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;

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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

La lavorazione con 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 i loro utilizzi sono piuttosto diversi. Ecco una ripartizione delle differenze:

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

La Wire EDM è utilizzata nei settori automobilistico, aeronautico e medico, dalla produzione di prototipi dettagliati alla produzione di massa di parti. Ecco una ripartizione 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.