Macchine per il taglio del filo. Macchine elettroerosive e principio di funzionamento Elettroerosione a filo

Parti e gruppi di macchine e dispositivi moderni si distinguono per un'ampia varietà di design e materiali utilizzati, compresi quelli la cui modellatura utilizzando metodi di lavorazione noti è difficile e talvolta impossibile. A ciò si collega l’uso sempre più diffuso dei processi di lavorazione con elettroerosione. “Le possibilità delle macchine per elettroerosione sono infinite!” - questa frase può essere spesso ascoltata dagli utenti di macchine utensili solo un mese dopo aver messo in funzione l'attrezzatura.

Classificazione
In base al loro scopo tecnologico, le macchine per la lavorazione con elettroerosione (ED) sono divise in due tipi principali: perforazione e taglio a filo.
Le macchine copiatrici e brocciatrici consentono la lavorazione di fori e cavità sagomate, superfici interne ed esterne di corpi rotanti, rettifica e taglio. È possibile ottenere superfici elicoidali ed ad evolvente, nonché diverse forme interne di fori e cavità a cono diretto, rovescio e variabile. Nelle macchine copiatrici e perforatrici l'elettrodo-utensile viene sagomato, la sua forma è una copia inversa della cavità da lavorare.
Le macchine per il taglio a filo EE vengono utilizzate per la produzione di parti per timbri, fotocopiatrici, sagome, frese sagomate, modelli e altri utensili. L'elettrodo nelle macchine da taglio è un filo riavvolto in continuo. Le caratteristiche costruttive delle macchine determinano i loro vantaggi tecnologici: non è richiesto alcun utensile sagomato, non è necessario apportare regolazioni per l'usura degli elettrodi, è possibile produrre piccole parti di forme complesse, comprese parti con profilo equidistante (matrici, punzoni) utilizzando un programma CNC.

Fasi di progresso
La lavorazione EE, sia nel mondo che nel nostro Paese, non è più un metodo di lavorazione non convenzionale. Attualmente, le apparecchiature EE sono le quarte più utilizzate al mondo dopo fresatura, tornitura e rettifica. Le vendite di EDM sono aumentate dallo 0,5% nel 1960 a oltre il 6% del mercato MOO nel 2000.
La priorità nella scoperta dell'erosione elettrica spetta alla Russia. Le prime ricerche pratiche in questo settore furono condotte negli Urali alla fine degli anni '30 dai coniugi B. e N. Lazarenko studiando i problemi dell'erosione da contatto. La scoperta fu registrata nel 1943. La prima macchina da taglio EE al mondo fu prodotta nello stabilimento di Fryazino, nella regione di Mosca, nel 1954. Ma, sfortunatamente, la produzione di apparecchiature EE nell'Unione Sovietica non ha ricevuto uno sviluppo adeguato.

Taglio filo EE
Il taglio EE su macchine per taglio a filo è apparso all'inizio degli anni settanta e continua a progredire in diverse direzioni.
Velocità di taglio aumentato da circa 10 mm 2 /min. all'inizio degli anni settanta fino a 35 mm 2 /min. a metà degli anni Ottanta, ed ha raggiunto oggi i 330-360 mm 2 /min. L'aumento della velocità è stato ottenuto principalmente attraverso il lavaggio della superficie di lavoro con liquido a pressione maggiore e l'uso di generatori di impulsi più efficienti, che consentono di impostare parametri ottimali. L'aumento della velocità è facilitato anche dal miglioramento della qualità degli elettrodi.
Per sfruttare il taglio ad alta velocità ed eliminare i tempi di fermo macchina, sono stati sviluppati dispositivi automatici di infilatura del filo affidabili ed efficienti, dispositivi di prevenzione della rottura del filo e dispositivi di caricamento automatico delle parti.
Altezza massima matrici e punzoni di francobolli, lavorati inizialmente su macchine ad erosione, variavano da 50 a 100 mm. Tuttavia, per la lavorazione di stampi, matrici di estrusione e altri vari pezzi, i produttori di macchine per elettroerosione hanno ampliato la gamma di dimensioni dei pezzi lavorati su di essi.
Inizialmente angolo del foro conico, pari a 1° per pezzi di altezza compresa tra 100 e 125 mm, era praticamente il massimo possibile. Per soddisfare le esigenze dei consumatori, attualmente sulla maggior parte dei modelli di macchine è possibile ottenere un angolo di 30° con un'altezza del pezzo di circa 400 mm.
Massima precisione ottenibileè aumentato da 25 micron, tipico delle prime macchine, a 1 micron per le moderne macchine EE. Gli operatori delle moderne scantonatrici richiedono uno sforzo notevolmente inferiore per ottenere una precisione di lavorazione di circa 1 micron rispetto agli operatori esperti delle prime scantonatrici, che raggiungevano una precisione di lavorazione di circa 5 o 2,5 micron.
Questa semplificazione del lavoro per garantire una maggiore precisione è dovuta allo sviluppo di diversi fattori. La tecnologia “integrata” nelle macchine più recenti garantisce che il contorno richiesto venga tagliato esattamente secondo il programma geometrico. I righelli ottici forniscono una precisione stabile indipendentemente dalla durata del funzionamento della macchina e dalle fluttuazioni significative della temperatura.
L'innovazione più importante è la dotazione delle macchine con dispositivi automatici di infilatura del filo altamente affidabili ed efficienti, che consentono la lavorazione di più pezzi senza l'intervento dell'operatore. La facilità d'uso delle macchine permette di aumentare i costi di lavorazione e di revisionare più macchine in officina con meno fatica, anche durante il turno diurno.

