échantillon est mesurée à l’aide d’une balance de précision.

4) L’échantillon est ensuite trempé pendant 20 à 30 secondes dans un bain aqueux agitée d’acide sulfurique entre 8% et 12% de concentration, dont la température est comprise entre 42°C et 48°C.

5) L’échantillon est rincé à l’eau.

6) L’échantillon est séché à l’aide d’un jet d’air comprimé.

7) La masse finale m_fde l’échantillon est mesurée à l’aide d’une balance de précision.

8) L’épaisseur moyenne e de l’échantillon est calculée à l’aide de la relation (1) précédente.

A défaut de précision contraire, dans la suite de ce texte, le terme « épaisseur de la couche d’oxyde de zinc» seul désigne l’épaisseur moyenne de cette couche d’oxyde de zinc.

Chapitre II : Exemple de mode de réalisation

La représente un fil électrode 2 pour l’usinage par électroérosion tel que décrit dans la partie introductive de ce texte.

A cet effet, le fil électrode 2 présente une charge à la rupture supérieure à 400 N/mm² ou à 700 N/mm² et, généralement, inférieure à 1100 N/mm². Le fil 2 s’étend le long d’un axe 4 longitudinal. L’axe 4 est ici perpendiculaire au plan de la feuille. La longueur du fil 2 est supérieure à 1 m et, typiquement, supérieure à 10 m ou 50 m.

Le fil 2 présente une face extérieure 6 directement exposée aux étincelles lors de l’usinage d’une pièce par électroérosion à l’aide de ce fil. La face extérieure 6 est une face cylindrique qui s’étend le long de l’axe 4. La courbe directrice de la face 6 est principalement un cercle centré sur l’axe 4. Ainsi, la section transversale du fil 2 est circulaire. Le diamètre extérieur D₂du fil 2 est typiquement compris entre 50 µm et 1 mm et, le plus souvent, compris entre 70 µm et 400 µm. Ici, le diamètre D₂est égal à 0,25 mm.

Dans ce mode de réalisation, le fil 2 comporte :

- une âme centrale 10 réalisée en matériau électriquement conducteur, et

- un revêtement 12 directement déposé sur l’âme 10.

L’âme 10 a pour fonction d’assurer, à elle seule, l’essentiel de la charge à la rupture du fil 2. Elle a également pour fonction d’assurer la conductivité électrique du fil 2. A cet effet, elle est réalisée en matériau électriquement conducteur. Typiquement, elle est réalisée en métal ou en alliage métallique.

L’âme 10 comporte une face périphérique 14 principalement cylindrique qui s’étend le long de l’axe 4. Cette face périphérique 14 est réalisée en alliage cuivre-zinc. A cet effet, l’âme 10 est entièrement réalisée en un seul alliage cuivre-zinc. Par exemple, l’unique alliage cuivre-zinc de l’âme 10 est un alliage cuivre-zinc en phase α ou un alliage cuivre-zinc formé d’un mélange de phases α et β. En particulier, l’âme 10 ne comporte pas une partie centrale en alliage cuivre-zinc d’une phase donnée recouverte d’une couche en alliage cuivre-zinc dans une autre phase. Typiquement la concentration en zinc dans l’âme 10 est supérieure à 20 % atomique et, de préférence, supérieure ou égal à 36 % atomique ou 40 % atomique. Typiquement, la concentration en zinc de l’âme 10 est inférieure à 42 % atomique.

Le diamètre D₁₀de l’âme 10 est supérieur à 0,99*D₂ou à 0,995*D₂. Par exemple, ici, le diamètre D₁₀est supérieur ou égal à 0,249 mm.

Le revêtement 12 est conçu pour accroître la vitesse d’usinage et donc le rendement érosif du fil électrode et/ou la qualité des faces de la pièce obtenue après l’usinage par électroérosion. La qualité d’une face découpée par électroérosion est d’autant meilleure que sa rugosité est faible.

L’épaisseur moyenne du revêtement 12 est très petite devant le diamètre D₂du fil 2, c’est-à-dire inférieure à 0,5 % du diamètre D₂et, de préférence, inférieure à 0,25 % du diamètre D₂.

Dans ce mode de réalisation, le revêtement 12 est formé d’une seule couche d’oxyde de zinc. Ainsi, par la suite, la même référence numérique est utilisée pour désigner aussi bien le revêtement 12 que la couche d’oxyde de zinc.

La couche 12 est la couche superficielle du fil électrode 2.

L’épaisseur moyenne e₁₂de la couche 12 est comprise entre 160 nm et 461 nm et, de préférence, comprise entre 160 nm et 350 nm ou entre 160 nm et 300 nm.

Dans ce mode de réalisation, la couche 12 est essentiellement réalisée en oxyde de zinc de formule ZnO. Toutefois, par endroit, la couche 12 peut être traversée par des pics de laiton. Ces pics de laiton forment des saillies sur la face périphérique 14 de l’âme 10 qui traversent la couche 12. Ces pics de laiton ne forment qu’un seul bloc de matière avec l’âme 10.

La composition de l’oxyde de zinc peut s’écarter un peu de la stœchiométrie. Des analyses de composition réalisées grâce aux spectres XPS (« X-ray Photoectron Spectroscopy ») ont montré que l’oxyde de zinc de la couche 12 est composé, en pourcentages atomiques :

- de plus de 90 % de zinc et d’oxygène,

- de plus de 5 % de cuivre, et

- de divers résidus de fabrication.

