Elettroerosione: precisione, efficienza e innovazione
Quando si tratta di lavorazione meccanica di precisione di materiali duri e fragili, una tecnica che ha guadagnato popolarità nel corso degli anni è la lavorazione meccanica lavorazione a scarica elettrica (EDM). L'elettroerosione è un processo di lavorazione non convenzionale che utilizza scariche elettriche per erodere il materiale da un pezzo. È molto preciso e accurato, il che lo rende perfetto per creare forme e curve complicate. Il processo EDM è particolarmente utile per ottenere caratteristiche di progettazione che altri processi non possono ottenere, ad esempio angoli interni acuti. È ampiamente utilizzato nel settore della costruzione di stampi grazie alla sua capacità unica di modellare veri metalli duri.
Che cos'è la lavorazione ad elettroerosione?
L'elettroerosione (EDM) è un processo di produzione che utilizza scariche elettriche per modellare i materiali senza contattarli fisicamente. Quando i metodi di lavorazione tradizionali sono insufficienti, gli ingegneri spesso si rivolgono all’elettroerosione. Nel corso della storia della rivoluzione industriale, i nostri processi produttivi hanno limitato la progettazione dei nostri prodotti. Di conseguenza, verifichiamo spesso se il processo di produzione selezionato soddisfa le nostre specifiche desiderate durante e dopo la fase di progettazione del prodotto.
L’EDM cambia radicalmente questa situazione. A differenza dei processi convenzionali come la fusione, la formatura e altri metodi di lavorazione, è possibile raggiungere livelli di precisione eccezionalmente elevati utilizzando input digitali. In questo articolo esploreremo i diversi tipi di processi EDM, i loro vantaggi e svantaggi e ti aiuteremo a selezionare quello migliore per le tue esigenze. Continua a leggere per acquisire una comprensione più approfondita dei vari processi EDM.
Componenti di una macchina per elettroerosione
I componenti di una macchina per elettroerosione (EDM) includono tipicamente:
Alimentazione elettrica
L'alimentatore genera l'energia elettrica necessaria per il processo EDM. Fornisce gli impulsi ad alta tensione che creano la scintilla tra l'elettrodo e il pezzo da lavorare.
Sistema fluido dielettrico
Il sistema del fluido dielettrico fornisce un fluido non conduttivo che viene utilizzato per raffreddare e eliminare i detriti generati durante il processo EDM. Serve anche come mezzo per la scarica elettrica.
Dispositivo di presa del pezzo
Il dispositivo di trattenimento del pezzo fissa il pezzo in posizione durante il processo di elettroerosione. Può includere morsetti, morse o piani magnetici.
Elettrodo
L'elettrodo è un materiale conduttivo che viene utilizzato per creare la scintilla tra l'elettrodo e il pezzo da lavorare. Esistono due tipi di elettrodi: l'elettrodo dell'utensile (utilizzato nell'elettroerosione a tuffo e a foro) e l'elettrodo a filo (utilizzato nell'elettroerosione a filo).
Sistema di servocomando
Il sistema di servocontrollo è responsabile del controllo del movimento dell'elettrodo e del pezzo. Garantisce che l'elettrodo sia posizionato accuratamente e mantenga la distanza corretta tra l'elettrodo e il pezzo da lavorare.
sistema CNC
Il sistema CNC (Computer Numerical Control) viene utilizzato per programmare e controllare la macchina per elettroerosione. Consente operazioni di lavorazione precise e ripetibili.
Generatore di scintille
Il generatore di scintille crea la scarica elettrica tra l'elettrodo e il pezzo da lavorare. Genera una serie di impulsi ad alta tensione che ionizzano il fluido dielettrico, creando una scintilla che erode il materiale del pezzo.