Firmware EE
Il miglioramento più significativo nelle macchine copiatrici e brocciatrici CNC rispetto alle macchine a controllo manuale è stata la riduzione del tempo del ciclo di lavorazione e, soprattutto, la riduzione del tempo dell'operatore. Nel 1960, la lavorazione di una cavità con uno strumento ad elettrodo richiedeva circa 4 ore di lavoro dell'operatore e 4,5 ore di erosione elettrica. Con l'avvento del CNC già a metà degli anni Ottanta, il tempo richiesto dall'operatore era di sole 0,5 ore, mentre il tempo di erosione era di circa tre ore.
Nuova fase di riduzione del tempo cicli di lavorazione ha iniziato nel 1999 dotando le macchine copiatrici e brocciatrici di generatori di impulsi adattivi. Rispetto a quelli prodotti in precedenza, questi generatori hanno la capacità di ottimizzare il processo di lavorazione basandosi sul suo monitoraggio continuo. Tale generatore adatta anche la densità di corrente durante la lavorazione in modalità sgrossatura, il che contribuisce notevolmente ad aumentare la produttività della lavorazione con elettrodi di qualsiasi forma. Durante la lavorazione in modalità di finitura, il sistema fornisce il controllo del processo al fine di proteggere la qualità e l'uniformità della superficie lavorata utilizzando un sensore più avanzato per la contaminazione dello spazio interelettrodico. Tutto ciò aumenta la produttività di 10 volte rispetto ai generatori precedenti.
Le aziende si rivolgono a sistemi di caricamento delle macchine robotizzate per aumentare il tempo di funzionamento. modalità deserta, aumentando la produttività per macchina e riducendo i tempi di cambio utensile. Il robot è integrato nella macchina; il sistema CNC fornisce il controllo diretto della macchina e del robot. Altri vantaggi di questo sistema includono il controllo adattivo, una riduzione del 50% del tempo di cambio degli elettrodi e un ridotto impatto sulla produzione.
I nuovi sistemi di controllo offrono opportunità programmazione più semplice, contribuendo a ridurre orario di lavoro dell'operatore. Un tipico sistema di controllo consente all'operatore di programmare offline su un personal computer e quindi di scaricare il programma sulla macchina. Ciò fornisce una riduzione di circa il 25% del tempo di programmazione e del tempo di erosione per la maggior parte degli operatori.
Precisione dell'elaborazione sulle macchine fotocopiatrici e brocciatrici dipende in gran parte dalla precisione dell'elettrodo. L'avvento sul mercato di fresatrici ad alta velocità convenienti per la lavorazione degli elettrodi di grafite ha consentito alle imprese di semplificare il compito di una lavorazione efficiente grandi quantità elettrodi precisi.
È stata migliorata anche la precisione degli ultimi modelli di copiatrici e brocciatrici. Ciò vale in particolare per la microlavorazione. Ad esempio, quando si esegue l'elettroerosione di cavità quadrate con un'area di 60 mm 2, utilizzando i più recenti generatori di impulsi, si ottiene un profilo della cavità con un raggio angolare di 0,025 mm, grazie ad una riduzione del 65% dell'usura dell'elettrodo in questi angoli. Ciò consente l'utilizzo di un numero di elettrodi sei volte inferiore.
Con l’aumento della velocità di lavorazione, delle dimensioni e della complessità delle forme dei pezzi, la maggiore precisione raggiunta, il funzionamento più semplice della macchina, il funzionamento non presidiato, la formazione degli utenti, l’assistenza clienti e l’accessibilità, l’EDM ha guadagnato una posizione più forte nella produzione di utensili e viene sempre più utilizzata nella produzione tradizionale.
Oggi nessuna impresa può ignorare le possibilità dell'elettroerosione, che può risolvere molti problemi di produzione.
Passando direttamente all'analisi delle apparecchiature EE, ci soffermeremo su diverse questioni fondamentali che determinano in modo significativo l'efficacia dell'elaborazione EE.

Azionamenti lineari
Gli azionamenti di avanzamento delle macchine EE CNC sono costruiti secondo lo schema tradizionale. Le trasmissioni più affidabili e moderne sono realizzate senza trasmissione a cinghia. In questi azionamenti, il motore passo-passo è collegato direttamente alla vite di comando. Gli svantaggi di questi azionamenti sono ben noti:

• un gran numero di elementi intermedi dalla fonte di energia al corpo lavorativo (PO);
• l'enorme inerzia di questi elementi, particolarmente evidente nelle macchine di grandi dimensioni;
• presenza di lacune nei dispositivi trasmittenti;
• attrito delle parti accoppiate, che cambia bruscamente quando il sistema passa da uno stato di riposo a uno stato di movimento;
• deformazioni termiche ed elastiche di quasi tutti i collegamenti di trasmissione;
• usura degli elementi accoppiati durante il funzionamento e perdita della precisione originale;
• errori nel passo della vite di comando e errore di lunghezza accumulata, ecc.

Poiché questi svantaggi riducono la base caratteristiche di qualità azionamenti (precisione e uniformità del movimento del corpo di lavoro, quantità di gioco durante la retromarcia, accelerazioni e velocità consentite del RO), il pensiero progettuale dei costruttori di macchine utensili cerca da tempo di ridurre in qualche modo la loro influenza. Ad esempio, invece di una vite con dado, viene utilizzata una connessione a vite a ricircolo di sfere costosa e complessa per ridurre l'attrito; per eliminare gli spazi vuoti, nel collegamento tra vite e dado vengono introdotti appositi dispositivi di tensionamento della connessione; Le viti di comando delle macchine ad alta precisione sono prodotte secondo la classe standard; gli errori di passo delle viti vengono ridotti utilizzando compensatori; Per combattere le deformazioni della temperatura vengono creati sofisticati sistemi di raffreddamento. Tuttavia è chiaro che i problemi degli azionamenti con viti a vite sono fondamentalmente irrisolvibili a causa della loro natura fisica e tecnica.
Il compito era quello di sostituire radicalmente gli azionamenti standard delle macchine per la lavorazione dei metalli con altri. E questa soluzione era l'uso di motori lineari (LM). Il principio di funzionamento di un tale motore presenta numerosi vantaggi: non ci sono elementi intermedi tra la fonte di energia e l'RO, l'energia viene trasferita attraverso un traferro, non è necessario ruotare nulla e diventa possibile svolgere il compito principale - il movimento longitudinale del RO. Tutti gli elementi dell'automazione elettrica, dei sistemi di frenatura elettrica, dei sistemi di protezione, delle apparecchiature speciali di tipo shock, ecc. funzionano da decenni secondo questo principio. Una vasta esperienza nell'uso dei sistemi elettromagnetici ha rivelato i loro vantaggi: sorprendente semplicità di progettazione e utilizzo,. possibilità di arresto e inversione quasi istantanei, velocità di funzionamento, grandi forze generate, facilità di installazione.
Naturalmente le prospettive della soluzione furono subito apprezzate. Mancava solo una cosa: la capacità di regolare la velocità del RO nel sistema elettromagnetico. E senza questo sarebbe stato impossibile utilizzare un azionamento elettromagnetico come dispositivo di propulsione per la macchina RO.
La ricerca in questa direzione è stata particolarmente intensa in Giappone, dove la trasmissione lineare è stata utilizzata per la prima volta come dispositivo di propulsione per i treni ad alta velocità. Sono stati fatti anche tentativi per creare azionamenti lineari per macchine per la lavorazione dei metalli, ma i primi campioni sviluppati presentavano inconvenienti significativi: creavano forti campi magnetici, si surriscaldavano e, soprattutto, non garantivano un movimento uniforme dell'RO.
Solo alle soglie del nuovo millennio, le macchine prodotte in serie (per ora solo elettroerosive) iniziarono ad essere dotate di una nuova generazione di DM, caratterizzata da un movimento uniforme dei carrelli della macchina con altissima precisione, un'ampia gamma di controllo della velocità , accelerazioni enormi, retromarcia istantanea, facilità di manutenzione e regolazione, ecc. In linea di principio, il design LD non è cambiato molto. Il motore è costituito da due elementi: uno statore piatto stazionario e un rotore piatto con un traferro tra di loro. Sia lo statore che il rotore sono realizzati sotto forma di blocchi piatti facilmente smontabili. Lo statore è fissato al supporto (base) della macchina e il rotore è fissato all'elemento di lavoro. Il rotore è elementare semplice, è costituito da un insieme di barre rettangolari, che sono potenti magneti permanenti. Questi ultimi sono fissati su una lastra sottile di speciale ceramica minerale, il cui coefficiente di dilatazione termica è la metà di quello del granito e la durezza è vicina alla durezza dello zaffiro.

