EDM: nuova o vecchia tecnologia?

Claudio Giardini. Università di Bergamo Dipartimento di Ingegneria Gestionale, dell’Informazione e della Produzione

I materiali più nuovi possiedono proprietà che li rendono decisamente superiori rispetto al passato e che li rendono più attrattivi quando si devono produrre componenti particolarmente precisi. Lo scotto da pagare però risiede nel fatto che sono particolarmente duri e fragili e quindi poco adatti a essere lavorati con i processi tradizionali di asportazione di truciolo, il che significa anche poco o niente convenienti dal punto di vista economico, a meno che non ci si rivolga a diversi processi di lavorazione. Vi sono esempi di uso di utensili particolarmente resistenti (come ad esempio quelli in diamante policristallino, il PCD, o quelli in carburo), che però, a conti fatti, per la maggiore velocità di usura degli stessi e per il loro costo intrinseco, portano ad incrementare i costi totali di produzione rendendo poco conveniente il loro uso.

Il problema può essere risolto con l’uso di quelle che ancora sono chiamate “tecniche non convenzionali” tra le quali spicca, naturalmente, l’elettroerosione (EDM). Questa tecnologia, utilizzando il calore prodotto da scariche elettriche ad alta frequenza gestite in modo controllato, permette la rimozione di piccole particelle di materiale tramite fusione ed evaporazione delle stesse. Questa tecnica, rispetto a come immaginata originariamente dai coniugi Lazarenko nel 1943 che stavano naturalmente studiando tutt’altro, è oggi evoluta grazie all’elettronica di controllo della costruzione della singola carica (tempi di durata delle varie fasi, gestione della tensione e della intensità di corrente) e alla messa a punto di processi più evoluti.

Esempio ne è il processo chiamato Powder Mix Electrical Discharge Machining (PMEDM) il cui nome fa facilmente capire come si misceli al classico dielettrico delle particelle di materiale che riescono a migliorare la finitura superficiale dei particolari realizzati. In questo processo si osservano maggiori valori di MRR (Material Removal Rate, velocità di rimozione del materiale) e minori valori di TWR (Tool Wear Rate, velocità di usura dell’utensile) grazie all’incremento del gap tra utensile e pezzo da lavorare. Per ottimizzare un processo quale l’EDM (sia che si tratti di quello con o senza particelle, sia che si tratti di quello a tuffo o a filo, sia che si tratti del processo macro o di quello micro), occorre analizzare nel dettaglio quali sono i parametri coinvolti e capire qual è la loro influenza. A livello generale possiamo dire che questi parametri di processo sono suddividibili in parametri di natura elettrica, parametri di natura non elettrica, parametri riferibili all’utensile e parametri riferibili alle polveri miscelate (se presenti). In questo senso giocano un ruolo importante la polarità, la corrente di picco, la durata della scarica, la tensione di scarica, i tempi accensione e di spegnimento della scarica, la sua frequenza, il flusso ed il tipo di dielettrico, la distanza tra pezzo ed elettrodo, se l’elettrodo ruota o meno (quando possibile nelle operazioni di fresatura per EDM), forma, materiale e ricopertura dell’elettrodo, tipo, materiale e concentrazione della polvere miscelata e sua dimensione, e così via. Spesso accade che questi parametri non vengono però ottimizzati perché non se ne è capito fino in fondo l’influenza che giocano nel processo. È però estremamente importante spendere del tempo per ricercarne l’effetto tramite tecniche di indagine da laboratorio di ricerca quali il DOE (Design of Experiments) o i sistemi euristici o i metodi iterativi di ricerca. Queste tecniche sono da conoscere e applicare con metodo per evitare di muoversi a caso variando senza una logica (o con troppo poca logica) i parametri alla ricerca dell’ottimo senza magari tenere conto di interazioni tra i parametri stessi e, soprattutto, raggiungendo una situazione che può parere ottimale ma che, non avendo capito i fenomeni che stanno alla base della lavorazione, non è utilizzabile quando si cambia materiale o forma. L’obiettivo deve essere quello di ottenere una conoscenza del processo sufficientemente generale da poter aiutare anche quando si affrontano nuove lavorazioni. L’interesse sul processo in questo senso è anche dimostrato dalla grande quantità di lavori scientifici e ricerche ancora oggi condotte sul tema a livello internazionale.

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