Lors de ces analyses de composition, la présence de carbone et de composés carbonés sur la surface de la couche 12 n’a pas été prise en compte. En effet, ce carbone provient du lubrifiant utilisé lors de l’étape de tréfilage du fil électrode. D’après les analyses réalisées, l’oxyde de zinc correspond à de la zincite.

Un procédé de fabrication du fil 2 va maintenant être décrit en référence à la .

Pour la mise en œuvre de ce procédé de fabrication, typiquement, l’épaisseur e₁₂souhaitée est d’abord choisie entre 100 nm et 461 nm et, de préférence, entre 160 nm et 461 nm ou entre 160 nm et 350 nm. Par exemple, ici, l’épaisseur e₁₂est prise égale à 200 nm. Ensuite, la valeur d’un coefficient c₁décrit plus loin est choisi en respectant les contraintes également décrites plus loin. Par exemple, ici, le coefficient c₁est choisi égal à deux. Enfin, un diamètre D₀est choisi en fonction du coefficient c₁précédemment choisi et du diamètre final D₂souhaité et en respectant les contraintes énoncées dans le paragraphe suivant. A titre d’illustration, le diamètre final D₂est pris égal à 0,25 mm.

Lors d’une étape 80, un fil d’ébauche en laiton est d’abord fourni. Le fil d’ébauche est un fil en laiton ayant un diamètre D₀compris entre 1,3*D₂et 6*D₂et, de préférence, entre 1,3*D₂et 3,75*D₂ou entre 2*D₂et 3,75*D₂. Dans cet exemple, le diamètre D₂est égal à 0,25 mm de sorte que le diamètre D₀est compris entre 0,325 mm et 1,5 mm et, de préférence, compris entre 0,5 mm et 1,5 mm ou entre 0,5 mm et 0,94 mm. Ici, le diamètre D₀est pris égal à 0,5 mm.

La concentration en zinc de ce fil d’ébauche est choisie comme décrit précédemment dans le cas de l’âme 10. Ici la concentration en zinc du fil d’ébauche est de 40 % atomique. En effet, plus la concentration en zinc est élevée, plus les performances du fil 2 sont améliorées.

Dans ce mode de réalisation, le fil d’ébauche ayant le diamètre D₀souhaité est obtenu par tréfilage d’un fil en laiton de diamètre D_inistandard jusqu’à obtenir le diamètre D₀souhaité. Par exemple, le diamètre D_iniest égal à 1,25 mm.

Ensuite, lors d'une étape 82, le fil d’ébauche est oxydé pour obtenir un fil d’ébauche oxydé. Le fil d’ébauche oxydé comporte une couche d’oxyde de zinc directement sur sa face périphérique. Cette couche d’oxyde de zinc recouvre complètement la face périphérique du fil d’ébauche oxydé. A cet effet, lors de l’étape 82, le fil d’ébauche fourni est soumis à un traitement thermique en présence d’oxygène. Ce traitement thermique est réalisé dans un milieu gazeux contenant de l’oxygène et à une pression supérieure à 50 kPa ou 100 kPa. Ici, ce traitement thermique est tout simplement réalisé dans l’atmosphère terrestre, c’est-à-dire dans un milieu comportant plus de 20 %, en volume, de dioxygène, à la pression ambiante d’environ 101 kPa. Ce traitement thermique est configuré pour générer une couche d’oxyde de zinc sur la face périphérique du fil d’ébauche dont l’épaisseur moyenne e₀est comprise entre 130 nm et 600 nm et, généralement, comprise entre 160 nm et 600 nm. En effet, une épaisseur e₀inférieure à 130 nm ne permet pas l’obtention d’une épaisseur e₁₂supérieure ou égale à 100 nm après l’étape 84 de tréfilage décrite plus loin. Par ailleurs, il a été observé qu’une épaisseur e₀supérieure à 600 nm conduit à une couche d’oxyde de zinc qui n’adhère pas bien et qui est arrachée, au moins par endroits, lors de l’étape 84 de tréfilage. Cet arrachage d’une partie de la couche d’oxyde de zinc lors de l’étape 84 de tréfilage rend impossible le contrôle précis de l’épaisseur e₁₂. En effet, il est très difficile de déterminer à l’avance la quantité d’oxyde de zinc qui sera arrachée lors de l’étape 84 de tréfilage et donc de prévoir à l’avance l’épaisseur e₁₂obtenue après l’étape 84 de tréfilage. Ainsi, lorsque l’épaisseur e₀est supérieure à 600 nm, la reproductibilité du procédé de fabrication est dégradée. En effet, même si tous les paramètres de fabrication sont conservés égaux, les écarts entre les épaisseurs e₁₂des fils 2 fabriqués augmentent. De plus, l’arrachage d’une partie de l’oxyde de zinc constitue un gaspillage de matière qu’il convient d’éviter ou de limiter puisque l’oxyde de zinc arraché n’est pas utilisé dans le fil 2 fabriqué.