Principio di funzionamento della lavorazione ad elettroerosione
Perché si verifichi un fulmine sono necessarie tre condizioni. 1. Le nuvole e la terra accumulano cariche diverse, formando una differenza di tensione. 2. La distanza tra le nuvole e il suolo è abbastanza piccola. 3. Mezzo d'aria non conduttivo, la conduttività aumenta a causa della pioggia. Quando le tre condizioni sono soddisfatte, l'aria originariamente non conduttiva verrà attraversata da un arco elettrico e verrà rilasciata una grande quantità di calore.
Come i fulmini, anche questi tre elementi sono necessari per generare scintille elettriche. Due elettrodi accumulano cariche, una distanza sufficientemente piccola e un mezzo con conduttività adeguata.
In linea di principio, una macchina per elettroerosione è una macchina che può controllare con precisione questi tre fattori per produrre scintille adatte alla lavorazione di materiali conduttivi.
I conduttori elettrici solidi, noti come elettrodi, vengono utilizzati per accumulare cariche diverse e formare una differenza di tensione. In genere, l'elettrodo dell'utensile viene chiamato elettrodo mentre l'elettrodo del pezzo viene chiamato pezzo. La scintilla è la prova visibile del flusso di elettricità e genera un calore intenso, con temperature che raggiungono gli 8000-12000 gradi Celsius. Questo calore scioglie o vaporizza quasi tutti i materiali conduttivi. I due elettrodi sono separati da uno spazio molto stretto e la corrente elettrica viene scaricata ripetutamente e rapidamente fino a milioni di volte al secondo senza mai toccarsi. I controlli macchina adattivi vengono utilizzati per mantenere lo spinterometro, noto anche come spazio di scarica o spazio tra gli elettrodi, a una distanza costante e stabile durante il processo di lavorazione con elettroerosione.
Nella lavorazione con elettroerosione la scintilla viene controllata con precisione e confinata alla superficie del materiale da lavorare. Di conseguenza, il processo EDM in genere non ha alcun impatto sul trattamento termico sotto la superficie. L'utensile e il pezzo da lavorare sono entrambi immersi in un fluido dielettrico, che non è conduttivo e solitamente costituito da acqua deionizzata.
La scintilla avviene sempre all'interno del fluido dielettrico e la conduttività dell'acqua deionizzata è attentamente regolata per fornire un ambiente ottimale per il processo EDM. Oltre a facilitare il processo di lavorazione, l'acqua deionizzata raffredda il pezzo e porta via le piccole particelle metalliche che vengono erose durante il processo.
Tipi di lavorazione a scarica elettrica
La categorizzazione dell'EDM in tre tipi distinti consente di avere opzioni alternative nel caso in cui un metodo non riesca a soddisfare le vostre esigenze. Le tre categorie di lavorazione con elettroerosione includono:
Elettroerosione a filo
L'elettroerosione a filo (lavorazione a scarica elettrica) è un processo di lavorazione senza contatto che utilizza un filo sottile e caricato elettricamente per tagliare un pezzo. Il filo viene guidato lungo un percorso preprogrammato, solitamente controllato da un sistema di progettazione assistita da computer (CAD). Il pezzo viene immerso in un fluido dielettrico per fornire isolamento e lavare via il materiale eroso. Quando la corrente elettrica passa attraverso il filo e il pezzo in lavorazione, vengono generate scintille che erodono il materiale, garantendo un taglio preciso e accurato.
Elettroerosione a foro
Hole EDM (Electrical Discharge Machining) è un processo utilizzato per creare fori precisi e accurati in materiali duri e difficili da lavorare. Il processo utilizza un elettrodo dell'utensile, generalmente in rame o grafite, e un elettrodo del pezzo da lavorare. L'utensile viene posizionato vicino al pezzo da lavorare e viene applicata una differenza di tensione tra i due elettrodi, creando una scintilla o una scarica elettrica che erode il materiale. Questo processo viene ripetuto fino a ottenere la dimensione e la forma del foro desiderate.