Con o senza bagno
Le macchine per taglio a filo EE senza bagno (taglio solo a getto) vengono prodotte e utilizzate da molto tempo. Le macchine senza vasca costano 15-25mila dollari in meno rispetto alle macchine con vasca (taglio a immersione). Se l'azienda dispone di un'area abbastanza ampia di macchine elettroerosive, alcune macchine senza bagno sono una soluzione giustificata. Se c'è una sola macchina, vale la pena pensare a come dovrebbe essere.
Le macchine senza bagno (getto) limitano significativamente le capacità tecnologiche:

• è impossibile (o estremamente difficile) ritagliare i contorni in parti come un tubo cavo;
• è impossibile (o estremamente difficile) eseguire il taglio di contorno di lastre multistrato con vuoti tra gli strati e in parti con fori, “tasche”, ecc.;
• le macchine a getto d'inchiostro sono adatte solo per ritagliare parti di semplici francobolli, ma non garantiscono stabilità nell'ambiente delle scariche elettriche su compiti complessi;
• solo durante la sabbiatura l'aria non può fuoriuscire completamente dalle cavità, il che porta ad una maggiore formazione di scariche anomale e di conseguenza a rotture del filo, difetti e instabilità del taglio;
• senza bagno è impossibile garantire la stabilità della temperatura se la temperatura ambiente oscilla in modo significativo durante il giorno; Ciò è particolarmente pericoloso quando si tagliano fustelle sequenziali a più finestre. In un flusso d'acqua il taglio conico con angoli superiori a 15° a grandi spessori è instabile.

Acqua o olio
L'olio è un mezzo delicato e adatto alla lavorazione con elettroerosione del metallo. L'elevata resistività consente la generazione di scariche di scintille ultra-piccole. Lo spinterometro elettrico durante il taglio nell'olio è molto più piccolo che nell'acqua.
Nel taglio a filo EE, la dimensione dell'utensile corrisponde al diametro del filo più 2 spazi. Poiché uno scarico EE in acqua richiede uno spazio maggiore, la dimensione dello strumento EE in acqua è sempre maggiore. In altre parole, a parità di diametro del filo, il taglio risultante nell'acqua è più ampio che nell'olio. Inoltre, l'acqua è un ambiente aggressivo per i metalli, il che crea problemi noti. E questi problemi sono tanto più gravi quanto più piccole sono le dimensioni degli elementi del contorno ritagliato.
Il motivo principale per cui le macchine EE utilizzano l'acqua è la velocità. Le moderne macchine per taglio a filo EE consentono di tagliare a velocità fino a 360 mm2/min. Tuttavia, la velocità nel microtaglio è un indicatore secondario.
L'olio come mezzo di taglio EE è molto più attraente dell'acqua. Oltre alle lacune più piccole, l'olio è completamente privo di erosione elettrolitica e corrosione superficiale. La qualità e la durata della superficie dell'utensile dopo il taglio in olio sono significativamente superiori rispetto al taglio in acqua. Nell'olio la velocità di taglio è stabile anche con filo di diametro 0,025-0,03 mm.
L'olio è un mezzo indispensabile per il taglio EDM di utensili di precisione e piccole parti.

Produttori
Il campo di gioco (cioè il mercato EDM) è ampio e ci sono molti giocatori su questo campo, tuttavia, come ha detto il famoso calciatore olandese Marco Van Basten, a calcio giocano 22 persone e i tedeschi vincono sempre. Anche nella produzione di apparecchi per elettroerosione ci sono molti produttori, ma ci sono due leader indiscussi: l'azienda giapponese Sodick e il gruppo svizzero AGIE Charmilles, di cui fanno parte le aziende AGIE e Charmilles. AGIE Charmilles Group e Sodick rappresentano oltre il 60% delle vendite globali di attrezzature per elettroerosione.
Il mercato russo offre anche prodotti di aziende straniere come Fanuc, Hitachy, Mitsubishi (Giappone), Dekkel, Diter Hansen (Germania), CDM Rovella (Italia), Electronica (India), Maurgan, Joemars Machinery (Taiwan), JSC MSHAC ( Armenia)…

Opinioni degli esperti

Michael Riedel, capo del reparto utensili speciali presso SCOB (Germania): “Poiché il materiale PKD (diamanti policristallini) ha una durezza simile al diamante, quasi tutti tecnologie tradizionali in lavorazione. Come metodo di lavorazione dei prodotti realizzati con questo materiale, può essere utilizzata solo l’erosione elettrica”.