A l’intérieur de la plage [130 nm ; 600 nm], l’épaisseur e₀est déterminée par expérimentations successives en testant plusieurs épaisseurs e₀comprises dans cette plage jusqu’à trouver l’épaisseur e₀qui, après le tréfilage, permet d’obtenir l’épaisseur e₁₂souhaitée d’oxyde de zinc. En particulier, pour déterminer l’épaisseur e₀, il doit être tenu compte que, même si l’épaisseur e₀reste inférieure à 600 nm, une petite fraction de l’oxyde de zinc est arrachée lors de l’étape de tréfilage. Il a été évalué que, actuellement, cette petite fraction d’oxyde de zinc peut atteindre 20 % ou 30 %. Il est souligné qu’un telle petite fraction d’oxyde de zinc perdu lors du tréfilage, reste très inférieure à la fraction d’oxyde de zinc perdu si l’épaisseur e₀était choisie supérieure à 600 nm ou 800 nm. En effet, pour une épaisseur e₀supérieure à 600 nm ou 800 nm, la fraction d’oxyde de zinc perdu lors du tréfilage est supérieure à 50 % ou 67 %. Typiquement, les épaisseurs e₀testées sont généralement choisies dans l’intervalle [c₁*e₁₂; Min(1,3*c₁*e₁₂; 600)] et, de préférence, dans l’intervalle [1,1*c₁*e₁₂; Min(1,3*c₁*e₁₂; 600)] et, encore plus souvent, dans l’intervalle [1,2*c₁*e₁₂; Min(1,3*c₁*e₁₂; 600)], où :

- c₁est égal au coefficient de réduction du diamètre du fil d’ébauche oxydé lors de l’étape 84 de tréfilage, et

- Min(a;b) est la fonction qui retourne la plus petite des valeurs a et b.

Le coefficient de réduction c₁est défini comme étant égal au rapport D₀/D₂. Ainsi, lorsque l’épaisseur e₁₂est égale à 200 nm et que le coefficient c₁est égal à deux, l’épaisseur e₀qui permet d’obtenir l’épaisseur e₁₂souhaitée après le tréfilage est typiquement comprise entre 480 nm et 520 nm et, le plus souvent, égale ou très proche de 500 nm.

Ici le traitement thermique utilisé consiste à placer une bobine du fil d’ébauche fourni dans un four, sous air, chauffé à une température T_fourconstante pendant une durée D_fouret à pression ambiante. Ici, le four n’est pas étanche à l’air et l’air est brassé pendant toute la durée du traitement thermique. La vitesse d’oxydation du laiton du fil d’ébauche augmente en fonction de la température T_four. Ainsi, l’épaisseur de la couche d’oxyde de zinc qui se forme sur le fil d’ébauche augmente d’autant plus rapidement que la température T_fourest élevée. De même l’épaisseur de la couche d’oxyde de zinc qui se forme sur le fil d’ébauche croit en fonction de la durée D_four. Ainsi, en ajustant la température T_fouret la durée D_four, il est possible d’obtenir l’épaisseur e₀souhaitée d’oxyde de zinc.

Plus précisément, il a été établi que l’épaisseur e₀, la température T_fouret la durée D_foursont reliés les uns aux autres, en première approximation, par la relation (2) suivante : D_four= e₀ ²/[k*exp(-Q/(R*T_four))], où :

- k = 2,418*10^-7m²/s,

- Q = 152 kJ/mol,

- R = 8,314 J/mol/K, et

- exp(…) est la fonction exponentielle.

A l’aide de la relation (2) il est possible d’estimer une valeur théorique D_fourTde la durée D_fourpour obtenir une épaisseur e₀donnée avec une température T_fourdonnée. Ceci est illustré dans le tableau suivant dans le cas particulier où l’épaisseur e₀est égale à 600 nm. Ce tableau indique la valeur théorique D_fourT, en heure et fraction d’heure, nécessaire pour atteindre une épaisseur de 600 nm d’oxyde de zinc pour différentes températures T_four.

T_four(°C)	D_fourT(h)
200	25 287 835
250	628 198
300	29 741
350	2 297
400	260
450	39,7
500	7,73
550	1,84
600	0,51
650	0,17
700	0,06
750	0,02

Ensuite, plusieurs essais avec différentes valeurs de la durée D_fourchoisies autour de la valeur théorique D_fourTpeuvent être nécessaires pour obtenir la valeur précise de la durée D_fourqui permet d’obtenir exactement l’épaisseur e₀souhaitée. Typiquement, la valeur de la durée D_fourretenue à l’issue de ces essais est comprise dans l’intervalle [0,8*D_fourT; 1,2*D_fourT] ou dans l’intervalle [0,9*D_fourT; 1,1*D_fourT] ou encore dans l’intervalle [0,95*D_fourT; 1,05*D_fourT].

Par ailleurs la température T_fourest de préférence choisie pour ne pas être trop élevée de façon à correspondre à une durée D_fourassez longue de manière à ce que le temps nécessaire pour que la température soit uniforme à l’intérieur de toute la bobine soit très petit devant la durée D_four. En effet, si la température T_fourchoisie est très élevée, alors la durée D_fourcorrespondante est très courte. Or, sur une durée très courte, la chaleur n’a pas le temps de se diffuser uniformément à l’intérieur de toute la bobine. Ainsi, dans le cas où le traitement thermique consiste à placer une bobine entière du fil d’ébauche à l’intérieur d’un four, lorsque la durée D_fourest très courte, l’épaisseur e₀de la couche d’oxyde formée présente de forte inhomogénéité le long du fil d’ébauche oxydé. Pour éviter ce problème, ici, la durée D_fourest avantageusement choisie supérieure à quatre heures ou six heures. Cette contrainte, permet de déterminer une valeur maximale pour la température T_fourà ne pas dépasser. A l’inverse, la durée D_fourne doit pas être trop longue pour convenir à un procédé de fabrication industrialisable. A cet effet, ici la température T_fourest choisie entre 400°C et 500°C.

