La lavorazione con elettroerosione a filo è una tecnica elettrotermica contemporanea non convenzionale che impiega scintille elettriche per erodere il materiale da un materiale mirato (materiale di lavoro). Può tagliare per dare forma a prototipi di design intricati ed è anche impiegata per tagliare parti in grandi volumi con elevata stabilità dimensionale. Piccoli contorni o microfori possono essere facilmente modellati utilizzando una macchina per elettroerosione a filo standard con usura minima dell'utensile. È un processo più preciso e accurato rispetto alle tecniche convenzionali di taglio dei metalli. Una delle sue caratteristiche principali è che può quasi perforare qualsiasi materiale ad alta resistenza e conduttivo e dare forma a geometrie complicate senza alcuna forza meccanica. Questo post del blog evidenzia l'enorme potenziale della lavorazione con taglio tramite elettroerosione a filo, discutendone le applicazioni, i tipi e le capacità di taglio.
EDM a filo: introduzione al processo
Nell'industria metalmeccanica, la Wire Electrical Discharge Machining (Wire EDM) è considerata una tecnica esatta e accurata che utilizza un filo sottile (elettrodo) caricato elettricamente per tagliare i metalli. Il filo scorre in un fluido dielettrico che raffredda il materiale e rimuove anche le particelle erose.
La lavorazione EDM a filo non rimuove il materiale tramite taglio diretto, ma utilizza piuttosto una scarica elettrica per eroderlo. Invece di tagliarlo, lo fonde o lo vaporizza, il che conferisce all'utensile una grande precisione e produce pochissimi trucioli. Questo processo è utile per realizzare parti difficili da lavorare con tecniche convenzionali se i materiali sono elettricamente conduttivi.
Come funziona l'elettroerosione a filo?
Il processo Wire EDM è semplice ma molto efficiente. Inizia con l'immersione del pezzo in un fluido dielettrico e il suo posizionamento su una morsa. Un filo sottile con una carica elettrica viene quindi fatto passare attraverso il pezzo. Essendo conduttivo, il pezzo acquisisce la carica opposta a quella del rullo di carica.
Quando il filo si avvicina al pezzo in lavorazione, si forma un arco elettrico attraverso lo spazio e questo provoca la generazione di calore che fonde o vaporizza una piccola quantità di metallo. Queste scintille funzionano come utensile da taglio e continuano a radere il pezzo in lavorazione fino alla forma richiesta.
Durante l'intero processo, viene utilizzata acqua deionizzata per regolare l'ambiente di lavorazione e rimuovere le particelle metalliche erose dal processo. Questa disposizione consente di ottenere un taglio e una finitura molto fini e precisi delle parti, soprattutto quando le parti sono complesse e richiedono un elevato grado di precisione.
Parti di macchine per elettroerosione a filo
Di seguito sono elencati i principali componenti delle macchine per elettroerosione a filo;
- Utensili CNC
L'EDM a filo è automatizzata da utensili CNC che regolano la sequenza del percorso del filo e il processo di taglio. Questi utensili sono molto importanti per la precisione e l'efficienza delle operazioni poiché il livello di sofisticazione di questi utensili determina il livello di errori e il tempo di lavorazione.
- Alimentazione elettrica
L'unità di alimentazione fornisce impulsi elettrici sia all'elettrodo a filo che al pezzo in lavorazione, che variano da 100 V a 300 V. Controlla la velocità e l'entità di queste cariche, che sono cruciali per la rimozione del materiale.
- Filo
Il filo produce il potenziale di scarica elettrica trasformandosi in elettrodo. Il suo diametro, solitamente variabile da 0,05 a 0,25 mm, viene selezionato in base alla forma e allo spessore del materiale da lavorare. Quando si sceglie il filo per il taglio, considerare la resistenza alla frattura, la resistenza all'impatto, la conduttività, la temperatura di vaporizzazione e la durezza.
I tipi di fili più comuni includono:
- Fili di ottone: sono famosi per la loro eccellente conduttività e sono prodotti da rame e zinco combinati in un rapporto di 63% e 37%, rispettivamente. Il contenuto di zinco aumenta la velocità di taglio ma non dovrebbe essere superiore a 40% poiché causa corrosione.
- Fili zincati: questi fili hanno uno strato di zinco puro o ossido di zinco che migliora la velocità di lavorazione.
- Fili ricotti per diffusione: questi fili vengono prodotti tramite ricottura per diffusione e contengono oltre 40% di zinco, il che li rende ideali per la produzione su larga scala e per il taglio di diversi materiali.