Rudolf Eggen, direttore della Kroeplin GmbH (Svizzera): “Ci sono tre possibilità per produrre bracci di contatto per strumenti di misura lineari: fusione, taglio laser e taglio con elettroerosione. Abbiamo scelto il taglio con elettroerosione perché la fusione, con un volume produttivo annuo di 6.000 pezzi per modello, è troppo costosa e il taglio laser non raggiunge la precisione richiesta a causa dell'insufficiente ripetibilità dei risultati. Inoltre, data la breve durata delle operazioni preparatorie e finali e l’elevata autonomia di lavorazione durante i turni notturni e nei giorni non lavorativi, l’elettroerosione risulta più economica rispetto ad altri metodi.”

Frank Haug, amministratore delegato di Frank Haug GmbH (Germania): “Le possibilità di utilizzo dell'elettroerosione sono infinite. Le nostre aspettative riguardo al suo utilizzo e alla precisione sono state ampiamente superate. Grazie a questa tecnologia, ora possiamo produrre molti prodotti in tempi stretti”.

Walter Günther, proprietario di Ganter Werkzeug (Germania): "Grazie all'uso razionale del taglio EDM, possiamo produrre con precisione microtomi con i loro componenti dai migliori materiali e soddisfare i severi requisiti del mercato che innervosiscono i nostri concorrenti."

Vantaggi dell'elaborazione EE via cavo

Nuove possibilità nella produzione di parti

Diversi diametri di filo e l'elevata idoneità delle macchine EE a filo per la lavorazione di forme interne consentono di produrre parti che non sono possibili con i metodi di lavorazione tradizionali:

• ottenere solchi profondi;
• produzione di parti con raggi interni minimi;
• produzione di attrezzature per stampaggio ad alta precisione senza finitura manuale.

Tempi di elaborazione ridotti

Ottenere una parte finita da un pezzo trattato termicamente senza l'uso di operazioni intermedie, ottenere la ruvidità superficiale richiesta senza l'uso della finitura manuale, produrre parti in leghe dure, facilità di fissaggio dei pezzi su una macchina grazie all'assenza di carichi sulla superficie pezzo durante la lavorazione: tutti questi vantaggi possono ridurre radicalmente i tempi di produzione e i costi di impianto rispetto ai metodi di lavorazione tradizionali.
Il risparmio si ottiene attraverso:

• risparmio di materiale (rifiuti interi, non trucioli);
• utilizzare una macchina con un utensile per produrre un pezzo finito;
• nessuna necessità di operazioni intermedie per il trattamento termico dei pezzi;
• la capacità di produrre parti a pareti sottili e parti da materiali fragili senza l'uso di attrezzature complesse e costose.

Costi di manodopera ridotti durante l'utilizzo della macchina

Le macchine EE sono progettate per funzionamento autonomo, che consente a un operatore di azionare contemporaneamente più macchine.

Affidabilità e alta precisione

A causa dell'assenza di carichi meccanici sul pezzo e del costante aggiornamento dello strumento - il filo - le dimensioni della parte risultante non vengono distorte. Ogni parte prodotta secondo il programma appropriato può essere ripetuta un numero qualsiasi di volte; se necessario, è possibile apportare modifiche alle dimensioni o alla configurazione in pochi secondi.

Un po' di fisica

Il principio della lavorazione con elettroerosione si basa sulla distruzione e rimozione del materiale mediante l'azione termica e meccanica di una scarica elettrica pulsata di gas diretta verso l'area lavorata del pezzo situata in un liquido. In questo caso, nel canale di scarico, nel pezzo, nel fluido di lavoro e nell'elettrodo-utensile si verificano complessi processi fisici e chimici che determinano le caratteristiche tecnologiche del processo di formatura.
Quando l'elettrodo-utensile ed il pezzo, immersi in un fluido di lavoro (dielettrico o elettrolita debole), sotto l'azione della tensione impulsiva del generatore, tra di loro vengono avviate delle scariche. La formazione delle scariche dipende dalla modalità di lavorazione. Una scarica elettrica è un impulso altamente concentrato nello spazio e nel tempo energia elettrica, convertito in calore tra l'elettrodo dell'utensile e l'elettrodo del pezzo. Dopo la rottura si forma un canale di scarico circondato da una bolla di gas, i quali si espandono entrambi man mano che la scarica procede. Quando la superficie degli elettrodi viene bombardata da elettroni e ioni provenienti dalla scarica, si verifica un rilascio di calore concentrato, che provoca la comparsa di buchi con metallo fuso, alcuni dei quali si surriscaldano e possono evaporare. Una parte significativa del metallo viene rimossa alla fine dell'impulso di corrente a causa di una forte diminuzione della pressione nel canale di scarico, accompagnata da effetti di shock meccanico. Pertanto, si verifica l'erosione elettrica del materiale conduttivo.
I materiali di cui è costituito l'elettrodo devono avere un'elevata resistenza all'erosione. I migliori indicatori in questo senso sono rame, ottone, tungsteno, alluminio e grafite. I fluidi di lavoro devono soddisfare una serie di requisiti: bassa corrosività per i materiali dell'elettrodo-utensile e del pezzo da lavorare, elevato punto di infiammabilità e bassa volatilità, buona filtrabilità, assenza di odori e bassa tossicità.

Nel campo della lavorazione dei metalli si è diffuso il metodo dell'elettroerosione (EDM). Il metodo di lavorazione elettroerosiva fu scoperto dagli scienziati sovietici nel 1947.

Questa tecnologia potrebbe facilitare in modo significativo il processo di lavorazione dei metalli, in particolare nella lavorazione di metalli ad alta resistenza, nella produzione di parti di strutture complesse, così come in altri settori.

Il metodo si basa sull'effetto delle scariche elettriche in un mezzo dielettrico sul pezzo, con conseguente distruzione del metallo o modifica delle sue proprietà fisiche.

Applicazione del metodo EEE:

• Durante la lavorazione di parti realizzate in metalli con proprietà fisiche e chimiche complesse;
• Nella fabbricazione di pezzi con parametri geometrici complessi, con lavorazioni difficili;
• Quando si lega la superficie per aumentare la resistenza all'usura e conferire alle parti le qualità richieste;
• Miglioramento delle caratteristiche dello strato superiore della superficie metallica (indurimento) a causa dell'ossidazione del materiale sotto l'influenza di una scarica elettrica;
• Marcatura di prodotti senza effetti dannosi, presente nella marcatura meccanica.