A l’issue de la durée D_four, la bobine de fil d’ébauche est retirée du four. A ce stade, le fil d’ébauche est recouvert d’une couche d’oxyde de zinc d’épaisseur e₀. Il est dès lors appelé « fil d’ébauche oxydé ». Après avoir été retirée du four, la bobine est refroidie. Pour cela, classiquement, la bobine est exposée à l’air ambiant pendant le temps nécessaire pour se refroidir jusqu’à la température ambiante. L’étape 82 est alors terminée.

Lors de l’étape 82, l’oxydation du zinc consomme le zinc présent dans le laiton. Ainsi, la concentration en zinc du laiton du fil d’ébauche à proximité de la couche d’oxyde de zinc est généralement inférieure à celle de ce même laiton situé au niveau de l’axe 4.

Ensuite, lors d’une étape 84, le fil d’ébauche, oxydé et refroidi, est tréfilé à froid pour obtenir le fil 2. Par « à froid », on désigne le fait que l’étape de tréfilage 84 est réalisée sans chauffer le fil d’ébauche préalablement à la réduction de son diamètre. Lors de l’étape 84, le coefficient c₁de réduction du diamètre permet d’amener le diamètre D₀du fil d’ébauche au diamètre D₂souhaité pour le fil 2, c’est-à-dire ici à un diamètre de 0,25 mm.

Lors de l’étape 82 et, en particulier, lors du traitement thermique, le laiton se recristallise ce qui diminue la charge à la rupture du fil d’ébauche. A l’issue de l’étape 82, la charge à la rupture du fil d’ébauche oxydé est très inférieure à 700 N/mm² de sorte qu’un tel fil n’est pas utilisable en tant que fil électrode à ce stade. Pour obtenir une charge à la rupture supérieure à 700 N/mm², il a été déterminé que le coefficient c₁doit être supérieur ou égal à 1,3. Plus précisément, plus le coefficient c₁est élevé, plus la charge à la rupture augmente. Ainsi, de préférence, le coefficient c₁est supérieur ou égal à 1,6 ou 2,25 ce qui permet d’obtenir des charges à la rupture supérieure à, respectivement, 800 N/mm² et 900 N/mm². Le coefficient c₁doit aussi être inférieur à 6 pour que l’épaisseur e₀reste inférieure à 600 nm. Dans le cas où le diamètre D₂est égal à 0,25 mm, un coefficient c₁égal à 1,3 impose que le diamètre D₀soit supérieur à 0,325 mm et inférieur à 1,5 mm. Ici, le coefficient c₁est choisi égal à deux pour obtenir une charge à la rupture comprise entre 700 N/mm² et 800 N/mm².

Il est souligné que si la valeur du coefficient c₁choisie résulte en une épaisseur c₁*e₁₂supérieure à 600 nm, alors le coefficient c₁et/ou l’épaisseur e₁₂doivent être réduit pour avoir, à la fois, un coefficient c₁supérieur à 1,3 et une épaisseur e₀inférieure à 600 nm.

Ici, lors de l’étape 84, le fil d’ébauche oxydé est tréfilé dans les mêmes conditions que celles qui conviennent à un fil de laiton non oxydé. La réduction du diamètre est réalisée en faisant passer le fil d’ébauche oxydé successivement à travers plusieurs filières de diamètre décroissant de manière à réduire progressivement le diamètre du fil d’ébauche oxydé jusqu’à atteindre le diamètre D₂souhaité. Par exemple, des filières avec des allongements compris entre 15 % à 22 % sont utilisées. Lors du tréfilage du fil d’ébauche oxydé, un lubrifiant hydrosoluble est utilisé. Par exemple, ici, le lubrifiant est une solution aqueuse contenant le lubrifiant hydrosoluble.

C’est ce tréfilage qui peut créer les pics de laiton qui traversent la couche 12.

A la fin de l’étape 84, une fois le diamètre D₂atteint, un recuit de détente en ligne est réalisé avant son bobinage. Ce recuit de détente permet de minimiser les contraintes résiduelles dans le fil 2 pour obtenir un fil 2 dont l’axe 4 est bien rectiligne et donc faciliter son enfilage dans une machine d’électroérosion. Ce recuit de détente ne modifie pas la composition du fil 2 et affecte peu sa charge à la rupture. Pour cela, le fil 2 est tendu entre deux poulies et la portion du fil 2 entre les deux poulies est chauffée alors que le fil 2 défile entre ces poulies. La température et la durée de ce recuit de détente sont très inférieures à celles utilisées lors de l’étape 82. Typiquement, la température pour un recuit de détente est comprise entre 300°C et 450°C et sa durée est inférieure à 2 s ou 3 s.