- Mezzo dielettrico
Il processo di lavorazione EDM a filo viene eseguito in un serbatoio contenente fluido dielettrico, in genere oli o acqua deionizzata. Questo mezzo riduce anche la velocità del processo, evita la formazione di uno strato sull'elettrodo a filo e fornisce una finitura superficiale liscia sul pezzo in lavorazione.
- Elettrodi
Nella lavorazione EDM a filo, l'utensile a filo agisce come un catodo caricato positivamente, mentre il pezzo in lavorazione agisce come un anodo caricato negativamente del circuito elettrico. Un servomotore (controller) crea uno spazio di Da 0,01 a 0,5 mm nel filo in modo che non tocchi il pezzo in lavorazione durante il taglio, il che è fondamentale per la precisione e aiuta a evitare fratture nel pezzo in lavorazione previsto.
Quali tipi di materiali possono essere tagliati da una macchina per elettroerosione a filo?
La lavorazione tramite elettroerosione a filo è molto utile e può tagliare quasi tutti i materiali elettricamente conduttivi e produrre geometrie e contorni complessi. Ecco alcuni materiali comuni che possono essere tagliati efficacemente utilizzando una macchina per elettroerosione a filo
Alluminio
L'alluminio è uno dei metalli più versatili che ha un'elevata conduttività termica ed elettrica. La lavorazione con elettroerosione a filo è naturalmente morbida, il che significa che durante il processo di lavorazione possono accumularsi depositi gommosi; tuttavia, l'elettroerosione a filo può gestire questo problema e ottenere tagli esatti.
Titanio
La lavorazione EDM a filo è più adatta al titanio perché è appiccicoso e genera trucioli lunghi. Il processo può gestire queste proprietà in modo efficace. L'acqua deionizzata come mezzo dielettrico aiuta a ridurre al minimo la produzione di calore e quindi rende il processo di taglio fluido e più semplice.
Acciaio
L'EDM a filo è vantaggiosa per l'acciaio poiché è un metallo resistente. Questo processo è spesso utilizzato in preferenza a Lavorazione CNC per l'acciaio a causa della capacità di quest'ultimo di gestire la durezza del materiale. Tuttavia, l'acciaio produce molto calore e quindi, è necessario prendere le dovute precauzioni a questo riguardo.
Ottone
Grazie alla sua elevata resistenza alla trazione, l'ottone è relativamente facile da tagliare con Wire EDM. Poiché è relativamente morbido, la velocità di taglio dovrebbe essere relativamente lenta per non causare la deformazione del materiale e quindi influenzare la precisione del taglio.
Grafite
La grafite è relativamente difficile da lavorare con utensili convenzionali a causa della sua natura intrinsecamente fragile e del problema di estrazione delle particelle. L'EDM a filo, con il suo elettrodo a filo affilato, può lavorare in modo efficiente la grafite, dando tagli puliti e precisi.
Questi materiali sono alcuni dei materiali conduttivi che le macchine Wire EDM possono elaborare, rendendo la tecnologia applicabile in diversi settori che richiedono elevata precisione e design complessi.
Differenza tra elettroerosione a filo e lavorazione elettroerosione convenzionale
L'elettroerosione a filo e l'elettroerosione convenzionale sono due tipi distinti di processi di taglio. L'elettroerosione a filo e l'elettroerosione convenzionale funzionano secondo lo stesso principio, ma il loro funzionamento e il loro utilizzo sono molto diversi. Ecco come si differenziano:
Tipo di elettrodo
Elettroerosione a filo: Come spiegato sopra, si utilizza un sottile filo metallico che viene riscaldato per fungere da elettrodo e che si muove per tagliare e dare la forma e le dimensioni richieste alla parte o al prodotto.
EDM convenzionale: Utilizza elettrodi realizzati in materiali molto conduttivi come grafite o rame e possono avere geometrie diverse. Questi elettrodi vengono inseriti nel pezzo in lavorazione, producendo così l'immagine "negativa" della forma degli elettrodi.
Velocità di lavorazione
Elettroerosione a filo: Questa soluzione è pronta all'uso non appena il filo viene posizionato, il che la rende più efficiente e ideale per progetti con scadenze ravvicinate.
EDM convenzionale: Gli elettrodi devono essere preformati prima del processo di lavorazione, che può richiedere molto tempo, vai a lavorazione a scarica elettrica pagina per saperne di più.
Precisione
Elettroerosione a filo: Offre un'elevata precisione; può tagliare fino a 0,004 pollici di spessore. Ciò lo rende adatto per tagliare motivi e disegni intricati sul tessuto.
EDM convenzionale: Sebbene venga utilizzata anche per tagli complessi, non può essere precisa quanto l'elettroerosione a filo, il che la rende adatta a tagli più semplici e rigidi.