Utilizzato per eseguire varie operazioni tipi diversi lavorazione tramite elettroerosione. Sulle macchine industriali vengono installati dispositivi a controllo numerico (CNC), il che semplifica notevolmente l'utilizzo di qualsiasi tipo di lavorazione.

Tipi di lavorazione con scarica elettrica del materiale:

• La lavorazione a scintilla elettrica viene utilizzata per il taglio di materiali in metallo duro, il taglio sagomato e la realizzazione di fori in metalli ad alta resistenza. Fornisce un'elevata precisione, ma la velocità è bassa. Utilizzato nelle macchine perforatrici.
• Il metodo di lavorazione dei contatti elettrici si basa sulla fusione locale del metallo mediante scariche ad arco con successiva rimozione del materiale di scarto. Il metodo ha una precisione inferiore, ma una velocità operativa maggiore rispetto al metodo con scintilla elettrica. Viene utilizzato quando si lavora con parti di grandi dimensioni in ghisa, acciaio legato, refrattario e altri metalli.
• Il metodo dell'impulso elettrico è simile al metodo della scintilla elettrica, ma vengono utilizzate scariche ad arco che durano fino a 0,01 secondi. Questo da alte prestazioni con una qualità relativamente buona.
• Il metodo anodico-meccanico si basa su una combinazione di effetti elettrici e meccanici sul metallo. Lo strumento di lavoro è un disco e il mezzo di lavoro è il vetro liquido o una sostanza con caratteristiche simili. Una certa tensione viene applicata al pezzo e al disco; durante la scarica, il metallo fonde e il liquame viene rimosso meccanicamente dal disco.

Nell'industria vengono utilizzate macchine che funzionano in base al metodo di lavorazione con elettroerosione del metallo. Sono classificati in base a diversi parametri: principio di funzionamento, controllo, presenza di CNC, ecc.

Tipi di macchine che funzionano secondo il principio EEO:

• Macchina per erosione a filo;
• Macchina per il taglio del filo elettroerosivo;
• Macchina per perforazione elettroerosiva.

Grazie alla sua multifunzionalità, la macchina EEO è necessaria in azienda e talvolta non è affatto sostituibile. Tutti vorrebbero avere un dispositivo del genere nel proprio garage. Sfortunatamente, acquistare una macchina assemblata in fabbrica è molto costoso e spesso non è possibile. C'è una via d'uscita da questa situazione: assemblarla da solo.

Macchina da taglio e cucitura

Contrariamente ai preconcetti sulla complessità e impraticabilità di un simile compito, non è così. Questo è un compito completamente fattibile per la persona media, anche se tutto non è così semplice. Il tipo più semplice di macchina è una macchina da taglio, progettata per la lavorazione di parti in metalli legati, refrattari e altri metalli durevoli.

Il circuito elettrico contiene: una fonte di alimentazione, un ponte a diodi, una lampadina e una serie di condensatori collegati in un circuito parallelo. L'elettrodo e il pezzo da lavorare sono collegati all'uscita. Notiamo ancora che questo schema elettrico per una concezione figurata del principio di funzionamento del dispositivo. In pratica lo schema viene integrato con vari elementi che permettono di adattare la perforatrice ai parametri richiesti.

Requisiti generali per il circuito elettrico di una macchina da taglio:

• Considerare la potenza richiesta dalla macchina quando si sceglie un trasformatore;
• La tensione ai capi del condensatore deve essere maggiore di 320 V;
• La capacità totale dei condensatori deve essere almeno 1000 μF;
• Il cavo che va dal circuito ai contatti deve essere esclusivamente di rame ed avere una sezione di almeno 10 mm;

Un esempio di diagramma di lavoro:

Come puoi immediatamente vedere, lo schema differisce notevolmente da quello fondamentale, ma allo stesso tempo non è qualcosa di soprannaturale. Tutti i dettagli schema elettrico si possono trovare nei negozi specializzati o semplicemente nei vecchi apparecchi elettronici che da tempo raccolgono polvere da qualche parte nel garage. Un'ottima soluzione è utilizzare il CNC per controllare la macchina, ma questo metodo di controllo costa molto e collegarlo a una macchina fatta in casa richiede determinate competenze e conoscenze.

Progettazione della macchina

Tutti gli elementi del circuito elettrico devono essere fissati saldamente in un involucro dielettrico, si consiglia di utilizzare materiale fluoroplastico o altro con caratteristiche simili. Sul pannello è possibile visualizzare gli interruttori a levetta, i regolatori e gli strumenti di misura necessari.

Sul telaio è necessario fissare un supporto per l'elettrodo (deve essere fissato in modo mobile) e il pezzo, nonché un bagno per il dielettrico, in cui si svolgerà l'intero processo. Inoltre, puoi installare l'alimentazione automatica degli elettrodi, sarà molto conveniente. Il funzionamento di una macchina del genere è molto lento e ci vuole molto tempo per realizzare un buco profondo.

Macchina a filo fai da te

Il circuito elettrico di una macchina per il taglio a filo è uguale a quello di una macchina per il taglio, ad eccezione di alcune sfumature. Diamo un'occhiata ad altre differenze della macchina a filo. Strutturalmente, anche una macchina per il taglio del filo è simile a una macchina da taglio, ma c'è una differenza: è un elemento funzionante della macchina. Su una macchina a filo, a differenza di una macchina da taglio, questo è sottile filo di rame su due tamburi e durante il funzionamento il filo viene riavvolto da un tamburo all'altro.

Ciò è stato fatto per ridurre l'usura dello strumento di lavoro. Un filo fisso diventerà presto inutilizzabile. Ciò complica la progettazione con un meccanismo di movimento del filo, che deve essere installato sul telaio per una comoda lavorazione delle parti. Allo stesso tempo, conferisce alla macchina funzionalità aggiuntive. Quando si ritagliano elementi complessi, l'opzione migliore sarebbe utilizzare il CNC, ma, come accennato in precedenza, ciò è dovuto ad alcune difficoltà.