Pour montrer l’intérêt d’un fil électrode comportant une couche épaisse d’oxyde de zinc à sa surface, les essais suivants ont été réalisés. Un travail d’usinage par électroérosion de référence a été défini. Il s’agit de la découpe d’un poinçon dans une pièce d’acier de 50 mm de hauteur avec des guidages situés à moins de 0,2 mm de la pièce. La découpe est réalisée sur une machine CUT200MS commercialisée par la société « GF Machining Solution ». Cette découpe est réalisée en trois passes d’usinage, avec une technologie adaptée au laiton. Lors de chaque passe, la vitesse de déplacement de la pièce par rapport au fil électrode a été adaptée pour découper le plus rapidement possible le poinçon avec le même état de surface final. Ici, cet état de surface final correspond à une rugosité Ra de 0,6 µm. Plus précisément, dans les essais réalisés, seules les vitesses de déplacement de la pièce par rapport au fil électrode des première et deuxième passes ont été adaptées en fonction du fil employé. La vitesse de déplacement de la pièce par rapport au fil électrode lors de la troisième passe est la même pour tous les essais réalisés.

En utilisant le procédé de fabrication de la , différents fils 2 ont été produits avec des épaisseurs e₁₂différentes. Les temps d’usinages du poinçon en utilisant les différents fils 2 sont indiqués dans le tableau ci-dessous. Dans ce tableau, la première colonne comporte la désignation du fil. La deuxième colonne comporte l’épaisseur e₁₂et la troisième colonne le temps, exprimé en heure et fraction d’heure, d’usinage correspondant. Dans ce tableau, les fils désignés par L7 et L49 sont identiques au fil 2 sauf que leur épaisseur e₁₂n’est pas comprise entre 100 nm et 461 nm. Le fil désigné par « Gamma » est un fil électrode conforme à l’enseignement du brevet US8338735B2. Il comporte une couche superficielle en alliage cuivre-zinc fracturé en phase gamma. Plus précisément, il s’agit du fil électrode commercialisé par la société Thermocompact® sous la référence Thermo SA.

Fil	e₁₂(nm)	Temps (h)
L7	7	0,88
L49	49	0,87
L106	106	0,84
L146	146	0,82
L218	218	0,80
L252	252	0,79
L280	280	0,80
L380	380	0,83
L436	436	0,79
Gamma	44	0,82

Comme illustré par ces essais, le fil 2 permet d’usiner pratiquement aussi rapidement que le fil « Gamma » à partir du moment où l’épaisseur e₁₂est supérieure à 100 nm. De plus, pour des épaisseurs e₁₂supérieure à 160 nm, il devient possible d’usiner plus rapidement que le fil « Gamma ». Par exemple, de préférence, l’épaisseur e₁₂est comprise entre 160 nm et 350 nm ou entre 160 nm et 300 nm.

Par ailleurs, il a été validé que le fil 2 produit présente une résistance au frottement égale ou meilleure que celle d’un fil standard. Pour cela, la résistance au frottement du fil 2 est inférieure ou égale à 7 mg/km et, de préférence, inférieure à 5 mg/km. Ainsi, le fil 2 n’encrasse pas plus les organes de guidage du fil d’une machine d’usinage par électroérosion qu’un fil standard. Ici, le fil standard est identique au fil 2 sauf qu’il est dépourvu de revêtement. Le fil standard est donc entièrement réalisé en laiton. Pour cela, la résistance au frottement du fil 2 et du fil standard ont été mesurées à l’aide de la méthode suivante :

- Étape 1) : à température ambiante, faire défiler 1 km de fil à une vitesse de 80 m/min sous une tension de 12 N sur une face de frottement d’un guide 100 ( à 5), le fil entrant en contact avec cette face de frottement en suivant une trajectoire rectiligne 101 parallèle à une direction D, puis

- Étape 2) : peser la quantité de poussière qui s’est détachée du fil lorsque le défilement du kilomètre de fil est terminé.

Le poids mesuré de cette quantité de poussière constitue la mesure de la résistance au frottement du fil exprimée en mg/km. En effet, plus la couche d’oxyde de zinc est friable et/ou plus son adhérence sur l’âme est faible, plus la quantité d’oxyde de zinc arraché lors de son frottement sur la face de frottement du guide 100 est importante.

Les figures 3 à 5 représentent en détail le guide 100 utilisé dans la méthode de mesure de la résistance au frottement. Sur la , les cotes indiquées sont exprimées en millimètres.

Le guide 100 est un solide de révolution. Son axe de révolution porte la référence 102. La coupe transversale du guide 100 représentée sur la est réalisée selon un plan de coupe A-A qui contient l’axe 102. Ainsi, seuls les éléments situés d’un côté de l’axe 102 dans la sont décrits en détails. Les autres éléments, du côté opposé, se déduisent par la symétrie de révolution autour de l’axe 102. Sur les figures 3 à 5, l’axe 102 est vertical.

Le guide 100 comporte une face de frottement 104 dont la section longitudinale dans la plan de coupe A-A forme un arc de cercle qui débute au niveau d’une entrée 106 et se termine au niveau d’une sortie 108. La tangente de l’arc de cercle au niveau de la sortie 108 est parallèle à l’axe 102. Le rayon de cet arc de cercle est égal à 33 mm. La projection orthogonale de cet arc de cercle sur l’axe 102 forme un trait de 19,67 mm de long. La projection orthogonale de cet arc de cercle sur un plan perpendiculaire à l’axe 102, forme un trait de 6,5 mm de long.

Après la sortie 108, en allant vers le bas, la face 104 se prolonge par une face 110 cylindrique et parallèle à l’axe 102. La section horizontale de la face 110 est un cercle centré sur l’axe 102 de diamètre supérieur au diamètre du fil. Ici, le diamètre de la face 110 est égal à 1 mm.

En allant vers le bas, la face 110 se termine par un orifice circulaire 112 qui forme l’entrée d’une face tronconique 114.

