PARAMETRI DI PROCESSO

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1 PARAMETRI DI PROCESSO Elettrici Corrente: I Tensione: V t on t off t on /(t on +t off ) = duty cycle Polarità Geometrici Ampiezza del gap: d g Fisici Tipo di dielettrico Cinematici Velocità del dielettrico (1 m/s) Avanzamento (0.1 mm/s) 1 Tecnologie Speciali 2 Tecnologie Speciali 1

2 100A 50A 30A 20A 100A 20A 30A 50A 3 Tecnologie Speciali 100A 60A 20A 100A 20A 60A 4 Tecnologie Speciali 2

3 20A 60A 100A 100A 60A 20A t off [ms] 5 Tecnologie Speciali CONTROLLO DEL GAP Al crescere dell energia di scarica e al prolungamento della durata dell impulso aumenta il gap: R a aumenta 6 Tecnologie Speciali 3

4 Velocità di rimozione vs. rugosità del pezzo MRR difficile da stabilire a priori perché dipende, oltre che dalle caratteristiche termofisiche degli elettrodi, anche dalla forma del pezzo da ottenere e dal generatore. I produttori forniscono tabelle per la scelta dei parametri. 7 Tecnologie Speciali Rugosità superficiale vs. durata impulso [ m] Ra A 30A 15A 10A 5A Se si accetta R a alta (t on e I elevati), si può ottenere MRR alto e bassa usura dell utensile (caso della sgrossatura) Usura utensile [%] ( s) t on Usura utensile vs. durata impulso t on [ s] 8 Tecnologie Speciali 4

5 CARATTERISTICHE DELLE SUPERFICI OTTENUTE Danneggiamento termico: Anche 65 HRC Autotensioni (trazione) Zona A : zona di rifusione: il materiale viene fuso e risolidificato. Zona B : zona di modificazione strutturale (ZTA). Zona C : non si può parlare di modificazione strutturale, ma esiste un effetto del calore sviluppato. Dispersione uniforme e isotropa delle asperità 9 Tecnologie Speciali Sezione che evidenzia le 3 zone. A temperature elevate si possono avere interazioni tra il dielettrico e il materiale riscaldato reazioni chimiche; è un effetto chiamato Coltre Bianca. Campione sottoposto alla prova di durezza Vickers: l acciaio diventa progressivamente più duro verso la superficie. Ingrandimento della sezione dello strato superficiale del pezzo lavorato. Si nota la presenza di una cricca superficiale. 10 Tecnologie Speciali 5

6 UTENSILI Le FUNZIONI che l utensile deve assolvere sono: non subire eccessiva erosione durante la lavorazione consentire il passaggio di corrente elettrica Le PROPRIETÀ che l utensile deve avere sono: elevata conducibilità elettrica e termica elevato punto di fusione facilmente lavorabile alle MU 11 Tecnologie Speciali Materiali metallici MATERIALI PER UTENSILI RAME: ha una buona resistenza all erosione, è facilmente lavorabile. Costo = 1. LEGHE RAME-TUNGSTENO / RAME-ARGENTO: Vengono usati in fori profondi con scarso apporto di dielettrico. Costo = LEGHE DI ALLUMINIO: per la realizzazione di cavità 3D di grosse dimensioni, finitura superficiale scarsa ACCIAIO: rendimento inferiore. Applicazioni nelle lavorazioni acciaio-acciaio (stampi per materie plastiche, pressofusione leghe leggere, matrici per def plastica) 12 Tecnologie Speciali 6