Vantaggi e svantaggi della lavorazione EDM a filo
Parti prototipo EDM a filo
Professionisti
Precisione: Garantisce tagli impeccabili, il che significa che non sono necessarie ulteriori lavorazioni o finiture, se non addirittura nessuna.
- Forme complesse: La lavorazione CNC convenzionale può aiutare a creare modelli complessi, difficili da ottenere con le tecniche tradizionali.
- Piccole parti: Adatto per lavorare su parti piccole e complesse, difficili da maneggiare.
- Materiali fragili: Le macchine CNC per elettroerosione a filo sono applicabili a materiali che non possono essere sottoposti a sollecitazioni e sono difficili da lavorare con lavorazioni di taglio convenzionali.
- Tagli netti: Non lascia sbavature o distorsioni, il che significa che non è necessaria la post-elaborazione.
- Taglio continuo: Può tagliare senza interrompere l'operazione e addirittura riprendere a tagliare se il filo si spezza.
Contro
Limitazioni materiali: È applicabile solo ai materiali elettricamente conduttivi.
Più lento per materiali spessi: non è efficace come l'EDM convenzionale su materiali molto spessi o rigidi.
Costo: Le macchine per elettroerosione a filo possono essere costose, soprattutto se si considera il costo iniziale delle macchine.
Manutenzione: È necessario sottoporlo a manutenzione frequente per mantenerlo preciso e veloce.
Conoscere queste differenze e i vantaggi e gli svantaggi dell'elettroerosione a filo può aiutare i produttori a determinare quale tecnica è più adatta alla loro applicazione.
Applicazioni della lavorazione EDM a filo
L'elettroerosione a filo viene utilizzata in tutti i settori dell'industria automobilistica, aeronautica e medica, dalla produzione di prototipi dettagliati a quella di pezzi di massa. Ecco una panoramica di alcuni settori chiave che utilizzano questa tecnologia all'avanguardia:
Industria automobilistica:
Nell'industria automobilistica, dove le parti sono solitamente di forma complessa e il materiale utilizzato è piuttosto complicato, si usa l'elettroerosione a filo. Questo processo non prevede forza meccanica ed è ideale per creare parti come paraurti, cruscotti, portiere e molte altre con fori e incavi.
Settore medico:
Nel settore sanitario, le macchine EDM sono importanti per la modellazione di parti prototipo complesse, utilizzate in modo ottimale in apparecchiature come l'optometria e l'odontoiatria. Il processo è particolarmente efficace quando utilizzato su metalli adatti alla produzione di dispositivi medici, rafforzando le strutture di articoli come impianti dentali e parti di siringhe, aggiungendo al contempo design complessi.
Industria aerospaziale:
L'EDM a filo svolge un ruolo fondamentale anche nell'industria aerospaziale. Il processo adottato per la creazione di parti aerospaziali che devono avere tolleranze ridotte fino a +/-0,005x e una finitura superficiale liscia. Funziona a braccetto con il taglio a getto d'acqua per parti che non possono resistere al calore e allo stress degli utensili da taglio convenzionali. Questa tecnologia è stata ampiamente utilizzata nella produzione di parti di motori, pale di turbine, componenti di carrelli di atterraggio e molti altri per molto tempo.
Conclusione:
L'elettroerosione a filo può essere considerata una delle tecnologie di taglio più precise e flessibili, molto apprezzata nei settori che richiedono forme complesse e alta precisione. L'elettroerosione a filo è una tecnica particolarmente preziosa per la prototipazione da tagliare per produrre e parti complesse prodotte in serie, grazie alla sua elevata precisione e alla capacità di soddisfare tolleranze più strette.
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Domande frequenti
D1: Qual è la precisione o il limite di tolleranza dell'elettroerosione a filo in termini di dimensioni?
Solitamente l'elettroerosione a filo è molto precisa, l'elettroerosione a filo veloce può raggiungere tolleranze strette fino a ±0,1 millimetri. Il processo di elettroerosione a filo CNC può raggiungere una tolleranza di 0,05 mm.
D2. In che modo l'elettroerosione a filo si differenzia dal taglio laser?
L'elettroerosione a filo funziona tramite erosione elettrica di un filo, mentre il taglio laser utilizza un raggio termico ad alta potenza per tagliare i materiali; anche la tolleranza è diversa, l'elettroerosione a filo sarà più precisa del taglio laser.
D4. Perché l'acqua deionizzata è un ingrediente essenziale nell'elettroerosione a filo?
L'EDM a filo utilizza acqua deionizzata come mezzo dielettrico poiché ha un basso contenuto di carbonio. Funge anche da dissipatore di calore per garantire che le temperature dielettriche siano mantenute a un livello ottimale durante il processo di lavorazione.