La face tronconique 114 est centrée sur l’axe 102. Cette face 114 s’évase, en allant vers le bas, jusqu’à un orifice de sortie 116.

La face 104 est réalisée en dans un matériau beaucoup plus dur que le laiton et l’oxyde de zinc. Ici, la face 104 est en céramique. Plus précisément, la céramique est de la zircone (ZrO₂) stabilisée avec de l’Yttrium (Y). Par exemple, cette céramique comporte environ 6 % d’Ytrrium sous forme d’oxyde Y₂O₃. Dans ce mode de réalisation, le guide 100 est entièrement réalisé en zircone (ZrO₂) stabilisée avec de l’Yttrium (Y) sous forme d’oxyde Y₂O₃. La rugosité Ra de la face 104 de frottement est égal à 0,03 µm. Plus précisément, la rugosité de la face 104 a été mesurée trente fois à l’aide du matériel et des réglages suivants :

- Marque du matériel : MAHR

- Référence du contrôleur : MarSurf M400

- Référence de l’unité d’avance : MarSurf SD26

- Reférence du stylet : 6852404 BWF A 4-4,5 – 2 / 90° (pointe à 90° avec un rayon de 2 µm)

- Longueur de coupure Lc 0.08 mm

- Longueur d’évaluation 5 fois 0.08 mm

- Filtre Ls en fonction

La moyenne des trente mesures obtenues est égale à 0,0305 µm et l’écart-type de ces trente mesures est égal à 0,0029 µm.

Actuellement, le guide 100 est commercialisé, par la société GF Machining Solution®, sous le terme de «Buse d’entrée frein » («Inletbush for Brake » en anglais) avec la référence 326864 dans leur catalogue en ligne accessible à l’adresse suivante : https://ecatalog.gfms.com/gfms/fr/USD/search/326864.

Lors de l’étape 1), l’angle β entre la direction D et l’axe 102 est égal à 30°. Ainsi, le fil entre en contact avec la face 104 au niveau d’un point 120 situé juste après l’entrée 106. La tangente au niveau du point 120 est parallèle à la direction D. Ainsi, lors de l’étape 1), le fil avance à l’intérieur du guide 100 en passant successivement par l’entrée 106, puis la sortie 108, puis l’orifice 112 et enfin l’orifice 116. Après l’orifice 116, le fil se déplace le long d’une trajectoire 122 confondue avec l’axe 102. Dans ces conditions, lors de l’étape 1), le fil frotte uniquement sur la face 104.

De préférence, lors de l’étape 1), l’axe 102 est vertical de sorte que la poussière générée par le frottement du fil sur la face 104 tombe sous l’orifice 116. Par exemple, lors de l’étape 1), la poussière qui tombe est collectée dans un récipient situé sous l’orifice 116. Par exemple, le récipient est une pastille adhésive circulaire de trois à quatre centimètres de diamètre. Cette pastille adhésive est placée juste sous l’orifice 116 et sa face adhésive est tournée vers l’orifice 116. Avant le défilement du fil, une fente est réalisée dans cette pastille pour relier sa périphérie à son centre. Cette fente permet d’introduire le fil dans la pastille jusqu’à ce qu’il traverse le centre de la pastille. Ensuite, lors de l’étape 1), le fil traverse la pastille et la poussière se colle sur la face adhésive. Lors de l’étape 2), c’est la poussière collectée dans ce récipient qui est pesée. Pour cela, ici, la pastille adhésive est pesée avant et après l’étape 1). La différence entre ces deux mesures du poids de la pastille est égale au poids de la poussière collectée.

A l’aide de cette méthode, la résistance au frottement mesuré pour le fil standard est de 7 mg/km et la résistance au frottement mesurée pour le fil 2 est de 2 mg/km.

Chapitre III : Variantes :

Variantes du fil électrode :

La face extérieure de la couche 12 peut être recouverte d’une fine pellicule du lubrifiant utilisé lors de l’étape 84 de tréfilage.

Variantes du procédé de fabrication :

En variante, si le fil d’ébauche ayant le diamètre D₀souhaité est disponible dans le commerce, lors de l’étape 80, il n’est pas procédé à son tréfilage avant d’exécuter l’étape 82.

D’autres modes de réalisation de l’étape 82 d’oxydation sont possibles. Par exemple, en variante, au lieu de placer une bobine entière du fil d’ébauche dans un four, le fil d’ébauche est déroulé puis il traverse un tunnel chauffant puis il est à nouveau enroulé sur une bobine à la sortie de ce tunnel. A l’intérieur du tunnel, la température est égale à la température T_four. Ainsi, dans cette variante, le fil d’ébauche est chauffé à la température T_fourportion après portion. Dès lors le problème du temps nécessaire pour obtenir une température uniforme au sein d’une bobine entière du fil d’ébauche ne se pose pas. Dans ce cas, il est possible d’utiliser une température T_fourplus élevée et une durée D_fourtrès courte. Par exemple, lorsqu’un tunnel chauffant est utilisé, la valeur de la température T_fourpeut être supérieure à 600°C ou 700°C. La vitesse de défilement du fil d’ébauche à l’intérieur du tunnel est alors réglée pour que la durée D_four, pendant laquelle une portion du fil d’ébauche reste à l’intérieur du tunnel, permette d’obtenir l’épaisseur e₀souhaitée.