7 Materiali non metallici MATERIALI PER UTENSILI GRAFITE: è il materiale più utilizzato perché facilmente lavorabile. Si realizzano facilmente fori per il passaggio del dielettrico. Costo = Vantaggi: -Insensibilità agli sbalzi termici -Facilmente lavorabile -Bassa densità Svantaggi: -abrasive -formano polveri durante la lavorazione -sono più fragili Materiali combinati: cuprografite (grafite con porosità riempite di rame) Tutti i pregi della grafite e inoltre sono più lavorabili e meno fragili. Svantaggi della grafite ed in più elevato costo produttivo 13 Tecnologie Speciali LAVORAZIONE DEGLI UTENSILI Si utilizzano: - ASPORTAZIONE DI TRUCIOLO: tornitura, fresatura, rettifica, ecc.. (soprattutto con la grafite). - ELETTRO-EROSIONE A FILO: in alcuni casi si utilizza l elettroerosione a filo per produrre utensili per l elettro-erosione a tuffo. - ULTRASUONI: si lavora bene la grafite ma richiede uno stampo negativo. - ELETTROFORMATURA: viene realizzata la forma, viene rivestita di una vernice conduttrice e rivestita di metallo mediante elettrodeposizione galvanica. - DEFORMAZIONE PLASTICA: estrusione, stampaggio, coniatura, ecc. - INIETTOFUSIONE / PRESSOFUSIONE: usati raramente. 14 Tecnologie Speciali 7

8 USURA DEGLI UTENSILI L usura cui sono soggetti gli utensili viene classificata secondo lo schema seguente: 15 Tecnologie Speciali IL DIELETTRICO Le FUNZIONI che il dielettrico deve assolvere sono: favorire la formazione di scariche elettriche a intervalli prestabiliti; raffreddare gli elettrodi; riduzione della superficie di scarica allontanare dalla zona di lavorazione il materiale rimosso. Le PROPRIETÀ richieste sono: ionizzarsi per consentire una efficiente formazione della scarica; deionizzarsi rapidamente per consentire una elevata frequenza degli impulsi; bassa viscosità; elevato punto di infiammabilità; filtrabilità. Si utilizzano i LIQUIDI: olii a base di petrolio (kerosene, ecc.); olii siliconici acqua; 16 Tecnologie Speciali 8

9 ADDUZIONE NELLA ZONA DI LAVORAZIONE Sono possibili diverse soluzioni in funzione della geometria dell utensile e del pezzo da lavorare: 17 Tecnologie Speciali PRINCIPALI COMPONENTI DI UN SISTEMA EDM Struttura molto rigida per evitare vibrazioni e inflessioni e garantire tolleranze e finiture superficiali elevate 18 Tecnologie Speciali 9

10 Macchina EDM: permette l esecuzione di piccoli fori anche su materiali difficili e in posizioni inaccessibili EDM a tuffo: precisione di posizionamento 0.1 μm 19 Tecnologie Speciali APPLICAZIONI Produzione di stampi Industria utensili Industria aerospaziale Industria automobilistica Protesi biomedicali Metalli preziosi Tipici materiali: acciai per utensili, acciai per stampi, superleghe di nickel, ceramici 20 Tecnologie Speciali 10

11 Realizzazione di cavità: stampi per colate sotto pressione di materiali polimerici o metallici Foratura: possono essere realizzati fori con rapporto D/L fino a 1:100 (iniettori, circuiti di raffreddamento di palette di turbine) 21 Tecnologie Speciali 22 Tecnologie Speciali 11

12 23 Tecnologie Speciali L ELETTRO-EROSIONE A TUFFO IN SINTESI VANTAGGI - Assenza di forze di taglio - Assenza di bave - Possibilità di realizzare fori con elevati rapporti L/D - Si possono realizzare cavità di geometria complessa - Indipendente dalla durezza del materiale SVANTAGGI - Applicabile ai soli materiali conduttori - Velocità di rimozione di materiale bassa - Utensile usurabile - Produce danneggiamenti sulle superfici lavorate 24 Tecnologie Speciali 12

13 ELETTROEROSIONE A FILO Wire Electro Discharge Machining - WEDM L elettrodo utensile è costituito da un filo che scorre verticalmente e avanza nel pezzo da lavorare Utensile (filo) Pezzo Dielettrico 25 Tecnologie Speciali La lavorazione mediante elettro-erosione a filo (WEDM) si basa sul medesimo principio dell elettro-erosione a tuffo. La differenza principale è nella forma dell utensile che, invece di avere la forma in negativo del pezzo che si desidera realizzare, è un filo. In maniera analoga all EDM a tuffo: Il processo è di tipo termico La lavorazione non dipende da caratteristiche meccaniche del materiale ma da caratteristiche fisico/termiche Usato per profili precisi e complessi 26 Tecnologie Speciali 13

