Elettroerosione Macchina per elettroerosione

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Gina Masini
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1 Elettroerosione 1 Macchina per elettroerosione 2 Politecnico di Torino 1

2 Il processo di elettroerosione Viene generato un campo elettrico tra elettrodo e pezzo Si forma un canale ionizzato tra elettrodo e pezzo con accensione della scintilla e fusione locale del pezzo Interruzione della corrente ed implosione della scintilla Evacuazione delle particelle metalliche per mezzo del lavaggio del dielettrico 3 Schematizzazione Politecnico di Torino 2

della corrente ed implosione della scintilla Evacuazione delle particelle metalliche per mezzo del

3 Ottimizzazione del processo Aumentando l intensità di corrente: eliminazione delle particelle nell area di lavoro raffreddamento della zona di lavorazione contenimento del canale di scarica 5 Ottimizzazione del processo Cercare un compromesso tra quantità di materiale asportato e livello di usura dell utensile Come svantaggio si ha l alterazione termica del materiale attorno alle superfici lavorate 6 Politecnico di Torino 3

processo Cercare un compromesso tra quantità di materiale asportato e livello di usura dell utensile Come

4 Grafico di funzionamento Volume di materiale asportato Usura dell utensile Intensità di corrente [A] 7 Grafico di funzionamento Regime di lavoro I 1 I 2 Intensità di corrente [A] 8 Politecnico di Torino 4

5 Operazioni per elettroerosione 9 Lavorazioni per elettroerosione Improntatura tecnica a più canali erosione planetaria 10 Politecnico di Torino 5

6 Lavorazione di stampi 11 Lavorazione di viti 12 Politecnico di Torino 6

7 Lavorazione di chiavette 13 Lavorazione di stampi a tranciare 14 Politecnico di Torino 7

8 Lavorazioni per elettroerosione Improntatura Taglio 15 Taglio con lama 16 Politecnico di Torino 8

9 Taglio con nastro o filo 17 Taglio con disco 18 Politecnico di Torino 9

10 Lavorazioni per elettroerosione Improntatura Taglio Rettifica utilizzata per pezzi di elevate dimensioni 19 Rettifica interna 20 Politecnico di Torino 10

11 Rettifica di profili 21 Taglio a getto d acqua 22 Politecnico di Torino 11

12 Generalità Processo di taglio che sfrutta la forza risultante della variazione della quantità di moto di un getto d acqua nell urto contro la superficie La pressione di lavoro varia tra MPa 23 Materiali lavorabili con getto d acqua Taglio di materiali di qualsiasi tipo, dai più morbidi fino a metalli, ceramiche e marmo Lavorazione di materiali di durezza non elevata (plastica, legno, tessuti e laterizi ecc.) Taglio di materiali con polveri nocive (amianto) 24 Politecnico di Torino 12

Taglio di materiali di qualsiasi tipo, dai più morbidi fino a metalli, ceramiche e marmo Lavorazione di materiali di

13 Vantaggi del sistema Taglio di geometrie molto complesse in 2D Operazioni effettuate con tolleranze ragionevoli Lavorazione senza apporto di calore Versatilità Lavorazione ecologica e sicura per l operatore 25 Impiego del water abrasive jet Industria aerospaziale (lavorazione del titanio) Architettura e lavori artistici Automotive (parti per prototipi) Industria del vetro Industria Medica Officine EDM con applicazioni laser 26 Politecnico di Torino 13

water abrasive jet Industria aerospaziale (lavorazione del titanio) Architettura e lavori artistici Automotive

14 Il processo del taglio a getto d acqua 27 Schema di funzionamento 28 Politecnico di Torino 14

15 L ugello waterjet 29 Il waterjet La pompa porta la pressione dell acqua a 400 MPa L acqua in pressione passa in un ugello L 0,5mm Il flusso ha velocità supersonica (Mach 2 3) Il taglio avviene per erosione supersonica del flusso d acqua Il vapore di taglio è in grado di far evaporare l acqua utilizzata 30 Politecnico di Torino 15

(Mach 2 3) Il taglio avviene per erosione supersonica del flusso d acqua Il vapore

16 Pompe utilizzate per il taglio waterjet Intensifier pump una pompa idraulica mette in pressione il fluido che aziona un pistone il pistone porta in pressione l acqua mediante una superficie molto più piccola aumento notevole di pressione (da 20 MPa a 400 MPa con rapporto tra superfici di 1/20) 31 Pompe utilizzate per il taglio waterjet Intensifier pump Crankshaft pump stesso principio dell intensifier pump ma utilizzo di più pistoni la pompa recupera la spinta dell acqua rimasta nel cilindro sottoforma di energia cinetica aumento di rendimento (fino al 95%) 32 Politecnico di Torino 16

31 Pompe utilizzate per il taglio waterjet Intensifier pump Crankshaft pump stesso principio dell intensifier pump ma utilizzo di più pistoni la

17 Difetti del sistema Jet lag perdita di velocita del getto d acqua in seguito alla perforazione del materiale creazione di un tagliente curvo 33 Difetti del sistema Taper ad alte velocità il flusso d acqua non riesce ad asportare tutto il materiale fino in fondo taglio più largo nella parte superiore rispetto al fondo come rimedio si usano ugelli inclinabili 34 Politecnico di Torino 17

flusso d acqua non riesce ad asportare tutto il materiale fino in fondo taglio più largo nella

18 Gli ugelli inclinabili 35 L abrasive jet 36 Politecnico di Torino 18

19 L abrasive jet Il flusso supersonico passa attraverso un focalizzatore Per effetto Venturi si forma un vuoto che permette l ingresso di abrasivi nel flusso Il canale di alimentazione accelera gli abrasivi a velocità supersoniche Il taglio avviene per erosione 37 Diagramma della pressione Pressione p picco v c0 ρ0 = ρ0 c 1+ ρ c s 0 s p media 1 = ρ v 2 2 Tempo 38 Politecnico di Torino 19

accelera gli abrasivi a velocità supersoniche Il taglio avviene per erosione 37 Diagramma della