L’étape 82 d’oxydation peut aussi être réalisée dans un autre milieu que l’atmosphère terrestre. Par exemple, l’étape 82 peut aussi être réalisée dans un milieu contenant plus de 20 % ou 30 %, en volume, de dioxygène.

Dans une autre variante de l’étape 82, la température T_fourvarie pendant la durée D_four. Par exemple, la température T_fourcroît continûment pendant la durée D_four.

Le refroidissement du fil d’ébauche oxydé peut aussi être réalisé différemment. Par exemple, le four est éteint et la bobine est laissée à l’intérieur du four jusqu’à qu’elle atteigne la température ambiante.

Dans un mode de réalisation simplifié, lors de l’étape 84, le recuit de détente est omis.

Plusieurs des variantes décrites ci-dessus peuvent être combinées dans un même mode de réalisation.

Chapitre IV : Avantages des modes de réalisation décrits :

Le fait que la couche d’oxyde de zinc soit directement formée sur la face périphérique de l’âme métallique rend possible la fabrication de cette couche d’oxyde de zinc par simple oxydation de la face périphérique en laiton d’un fil d’ébauche. Ainsi, il n’est pas nécessaire de déposer sur la face périphérique du fil d’ébauche une couche en zinc comme, par exemple, dans le cas de la fabrication d’un fil conforme à l’enseignement donné dans le brevet US8338735B2. En particulier, il est souligné que le dépôt, par électrodéposition, d’une couche de zinc sur un fil d’ébauche consomme beaucoup plus d’énergie que l’étape de traitement thermique. Ainsi, le fil électrode décrit ici peut être fabriqué par des procédés plus simples et plus économiques.

Le fait que l’épaisseur de la couche d’oxyde soit supérieure à 100 nm améliore la vitesse d’usinage et permet, notamment, d’obtenir des vitesses d’usinage voisines ou supérieures à celle d’un fil électrode comportant un revêtement fracturé en alliage cuivre-zinc en phase gamma comme celui décrit dans US8338735B2.

Le fait que l’épaisseur de la couche d’oxyde soit inférieure à 461 nm, permet d’améliorer l’adhérence de cette couche d’oxyde sur l’âme métallique.

Le fait que l’épaisseur e₁₂soit supérieure à 160 nm permet d’obtenir une vitesse d’usinage supérieure à celle obtenue avec un fil électrode comportant un revêtement fracturé en alliage cuivre-zinc en phase gamma comme celui décrit dans US8338735B2.

Le fait que la résistance au frottement de la couche d’oxyde de zinc soit inférieure à 7 mg/km permet de limiter la quantité de poussière produite par le fil électrode lorsqu’il est utilisé pour usiner une pièce. Cela limite donc l’encrassement des organes de guidage des machines d’usinage par électroérosion. Cela permet aussi d’éviter d’avoir à recouvrir cette couche d’oxyde de zinc d’un vernis comme décrit dans la demande JPS61203223A. Dès lors, les problèmes causés par la présence de ce vernis à la surface du fil électrode peuvent être évités.

Le fait que la couche d’oxyde de zinc soit la couche superficielle du fil électrode permet d’augmenter la vitesse d’usinage.

Le fait que la concentration en zinc de la face périphérique soit supérieure à 36 % atomique permet d’améliorer encore plus les performances d’usinage.

Le fait que le diamètre D₀soit compris entre 1,3*D₂et 6*D₂garantit que le coefficient c₁de réduction du diamètre lors du tréfilage est supérieur à 1,3 et donc que la charge à la rupture du fil électrode fabriqué est supérieure à 700 N/mm².

Le fait que le diamètre D₀soit compris entre 1,3*D₂et 6*D₂combiné au fait que l’épaisseur e₀est comprise entre 100*(D₀/D₂) nm et 600 nm, permet de fabriquer un fil électrode dont l’épaisseur e₁₂est comprise entre 100 nm et 461 nm.

Le fait que l’épaisseur e₀soit inférieure à 600 nm évite l’arrachage d’une partie de la couche d’oxyde de zinc lors du tréfilage. Puisqu’il n’y a pas d’arrachage d’une partie de la couche d’oxyde de zinc, l’épaisseur e₁₂est bien maîtrisée et reproductible.

Le fait que lors du traitement thermique, la température maximale atteinte soit comprise entre 400°C et 500°C permet d’avoir un traitement thermique qui dure au moins six heures. Une telle durée du traitement thermique permet d’avoir une température uniforme dans l’ensemble d’une bobine de fil d’ébauche chauffée dans le four et donc d’obtenir une couche d’oxyde de zinc qui est plus uniforme sur toute la longueur du fil d’ébauche.

Le fait de réduire le diamètre du fil d’ébauche oxydé par un facteur supérieur à deux permet d’obtenir une charge à la rupture supérieure à 770 N/mm².