Le macchine per elettroerosione CUT P di AgieCharmilles sono state annunciate nell'aprile 2017. Questa serie di punta non ha eguali sul mercato in termini di capacità e numero di soluzioni tecniche uniche.
La combinazione del generatore digitale IPG-DPS con il design meccanico Quadrax, insieme a moduli di automazione aggiuntivi, ha ancora una volta alzato il livello delle macchine per elettroerosione a filo a nuovi livelli.
Questa serie comprende quattro modelli con corse lungo l'asse X da 350 mm a 1250 mm, mentre il peso del pezzo è praticamente illimitato.
I design Quadrax sono in grado di effettuare lavorazioni angolari fino a 45˚ sull'intera altezza del pezzo. Nessun'altra linea di macchine per il taglio del filo al mondo ha tali capacità.
L'utilizzo di una nuova versione del generatore IPG-DPS ha permesso di aumentare la velocità di elaborazione del 15-20%, mentre la precisione nella produzione di piccoli elementi di contorno è aumentata in modo significativo. Anche la rugosità superficiale è migliorata.
Il sistema di stabilizzazione termica, che mantiene la temperatura del dielettrico, del basamento macchina e di tutti gli assi entro un determinato intervallo, garantisce caratteristiche di elevata precisione anche quando si lavora in ambienti non a temperatura controllata.
Il sistema di misurazione ottica OMS facilita la legatura del pezzo, trovando il centro dei fori iniziali e controlla le dimensioni delle parti finite: questo facilita il lavoro dell'operatore e fa risparmiare tempo di lavoro.
Una funzione simile viene eseguita dalla sonda Renishaw, integrata nel design della macchina per taglio a filo. Il suo utilizzo è particolarmente importante in combinazione con un cambio pallet: in modalità automatica controllerà la posizione del pezzo, compresa l'inclinazione della superficie superiore, e apporterà le necessarie correzioni al programma.
Inoltre, i moduli AWS e AMS mirano ad aumentare l'efficienza della macchina per elettroerosione a filo in modalità offline. Che fissano e rimuovono automaticamente le parti cadenti del pezzo.
Quando si guarda la macchina per elettroerosione a filo Progress VP, vengono in mente le parole sui "classici imperituri": esteriormente, queste macchine per il taglio a filo rimangono invariate per 20 anni. Questa impressione è ingannevole: gli elementi base del generatore sono cambiati più volte, sono comparsi nuovi moduli e il sistema di controllo è stato completamente riscritto.
Il livello delle soluzioni tecniche utilizzate nella progettazione delle macchine incute rispetto. Un livello adeguato di stabilità termica, che Progress VP dimostra durante il funzionamento, viene raggiunto dalle moderne macchine per elettroerosione attraverso radiatori aggiuntivi, circuiti di raffreddamento e sensori di tracciamento. Qui tutto è deciso grazie alla struttura ad armadio e al posizionamento attentamente studiato degli elementi generatori di calore.
L'uso di guidafili prismatici brevettati offre tutta una serie di possibilità uniche:

• durata di servizio: 100 mila ore
• capacità di lavorare con diametri di filo che vanno da 0,05 mm a 0,33 mm
• utilizzo di fili di diverso diametro e/o tipologia in un unico programma.

Macchine da taglio a filo ultraprecise

Le macchine elettroerosive CNC dell'azienda svizzera AgieCharmilles sono progettate per la produzione automatica di pezzi di precisione nell'industria strumentale, orologiera e medica. Ciò comporta il funzionamento di una macchina per taglio a filo come parte di linee robotizzate 24 ore su 24, 7 giorni su 7 e tutto il necessario a tal fine è previsto nella progettazione delle macchine.
La progettazione di queste macchine per elettroerosione a filo, oltre alle soluzioni tecniche implementate in Progress VP, si basa su una serie di caratteristiche uniche:
Il modulo IWC aggiunge un secondo percorso del cavo e un commutatore automatico. Puoi scegliere o utilizzare il filo tipi diversi in un programma di lavorazione, oppure due bobine da 25 kg permetteranno alla macchina di funzionare in autonomia per più di 170 ore.
L'ambito di applicazione impone Requisiti addizionali alla precisione delle parti lavorate. Il risultato di 1 µm è responsabile del sistema di misura ottico integrato IVU. Oltre a controllare le dimensioni e i cicli di rilegatura, le viene dato il diritto di apportare modifiche al programma di controllo in modo che il profilo delle parti risultanti sia il più vicino possibile a quello specificato.
Macchine per il taglio a filo elettroerosivo AgieCharmilles OilTEch serie as ambiente di lavoro non usato acqua tradizionale, e il dielettrico idrocarburico è lo stesso delle macchine perforatrici. Questa decisione è dettata dal campo di applicazione per il quale sono progettati. L'uso di idrocarburi offre vantaggi innegabili e impone alcune restrizioni alle tecnologie di taglio a filo.
Esistono tre gruppi principali di attività in cui le macchine di questo tipo non hanno rivali:

• lavorazione di materiali altamente corrosivi;
• il requisito di rugosità superficiale è superiore a Ra 0,05 µm;
• produzione di utensili in metallo duro;

Macchine universali per taglio a filo CNC

Macchine per elettroerosione CNC CUT E ha introdotto nel 2016, la prima famiglia di macchine per taglio a filo AgieCharmilles basata su una nuova piattaforma innovativa. Principali innovazioni:

• generatore digitale IPG-DPS;
• controller di controllo motore e computer industriali di BECKHOFF;
• Sistema di controllo AC HMI 2.

La macchina per elettroerosione a filo viene utilizzata per realizzare con precisione fori in metalli di varie densità. Il movimento dell'utensile avviene con elevata precisione e scorrevolezza. I suoi motori sono prodotti presso il produttore di macchine utensili utilizzando una tecnologia unica.

Progetto

La macchina per il taglio del filo elettroerosivo è dotata di motori piani paralleli. A tale scopo, i produttori creano i propri magneti al neodimio (NdFeB - neodimio-ferro-boro). Oltre a questi, era necessario anche un esclusivo sistema di controllo K-SMS.

Una classica macchina per elettroerosione a filo è in grado di lavorare solo pezzi elettricamente conduttivi. I metalli vengono bruciati attraverso un arco ad una profondità considerevole. Nel sito di taglio rimane una superficie liscia che spesso non richiede alcuna lavorazione aggiuntiva.

Una macchina per il taglio a filo elettroerosivo aiuta a produrre prodotti complessi: stampi, deformazioni, superfici coniche e cilindriche, sporgenze e smussi. In vendita puoi trovare gruppi a due assi utilizzati per operazioni semplici. I prodotti più complessi vengono realizzati utilizzando macchine a cinque assi.