Elettroerosione a tuffo
L'elettroerosione a tuffo (Electrical Discharge Machining) è un processo che utilizza un elettrodo sagomato, tipicamente in grafite o rame, per erodere il materiale da un pezzo. L'elettrodo viene immerso in un fluido dielettrico e posizionato vicino al pezzo da lavorare, anch'esso immerso nel fluido. Tra l'elettrodo e il pezzo in lavorazione viene generata una scarica elettrica o una scintilla che corrode il materiale e crea la forma desiderata.
Mirro EDM
La cosiddetta elettroerosione a specchio è fondamentalmente una sorta di elettroerosione a tuffo, ma crea una superficie molto fine sui pezzi. La rugosità della superficie è migliore di 0.02 Ra o generalmente considerata una superficie a specchio.
Il segreto sta nel fluido dielettrico. Per ottenere una migliore ruvidità superficiale, l'energia rilasciata da ciascuna scintilla dovrebbe essere ridotta in modo che la scintilla bruci ogni volta meno metallo e crei una "cicatrice" più piccola sulla superficie del pezzo. Questo avviene aggiungendo polveri conduttrici molto fini (micropolveri) nel fluido dielettrico in modo che la conduttività del fluido aumenti un po' e quindi la scintilla possa innescarsi più facilmente e con meno energia.
Dopo che le micropolveri conduttive sono entrate nello spazio di scarica, agiscono come piccoli conduttori multipli tra gli elettrodi, il che distorce anche il campo elettrico nello spazio, riduce la resistenza alla rottura del mezzo isolante nello spazio e rende più probabile la scarica. aumentando così la dimensione dello spazio di scarico.
L'aumento dello spazio di scarico riduce l'effetto induttivo dei prodotti dell'erosione elettrica sullo scarico e favorisce il flusso e lo scarico dei prodotti dell'erosione elettrica, riducendo la concentrazione della scarica e rendendo la scarica uniformemente distribuita sulla superficie lavorata.
Con l'aumento dell'intervallo di scarico e l'ispessimento del canale di scarico, l'area riscaldata della superficie lavorata aumenta mentre l'intensità del riscaldamento diminuisce sotto la stessa energia dell'impulso di scarica, risultando in crateri di scarica grandi e poco profondi sulla superficie.
Allo stesso tempo, l'aumento dell'intervallo di scarica riduce la capacità della scarica di espellere il metallo fuso, provocando la solidificazione di una maggiore quantità di metallo fuso sulla superficie del pezzo, riducendo ulteriormente la profondità del cratere di scarica. Pertanto, la formazione di crateri di scarico grandi e poco profondi sulla superficie lavorata è la ragione fondamentale per ridurre la rugosità superficiale nel processo di lavorazione con elettroerosione miscelata a polvere.
Vantaggi della lavorazione a scarica elettrica
La lavorazione a scarica elettrica (EDM) offre numerosi vantaggi rispetto ai processi di lavorazione tradizionali come fresatura, foratura e rettifica. Alcuni dei principali vantaggi dell’EDM includono:
Capacità di lavorare materiali duri e difficili da lavorare
L'elettroerosione può lavorare materiali difficili o impossibili da lavorare con processi convenzionali, inclusi acciai per utensili temprati, carburi e leghe di titanio.
Precisione e accuratezza
L'elettroerosione può raggiungere livelli molto elevati di precisione e accuratezza, rendendolo ideale per la lavorazione di componenti piccoli o complessi con geometrie complesse.
Nessun contatto fisico
Poiché l'elettroerosione è un processo di lavorazione senza contatto, non esiste alcun contatto fisico tra l'utensile e il pezzo. Ciò significa che non vi è usura dell'utensile né tensioni residue nel pezzo.
Nessuna sbavatura o danno alla superficie
L'elettroerosione può produrre una finitura molto fine senza creare bave o danni superficiali sul pezzo.
Flessibilità
L'elettroerosione è altamente flessibile e può essere utilizzata per creare un'ampia gamma di forme e geometrie, comprese cavità profonde, fessure strette e forme complesse.