Claims

Fil électrode (2) pour l’usinage par électroérosion, ce fil électrode comportant :
- une âme métallique (10) comportant une face périphérique, cette âme métallique étant réalisée en un seul alliage cuivre-zinc, et
- une couche (12) d’oxyde de zinc directement formée sur la face périphérique de l’âme métallique et qui recouvre cette face périphérique,
caractérisé en ce que l’épaisseur moyenne de la couche (12) d’oxyde de zinc est comprise entre 100 nm et 461 nm.
Fil électrode conforme à la revendication 1, dans lequel l’épaisseur moyenne de la couche (12) d’oxyde de zinc est supérieure ou égale à 160 nm.
Fil électrode conforme à l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la résistance au frottement de la couche d’oxyde de zinc est inférieure à 7 mg/km lorsque cette résistance est mesurée à l’aide de la méthode suivante :
- à température ambiante, faire défiler 1 km de fil à une vitesse de 80 m/min sous une tension de 12 N sur une face (104) de frottement dont la section longitudinale dans un plan de coupe est un arc de cercle de rayon 33 mm, cet arc de cercle débutant au niveau d’une entrée (106) et se terminant au niveau d’une sortie (108), cette face de frottement étant réalisée en zircone (ZrO₂) stabilisée avec de l’Yttrium (Y) et la rugosité Ra de cette face de frottement étant égale à 0,03 µm, le fil entrant en contact avec cette face de frottement au niveau d’un point (120) de contact situé entre l’entrée (106) et la sorite (108) et en suivant une trajectoire rectiligne (101) contenue dans le plan de coupe et formant avec la tangente au niveau de la sortie un angle de 30° et se séparant de cette face de frottement au niveau de la sortie en suivant une trajectoire (122) parallèle à la tangente au niveau de cette sortie, puis
- peser la quantité de poussière qui s’est détachée du fil lorsque le défilement du kilomètre de fil est terminé, le poids mesuré de cette quantité de poussière constituant la mesure de la résistance au frottement exprimée en mg/km.
Fil électrode conforme à la revendication 3, dans lequel la couche d’oxyde de zinc est la couche superficielle du fil électrode.
Fil électrode conforme à l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la concentration en zinc de l’alliage cuivre-zinc de l’âme métallique (10) est supérieur ou égal à 36 % atomique ou à 40 % atomique.
Fil électrode conforme à la revendication 5, dans lequel la concentration en zinc de l’alliage cuivre-zinc est inférieure à 42 % atomique.
Fil électrode conforme à l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l’oxyde de zinc de la couche (12) d’oxyde de zinc est obtenu par un traitement thermique en présence d’oxygène de sorte que cet oxyde de zinc est composé, en pourcentage atomique :
- de plus de 90 % de zinc et d’oxygène,
- de plus 5 % de cuivre, et
- le reste étant formée de divers résidus.
Procédé de fabrication d'un fil électrode conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, ce procédé comportant :
- la fourniture (80) d’un fil d’ébauche en métal comportant une face périphérique, ce fil d’ébauche étant réalisé en un seul alliage cuivre-zinc dont la concentration en zinc est supérieure à 20 % atomique, le diamètre D₀de ce fil d’ébauche étant compris entre 1,3*D₂et 6*D₂, où D₂est le diamètre final du fil électrode à fabriquer par ce procédé, puis
- l’oxydation (82) de la face périphérique du fil d’ébauche fourni pour obtenir un fil d’ébauche oxydé comportant une couche d’oxyde de zinc directement sur sa face périphérique, cette couche d’oxyde de zinc recouvrant cette face périphérique, cette oxydation du fil d’ébauche fourni étant obtenue en soumettant le fil d’ébauche à un traitement thermique en présence d’un gaz contenant de l’oxygène, ce traitement thermique étant configuré pour générer une couche d’oxyde de zinc sur la face périphérique du fil d’ébauche dont l’épaisseur moyenne e₀est comprise entre 130 nm et 600 nm, puis
- le tréfilage (84) du fil d’ébauche oxydé pour obtenir le fil électrode de diamètre D₂et dans lequel la couche d’oxyde de zinc forme la face extérieure du fil électrode,
caractérisé en ce que :
- le traitement thermique est configuré pour obtenir une couche d’oxyde de zinc dont l’épaisseur e₀est comprise entre 100*(D₀/D₂) nm et 600 nm et, de préférence, entre 120*(D₀/D₂) nm et 600 nm, et
- au cours du traitement thermique, la pression du gaz contenant de l’oxygène est supérieure à 50 kPa.
Procédé selon la revendication 8, dans lequel l’oxydation (82) de la face périphérique du fil d’ébauche comporte les opérations suivantes :
- chauffer le fil d’ébauche à une température T_fourconstante pendant une durée D_fourcomprise entre 0,8*e₀ ²/[k*exp(-Q/(R*T_four))] et 1,2*e₀ ²/[k*exp(-Q/(R*T_four))], où :
- e₀est l’épaisseur souhaitée de la couche d’oxyde de zinc
- k = 2,418*10^-7m²/s
- Q = 152 kJ/mol,
- R = 8,314 J/mol/K, et
- exp(…) est la fonction exponentielle, puis
- à l’issue de la durée D_four, refroidir le fil d’ébauche oxydé jusqu’à ce que sa température redescende en dessous de 35°C avant de réaliser le tréfilage.
Procédé selon la revendication 9, dans lequel l’oxydation (82) de la face périphérique du fil d’ébauche comporte :
- placer une bobine du fil d’ébauche à l’intérieur d’un four chauffé à la température T_four, la température T_fourétant comprise entre 400°C et 500°C, puis
- laisser la bobine à l’intérieur du four pendant toute la durée D_fourpuis retirer la bobine du four et la refroidir jusqu’à ce que la température du fil d’ébauche oxydé redescende en dessous de 35°C avant de réaliser le tréfilage.
Procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 10, dans lequel l’étape (84) de tréfilage réduit le diamètre D₀du fil d’ébauche oxydé par une facteur supérieur à deux ou 2,1.