Principio di funzionamento

Nel processo di utilizzo di una macchina per il taglio del filo, il filo di ottone viene spesso utilizzato come utensile da taglio. Viene eseguito utilizzando una tecnologia unica e la velocità e l'accuratezza dell'elaborazione dipendono dalla sua qualità.

Se vengono utilizzati impulsi ad alta potenza incorporati nella macchina descritta, il filo di ottone è dotato di un rivestimento speciale. La sua struttura ha diversi strati:

• Base: CuZn40 o ottone. Possono essere utilizzati anche molibdeno e rame.
• Strato di diffusione termica: concentrazione di zinco superiore al 50%.
• Lo strato superiore è zinco puro.

Grazie a questa struttura, il filo presenta numerosi vantaggi:

1. Resiste alle alte temperature.
2. L'arco è stabile durante la lavorazione e la formazione di cordoni nel punto di taglio viene eliminata.
3. Consumo di filo ridotto per lunghezza di taglio.

Le macchine per elettroerosione a filo CNC sono utilizzate principalmente nella produzione di massa. I singoli prodotti non giustificano l'acquisto di attrezzature costose, ma alcune parti sono ottenibili solo con questo tipo di taglio. Il rivestimento di zinco garantisce la continuità del processo automatico eliminando la perdita di ottone dalle correnti ad alta frequenza.

Processo di elaborazione

La lavorazione tramite elettroerosione dei materiali si basa sulla formazione di una scintilla dovuta al passaggio di corrente alta frequenza attraverso uno spazio minimo di aria o acqua. Questo processo avviene più attivamente con la partecipazione dell'ottone.

Esistono diversi tipi di lavorazione dei metalli utilizzando le apparecchiature di cui sopra:

• Tecnologie di copia e cucitura.
• Taglio profilato.
• Firmware.

Più spesso, il filo per le macchine per elettroerosione è collegato a un'unità mobile. Il pezzo viene posizionato su un tavolo fisso. Il processo di taglio è controllato da un controller del sistema CNC che controlla più assi contemporaneamente.

L'essenza della tecnologia

Una scarica elettrica tra il filo e il pezzo rimuove parte del metallo. Le particelle separate vengono rilasciate nel volume del fluido di lavoro. I fanghi (particelle cristallizzanti) vengono filtrati e rimossi alla fine del taglio. La velocità di elaborazione è regolata dalla forza attuale. Ma deve essere scelto modalità ottimali, in cui non si formano cedimenti durante il processo di taglio.

L'elettroerosione aiuta a produrre prodotti con pareti molto sottili e a lavorare metalli teneri senza danni meccanici. Questo metodo il taglio viene utilizzato per il piercing profondo. Lo spessore del filo è minimo; solo questo parametro limita il diametro dei fori risultanti.

Non è necessaria alcuna lavorazione aggiuntiva, poiché dopo il taglio con impulsi di corrente non rimangono bave. Inoltre non sono necessari strumenti costosi utilizzati nei metodi di fresatura classici. Ciò diventa rilevante per pezzi realizzati con materiali viscosi.

Parametri dell'attrezzatura

Il controllo del processo CNC espande le capacità della lavorazione dell'erosione dei metalli. Le deviazioni di perpendicolarità e rettilineità del movimento degli assi non sono superiori a 0,01 micron.

La precisione meccanica è dichiarata dai produttori e non sono necessarie ulteriori regolazioni. La macchina è completamente pronta per avviare il ciclo automatico; è sufficiente caricare il modello del pezzo in codice standard.

L'elettronica moderna garantisce un movimento preciso grazie ai sensori angolari e lineari, la cui risoluzione è di 1,5 micron. La precisione dei contorni risultanti varia da ± 1,5 a ± 5 μm su una lunghezza di 300 mm.

Le caratteristiche vengono selezionate individualmente per soddisfare le esigenze di produzione. Sulla base di ciò, viene formato il costo dell'attrezzatura, focalizzato su un modello adatto.

Opzioni aggiuntive

L'acquirente di una macchina per elettroerosione può aggiornare l'attrezzatura con le seguenti opzioni:

• Posizione controllata dell'asse C Richiesta più spesso per la fresatura di pezzi cilindrici.
• Testa della torretta con ulteriori gradi di libertà degli utensili. Utilizzando questo modello si ottengono parti geometricamente complesse.
• La tabella può avere assi aggiuntivi. Questa opzione viene utilizzata quando si lavorano prodotti in mobili o più pezzi in un ciclo.

La dotazione standard comprende sistemi di purificazione del fluido di lavoro che consentono una filtrazione con una qualità fino a 3 micron. Le cartucce contaminate hanno dimensioni standard e vengono sostituite abbastanza rapidamente.

Il processo di elettroerosione (EDM) di materiali conduttivi si basa sul principio della distruzione diretta dell'anodo (pezzo), che si trova in un mezzo dielettrico liquido, a seguito del passaggio di una scarica elettrica ad alta potenza tra esso e il catodo (strumento di lavoro). A causa delle significative capacità tecnologiche del metodo, viene implementato su macchine a scarica elettrica di vari modelli.

Struttura e tipologie di apparecchiature per le AEE

Una tipica macchina per elettroerosione include:

1. più motori elettrici funzionanti in modo autonomo l'uno dall'altro;
2. unità di alimentazione elettrodo-utensile;
3. bagno con ambiente lavorativo;
4. tavolo per posizionare il pezzo in lavorazione;
5. schema di controllo.

Le apparecchiature in oggetto vengono classificate secondo i seguenti criteri:

• Secondo lo scopo tecnologico. È possibile distinguere macchine universali, specializzate e speciali per elettroerosione;
• Basato sul principio della disposizione dei componenti principali. Può essere realizzato in orizzontale e inclinato, ma più spesso viene utilizzata una disposizione verticale;
• Per tipologia di tavolo: fisso o coordinato;
• Per tipo di bagno – rimovibile o rialzato;
• Secondo il grado di accuratezza: attrezzature per lavori di ordinaria precisione e precisione;
• Basato sul principio dell'eccitazione e successiva regolazione dei parametri della scarica elettrica.

La gamma dimensionale dei tipi di apparecchiature per l'erosione elettrica di produzione domestica è determinata dai requisiti di GOST 15954.

