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LA MACCHINA A ELETTROEROSIONE A FILO

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1. Introduzione

Si tratta di una macchina per il taglio del profilo (contorno) dei componenti. Il principio di una macchina a elettroerosione consiste nel lavorare il materiale generando serie di scintille.

Figura 1

Macchina a elettroerosione

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2. Storia

L’invenzione del metodo di lavorazione dei metalli mediante scintilla elettrica (erosione elettrica) fu presentata nel 1943 dalla coppia di scienziati sovietici Natal’ja e Boris Lazarenko. La tecnologia trovò rapidamente le sue applicazioni industriali e la Svizzera produce ed esporta le sue macchine dal 1952. L’arrivo dell’informatica e dei comandi numerici negli anni ottanta ha dato a questa tecnologia uno sviluppo sempre notevole.

3. Descrizione della macchina

La macchina è composta da una grande vasca all’interno della quale si svolgono tutte le operazioni di lavorazione. Questa vasca è dotata di uno sportello frontale che consente di caricare il materiale e di regolare la macchina. Sul fondo della vasca si trova un tavolo a cui vengono fissate le vaschette di materiale (piastrine di materiale grezzo). Il tavolo è motorizzato e può spostarsi longitudinalmente e lateralmente (assi X e Y), talvolta anche secondo assi di rotazione (A e B). Un foro precedentemente praticato attraversa il materiale grezzo all’esterno del profilo del componente da tagliare. La vaschetta viene posizionata e saldamente fissata al tavolo della macchina. A seconda della natura del materiale, dello spessore delle vaschette e della complessità del profilo del componente, è possibile impilare più vaschette sul tavolo della macchina e, nel corso della stessa operazione, tagliare tanti componenti quante sono le vaschette impilate. In verticale rispetto alla vasca, la macchina presenta due grandi bobine di filo simili al nastro magnetico di un registratore. Una contiene il filo nuovo, l’altra riceve il filo usato. Il filo è in ottone o in rame stratificato, e il suo diametro può variare da 0,02 a 0,3 mm a seconda della capacità della macchina e del componente da tagliare. Un sistema di rulli consente di guidare il filo e di mantenere una tensione ideale. All’uscita dalla macchina, il filo viene guidato verticalmente dall’operatore attraverso il foro precedentemente praticato nella vaschetta. Viene quindi guidato verso l’esterno della vasca e risale verticalmente per raggiungere la bobina di recupero. Una volta registrato il contorno del componente nel sistema informatico della macchina, l’operatore può richiudere lo sportello frontale. Prima che la macchina inizi la lavorazione del componente, la prima fase consiste nel riempire la vasca con una soluzione dielettrica (acqua o olio minerale). Un dielettrico ha la proprietà di condurre debolmente la corrente elettrica, ma lascia esercitare liberamente le forze elettrostatiche.

4. Principio di funzionamento

La vaschetta è immersa e attraversata dal filo che costituisce l’elettrodo del sistema. Durante la lavorazione, il filo si svolge continuamente da una bobina all’altra. La macchina invia brevi impulsi di corrente elettrica al filo. Regolando con precisione l’intensità della corrente, si produce una scintilla a ogni impulso, provocando un arco tra il filo e il pezzo (la parete interna del foro praticato nella vaschetta). La temperatura generata dalla successione di scintille può raggiungere gli 8.000-12.000 °C. Ad ogni impulso, il materiale si trasforma localmente in plasma, che viene espulso dal dielettrico lasciando così il posto a un cratere. La successione di crateri crea il taglio del componente. Nel corso del processo, il piano della macchina e la vaschetta si spostano simultaneamente sugli assi Y e Z al fine di disegnare fedelmente e precisamente il contorno del componente (la posizione del filo è fissa). Alcune macchine permettono di inclinare il piano, il che consente di tagliare piani inclinati.

5. Vantaggi e svantaggi

Il taglio per elettroerosione a filo presenta numerosi vantaggi rispetto alle tecnologie di lavorazione tradizionali. Il diametro molto ridotto del filo è fino a dieci volte inferiore a quello delle frese più piccole. Questo permette al filo di tagliare contorni molto più complessi con una precisione maggiore. Inoltre, non c’è mai contatto, e quindi nessuna sollecitazione meccanica, tra l’utensile (il filo) e il componente. Ciò consente, ad esempio, di fabbricare componenti lunghi e sottili, come molle, senza rischiare di romperli, come invece potrebbe accadere con una fresatrice o un centro di lavorazione. Impilando le vaschette, è possibile moltiplicare il numero di componenti realizzati durante uno stesso ciclo. Tuttavia, questo numero è limitato e l’avanzamento della macchina non è molto elevato (da 0,2 a 10 mm/min). Per questo motivo, quando è tecnicamente possibile, si preferisce lo stampaggio all’elettroerosione quando si tratta di produrre componenti in grande serie. Infine, solo i materiali conduttori di elettricità sono logicamente idonei a questa tecnologia.

6. Esempi di componenti prodotti per elettroerosione

A partire dal momento in cui il materiale è conduttore, la lista delle applicazioni è praticamente infinita. Dalla carrure della cassa alla più piccola e sottile delle molle di un movimento, i vantaggi della tecnologia giustificano spesso la scelta dell’elettroerosione. L’elettroerosione è inoltre ampiamente utilizzata per produrre le matrici e i punzoni degli stampi. Questa tecnologia ha permesso di ridurre notevolmente i costi di fabbricazione degli utensili di stampaggio, fino ad allora interamente lavorati meccanicamente nella massa. Infine, è particolarmente apprezzata per la fabbricazione di piccoli componenti sottili, dai profili complessi, nonché per le piccole serie e la prototipazione, poiché non richiede la fabbricazione di utensili specifici, come avviene invece per le operazioni di fresatura o di stampaggio.