Automazione
Le macchine per elettroerosione possono essere facilmente automatizzate utilizzando sistemi di controllo numerico computerizzato (CNC), consentendo una produzione in grandi volumi e una qualità costante.
Svantaggi della lavorazione con elettroerosione
Sebbene la lavorazione a scarica elettrica (EDM) offra numerosi vantaggi rispetto ai processi di lavorazione convenzionali, presenta anche alcuni svantaggi che dovrebbero essere considerati. Alcuni dei principali svantaggi dell’EDM convenzionale includono:
Il tasso di rimozione del materiale limitato
L'elettroerosione è un processo relativamente lento e la velocità di rimozione del materiale è limitata rispetto ad altri processi di lavorazione come fresatura e tornitura.
Costo
L'elettroerosione può essere un processo costoso, in particolare per cicli di produzione di volumi elevati.
Finitura superficiale
Sebbene l’elettroerosione possa produrre una finitura molto fine, potrebbe non essere così liscia come quella ottenuta con altri processi di lavorazione.
Complessità
L'elettroerosione è un processo complesso che richiede attrezzature specializzate e operatori qualificati.
Impatto ambientale
L'elettroerosione produce una quantità significativa di materiale di scarto, compreso il fluido dielettrico usato e i materiali degli elettrodi, che possono avere un impatto ambientale se non smaltiti correttamente.
Sicurezza
L'EDM prevede l'uso di scariche elettriche ad alta tensione, che possono essere pericolose se non vengono seguite le adeguate misure di sicurezza.
Applicazioni della lavorazione a scarica elettrica
L'elettroerosione (EDM) è un processo di lavorazione versatile che può essere applicato in vari settori per diverse applicazioni. Alcune delle applicazioni comuni dell'EDM includono:
Costruzione di stampi e matrici
L'EDM è comunemente usato in realizzazione di stampi e matrici l'industria per creare forme complesse e complesse in materiali duri e difficili da lavorare come il carburo di tungsteno, gli acciai per utensili temprati e le leghe di titanio.
Aeronautico
L'EDM viene utilizzato nell'industria aerospaziale per creare componenti come pale di turbine, pale di compressori e componenti di motori aerospaziali.
Produzione medica
L'EDM viene utilizzato per creare impianti medici, strumenti chirurgici e altri dispositivi medici che richiedono elevata precisione e accuratezza.
Produzione automobilistica
L'EDM viene utilizzato nell'industria automobilistica per creare componenti come iniettori di carburante, ingranaggi e componenti del motore.
Produzione elettronica
L'EDM viene utilizzato nell'industria elettronica per creare componenti piccoli e complessi come microchip e circuiti stampati.
Riparazione di utensili e matrici
L'elettroerosione viene utilizzata anche nella riparazione di utensili e matrici per riparare componenti danneggiati o usurati.
Nel complesso, l'elettroerosione è un processo di lavorazione prezioso che offre vantaggi unici per determinate applicazioni, in particolare quelle che coinvolgono materiali duri e difficili da lavorare o componenti con geometrie complesse.
Conclusione
In conclusione, l'elettroerosione (EDM) è un processo di lavorazione estremamente preciso e accurato che utilizza l'energia elettrica per erodere il materiale del pezzo. L'elettroerosione è un processo di lavorazione versatile che può essere applicato in vari settori per diverse applicazioni. L'elettroerosione offre vantaggi unici per determinate applicazioni, in particolare quelle che coinvolgono materiali duri e difficili da lavorare o componenti con geometrie complesse.
Sebbene l’elettroerosione presenti alcuni svantaggi, come una velocità di rimozione del materiale limitata e costi più elevati, rimane un processo di lavorazione prezioso in molti settori grazie alle sue capacità uniche. Nel complesso, l’elettroerosione svolge un ruolo cruciale nel settore manifatturiero, consentendo la creazione di parti intricate e complesse che sarebbero impossibili da realizzare utilizzando altri processi di lavorazione.