Metodi per produrre una scarica elettrica nei circuiti di lavoro delle macchine utensili

Le lavorazioni dimensionali possono essere eseguite mediante scariche a scintilla, ad impulso e ad arco. Nel primo caso, tra il catodo e l'anodo si forma una scarica di scintilla con un ciclo di lavoro basso, ma con caratteristiche della distanza interelettrodica specificate con precisione. Tali macchine sono compatte, caratterizzate da un'elevata precisione di funzionamento e qualità della superficie dopo l'elettroerosione, facilità di regolazione mediante parametri tecnologici, ma allo stesso tempo hanno una bassa potenza e, quindi, produttività. Le aree di utilizzo opportuno di tali macchine sono il taglio preciso di materiali difficili da tagliare (in particolare le leghe dure) e la produzione di parti con contorni complessi. Possono anche essere utilizzati per rimuovere strumenti rotti, ecc.

Un aumento dell'energia della scarica elettrica si ottiene introducendo nel circuito un generatore di impulsi, che aumenta l'intervallo tra scariche adiacenti e allo stesso tempo aumenta la potenza termica durante un singolo evento di erosione elettrica. Di conseguenza, la produttività del lavoro aumenta, ma la precisione diminuisce e la superficie del pezzo lavorato può presentare una zona termicamente estesa piuttosto estesa, il che non è sempre accettabile. Le macchine a impulsi elettrici vengono utilizzate laddove è richiesta una rimozione di metallo più significativa per unità di tempo.

Se è necessario garantire una rimozione del metallo ancora maggiore (e non solo modificare la forma del pezzo originale, ma anche rafforzarlo), vengono utilizzate macchine ad arco elettrico. La produttività di tali apparecchiature aumenta di diverse decine di volte, poiché l'arco, a differenza di altri tipi di scariche elettriche, brucia continuamente. Per controllare i parametri tecnologici della scarica dell'arco, questa viene compressa dal flusso trasversale del mezzo dielettrico, che viene costantemente e ad alta pressione pompato attraverso la zona di combustione dell'arco da un'unità di pompaggio prevista nel circuito della macchina. Le macchine ad arco elettrico possono produrre pezzi di grandi dimensioni per rotoli, matrici per stampa a caldo, ecc.

Applicazione di diversi tipi di macchine a scarica elettrica

Tra le apparecchiature a scintilla elettrica, la copiatrice e perforatrice MA4720 è considerata una delle più precise. È progettato per funzionare con pezzi difficili da lavorare di configurazione complessa, ad esempio per attrezzature per matrici in metallo duro, stampi e stampi. La produttività della macchina non supera i 70 mm 3 /min, ma è possibile raggiungere una precisione di 0,03...0,04 mm, con una rugosità della superficie finale abbastanza bassa (non superiore a Rz 0,32...0,4 μm nelle modalità di lavorazione di finitura). Il piano di lavoro è movimentato da un sistema CNC. Le dimensioni del piano di lavoro e l'intervallo di valori consentito della distanza interelettrodica tra anodo e catodo non consentono la produzione di prodotti con dimensioni complessive superiori a 120×180×75 mm su questa macchina.

Un esempio di macchina ad impulsi elettrici è il diffusissimo modello 4E723, anch'esso dotato di CNC. Valori di potenza specifica più elevati consentono di raggiungere produttività per elettroerosione fino a 1200 m 3 /min, con un errore di lavorazione nelle modalità di finitura compreso tra 0,25...0,1 mm. Una maggiore precisione si ottiene con l'elettroerosione di superfici sagomate. La macchina viene utilizzata principalmente anche nella produzione di utensili, ma la rugosità superficiale aumenta notevolmente - fino a Ra 2,5 μm, quindi nella maggior parte dei casi sarà necessaria la rettifica dopo la lavorazione. La macchina può eseguire l'elettroerosione di pezzi con dimensioni complessive di 620×380×380 mm, nonché il taglio di scanalature sagomate.

Questi tipi appartengono alle macchine elettroerosive universali. Un esempio di attrezzatura specializzata è la macchina a scarica elettrica modello 4531, che produce il taglio di profili complessi utilizzando un elettrodo non profilato. Il 4531 utilizza un filo di ottone che viene riavvolto continuamente attraverso lo spazio tra gli elettrodi, generando una scarica tra il catodo e l'anodo. Con una produttività relativamente bassa (non più di 16...18 mm 3 /min per l'acciaio; per le leghe dure la produttività è ancora inferiore), la macchina 4531, in linea di principio, consente un errore di ±0,01 mm, quindi l'attrezzatura in questione è efficace nella produzione di matrici di fustelle con configurazioni e dime particolarmente complesse. Le dimensioni massime del contorno tagliato sono 100×60 mm.

Principi di scelta ottimale della tecnologia e delle dimensioni della macchina per l'elettroerosione

I dati iniziali sono la precisione del contorno, le dimensioni (profondità) della zona termicamente modificata, nonché il tasso di rimozione desiderato per unità di tempo. Per le macchine che lavorano con elettrodi non profilati, è importante disporre di dispositivi per l'infilatura automatica del filo e per le macchine a impulsi - generatori che consentono l'uso di filo bimetallico, che aumenta la produttività dell'elettroerosione.

Per migliorare la qualità del processo e ridurre l'usura erosiva dell'elettrodo-utensile, è meglio utilizzare l'olio come mezzo di lavoro (il più comune è una miscela di olio industriale-20 con cherosene). In linea di principio, per i prodotti con tolleranze maggiori è possibile utilizzare acqua.

Le capacità tecnologiche delle macchine elettroerosive sono notevolmente ampliate dalla presenza di dispositivi aggiuntivi (ad esempio per la produzione di superfici coniche).

Per rimuovere il metallo da 20.000 mm 3 /min e oltre, devono essere utilizzate solo macchine ad arco elettrico. L'errore operativo più piccolo di tali apparecchiature si ottiene con la polarità inversa quando si utilizzano elettrodi di grafite. Allo stesso tempo, la rugosità superficiale relativamente elevata - non inferiore a Rz 0,8...1,6 μm - obbliga, dopo l'elettroerosione con scarica ad arco, a provvedere alla rettifica finale del contorno risultante. La pressione di pompaggio del mezzo di lavoro deve essere almeno 50...60 kPa.