14 IL SISTEMA Dielettrico in pressione Generatore di impulsi Dielettrico Filo Tolleranze dimensionali: mm Isolante Tavola x-y Rugosità superficiale (R a ): m Pompa Serbatoio dielettrico 27 Tecnologie Speciali 28 Tecnologie Speciali 14

15 AVANZAMENTO Oltre ai gdl nel piano x-y generalmente posseduti dal pezzo, alcuni sistemi hanno 3 gdl su un occhiello di scorrimento del filo, consentendo così la lavorazione di superfici inclinate 29 Tecnologie Speciali CONTROLLO IN ANELLO CHIUSO DELL AVANZAMENTO Per mantenere costante la distanza pezzo-utensile occorre controllare l avanzamento dell utensile (filo). Il controllo in anello chiuso viene effettuato in maniera analoga a quello dell EDM a tuffo. TENSIONE DEL FILO La tensione del filo viene controllata in anello chiuso per essere mantenuta ad un valore costante evitando così inflessioni o rotture del filo stesso. Tale valore dipende dalla sezione e dal materiale del filo. 30 Tecnologie Speciali 15

16 ROTTURA DEL FILO Nonostante il controllo sulla tensione, il filo si può rompere interrompendo bruscamente la lavorazione Alcuni sistemi (predisposti per lavorare su turni non presidiati) in caso di rottura del filo sono in grado di reinfilare lo spezzone di filo nel solco di taglio e di riagganciarlo alla bobina avvolgitrice, garantendo così continuità alla lavorazione. 31 Tecnologie Speciali PARAMETRI TIPICI DEL PROCESSO Tensione: V Corrente: A t on : s t off : s Energia impulso: ~1E-8 J Frequenza: anche 1 MHz Velocità di asportazione: 10 mm 3 /min Tolleranze dimensionali: mm Rugosità superficiale (Ra): m Velocità dielettrico: 1 m/s Massimo spessore lavorabile: 400 mm Velocità filo: ~ 10 mm/s Diametro filo: m Elevate finiture superficiali si ottengono con passate successive 32 Tecnologie Speciali 16

17 Velocità di erosione Catodo Anodo 0.5 s 3 s 30 s t on 33 Tecnologie Speciali UTENSILI L usura del filo non influenza la qualità della lavorazione: il filo viene continuamente rinnovato Materiale elevata piegabilità (svolgimento e riavvolgimento) resistente (tensione meccanica) buon conduttore di corrente e di calore elevata T di fusione Generalmente rame (diametro mm) In casi particolari materiale con caratteristiche superiori (molibdeno) ma ricoperto superficialmente di rame (diametro mm) si riduce la sezione del filo e il raggio di raccordo di angoli e spigoli 34 Tecnologie Speciali 17

18 IL DIELETTRICO Solitamente acqua demineralizzata che ha un tempo di deionizzazione molto basso La lavorazione non avviene in immersione nel dielettrico ma l acqua viene indirizzata nella zona di lavoro e trascinata all interno del solco di taglio dal moto del filo 35 Tecnologie Speciali Stampi per tranciatura Matrici per estrusione APPLICAZIONI 36 Tecnologie Speciali 18

19 L ELETTRO-EROSIONE A FILO IN SINTESI VANTAGGI - Assenza di forze di taglio - Assenza di bave - Si possono realizzare cavità di geometria complessa - Indipendente dalla durezza del materiale - Utensile non usurabile SVANTAGGI - Applicabile ai soli materiali conduttori - Velocità di rimozione di materiale bassa - Produce danneggiamenti sulle superfici lavorate 37 Tecnologie Speciali 38 Tecnologie Speciali 19

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