20 Principi dei fasci laser 39 Il laser Laser è l acronimo di Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplificazione della luce mediante emissioni stimolate di radiazioni) Caratteristiche del fascio laser: monocromaticità coerenza collimazione irradianza (potenza che una sorgente di onde elettromagnetiche emette per unità di superficie e di angolo solido) 40 Politecnico di Torino 20

Caratteristiche del fascio laser: monocromaticità coerenza collimazione irradianza (potenza che una

21 Parametri dell onda La frequenza della radiazione: ν = c λ c : velocità della luce nel vuoto ( m/s) λ : lunghezza d onda della radiazione emessa 41 Parametri dell onda La relazione di Planck: h ν = E2 E 1 h : costante di Planck E 2 E 1 : energia persa dall elettrone nel passaggio tra due livelli energetici 42 Politecnico di Torino 21

22 Fenomeni di interazione Emissione spontanea un atomo passa spontaneamente dal livello E 2 a E 1 con emissione di un fotone di frequenza ν Assorbimento: un fotone di frequenza n interagisce con un atomo di livello E 1 portandolo in E 2 Emissione stimolata: la radiazione elettromagnetica E 2 - E 1 eccita il sistema atomico facendolo decadere di livello ma emettendo fotoni 43 L amplificazione della luce h ν = E2 E 1 E 2 E 1 Amplificazione dei fotoni 44 Politecnico di Torino 22

23 L inversione di popolazione In condizioni di equilibrio termodinamico l emissione stimolata non si verifica perché il materiale assorbe la radiazione L effetto laser s innesca quando i livelli energetici superiori sono quelli più popolati (inversione di popolazione) attraverso sistemi di pompaggio si eccita il sistema scatenando l emissione stimolata 45 Metodo di pompaggio a quattro livelli Pompaggio Livello di pompaggio Emissione spontanea E 2 E 1 h ν = E2 E 1 Livello fondamentale Emissione spontanea 46 Politecnico di Torino 23

24 Laser a stato gassoso CO 2 (più utilizzato) λ = 10,6 mm He Ne λ = 0,633 mm Ar Kr Sorgenti laser λ = 0,488 0,674 mm Eccimeri λ = 0,19 0,35 mm Laser a liquidi Dyes λ = 0,4 0,8 mm Laser a semiconduttori GaAs, GaAsP Laser a stato solido Rubino Nd:Yag λ = 0,84 1,2 mm λ = 0,69 mm λ = 1,06 mm 47 Potenze medie delle sorgenti laser Rendimento medio 30 Semiconduttori 12 8 CO CO 2 Eccimeri 2 1 Nd:Yag 0,1 0, Potenza [kw] 48 Politecnico di Torino 24

25 Sorgente laser CO 2 a flusso trasverso Cavità risonante Elettrodo 49 Sorgente laser CO 2 a flusso trasverso Fascio laser in uscita Specchio di rinvio per amplificare la luce 50 Politecnico di Torino 25

26 Parametri caratteristici delle sorgenti Potenza (densità di potenza d P ) Lunghezza d onda Modo temporale emissione continua o impulsata 51 Funzionamento impulsato del laser Densità di potenza Periodo (D.C.) Tempo 52 Politecnico di Torino 26

27 Parametri caratteristici delle sorgenti Potenza Lunghezza d onda Modo temporale Modo spaziale indica la distribuzione di potenza all interno del fascio fattore di focabilizzabilità M 2 53 Il modo del fascio M 2 = 1 M 2 = 2 M 2 = 4 54 Politecnico di Torino 27

28 Parametri caratteristici delle sorgenti Potenza Lunghezza d onda Modo temporale Modo spaziale Dimensioni del fascio focalizzato (spot) 55 Parametri del fascio laser Diametro dello spot nel punto di waist Lunghezza focale 56 Politecnico di Torino 28

29 Parametri del fascio laser Profondità di fuoco 57 Taglio laser 58 Politecnico di Torino 29

30 Il taglio laser Ugello di taglio 59 Il taglio laser Materiale fuso 60 Politecnico di Torino 30

31 Il taglio laser Zona rimossa (kerf) 61 Caratteristiche del taglio laser Zona rimossa (kerf) piccola (0,1 0,5 mm) Zona termicamente alterata ridotta Elevata densità di potenza Assenza di ossidi Assenza di contatto con i pezzi Versatilità d impiego 62 Politecnico di Torino 31

32 Tipologie di taglio laser Taglio per vaporizzazione Taglio per fusione Taglio per ossidazione Taglio per frattura 63 Macrografia di un taglio laser Zona termicamente alterata 64 Politecnico di Torino 32

33 Prestazioni nel taglio di acciaio al carbonio Velocità [m/min] Plasma I = A 1 0, Spessore [mm] 65 Prestazioni nel taglio di acciaio al carbonio Velocità [m/min] ,5 Laser CO 2 P = 0,5 1,5 Kw Spessore [mm] 66 Politecnico di Torino 33

34 Prestazioni nel taglio di acciaio al carbonio Velocità [m/min] Taglio ossiacetilenico 0, Spessore [mm] 67 Prestazioni nel taglio di acciaio al carbonio Velocità [m/min] ,5 Taglio waterjet con abrasivo Spessore [mm] 68 Politecnico di Torino 34

35 Sommario della lezione Elettroerosione Operazioni per elettroerosione Taglio a getto d acqua Il processo di taglio a getto d acqua Principi dei fasci laser Taglio laser 69 Politecnico di Torino 35

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