L'elettroerosione è un processo di lavorazione altamente specializzato che viene utilizzato nell'industria della meccanica di precisione. Si tratta di un metodo utile per produrre parti meccaniche complesse con una tolleranza di precisione estremamente elevata.
Di seguito approfondiamo meglio cos’è e come funziona la lavorazione per elettroerosione.
Cos’è l'elettroerosione
Siamo negli anni Quaranta del secolo scorso quando i fratelli Lazarenko, di origine russa, scoprirono in modo fortuito l’elettroerosione. I loro esperimenti erano volti allo studio dell’usura dei contatti elettrici, che li portò alla creazione della prima macchina a erosione elettronica.
Prima di loro, solo il chimico inglese Joseph Priestley comprese le potenzialità delle scariche elettriche, teorizzando che potessero essere usate per ottenere un effetto erosivo sui metalli. Siamo nella seconda metà del Settecento e le brillanti intuizioni dello scienziato si aggiunsero ai pionieristici studi sull’elettricità che portò avanti.
Nel corso del tempo questa lavorazione venne affinata fino a raggiungere il grado di precisione odierno. Siamo di fronte all’elettroerosione a scintilla, chiamata anche EDM (Electric Discharge Machining); un’evoluta tecnologia che sfrutta la capacità erosiva dei contatti elettrici per l’asportazione di materiale metallico.
Il Funzionamento della Lavorazione per Elettroerosione
Le lavorazioni per elettroerosione hanno luogo grazie al potere congiunto di calore ed elettricità, che lavorando in sinergia riescono a eliminare innumerevoli particelle di metallo. Per portare a termine il processo è necessario che si verifichino particolari condizioni.
Preso un pezzo di metallo da lavorare, sono indispensabili un elettrodo e un liquido dielettrico, tipicamente composto da olio fluido, per innescare il processo elettroerosivo.
Le fasi del Processo Elettroerosivo
Il processo ha inizio con l’immersione del pezzo nel fluido dielettrico e la successiva alimentazione con polarità negativa. L’elettrodo, al contrario, viene alimentato con una tensione d’innesco da 20 a 100 volt a polarità positiva e rimane a una distanza di circa 25 µm dal pezzo in lavorazione (sparking gap).
Ciò che si verifica è la liberazione di elettroni dal catodo, che urtando con gli atomi del liquido dielettrico porta alla creazione di ioni, sia positivi che negativi. Si ha dunque una ionizzazione del fluido, passato dall’essere un isolante al divenire un conduttore. Le scariche elettriche transitano al suo interno a intervalli regolari, succedendosi l’un l’altra: al termine del processo la tensione si annulla, per poi iniziare nuovamente a immagazzinare energia innescando un nuovo giro. La pausa tra un ciclo e l’altro è varia tra 1 e 30 micro-secondi.
In queste condizioni il fluido dielettrico muta il suo stato, trasformandosi in un plasma (sostanza di atomi e elettroni liberi, incandescente e ionizzata) in grado di fondere e vaporizzare porzioni del pezzo. Ed è così che si vengono a creare tanti piccoli fori sulla sua superficie: foro dopo foro il materiale viene asportato proprio grazie al potere erosivo del plasma. Lo scarto del processo non è dato dal truciolo, come avviene nelle tecniche tradizionali, ma da gas e sfere metalliche.
Gli Elettrodi nel dettaglio
Abbiamo parlato dell’elettrodo, una delle componenti centrali nella lavorazione per elettroerosione. Questo ha caratteristiche particolari, come un’alta resistenza alle scariche elettriche e all’usura, ma può trovarsi in due diversi materiali.
Da una parte abbiamo la grafite, dall’altra il rame. La prima, a fronte delle qualità sopra menzionate, non è adatta quando sono coinvolte nella lavorazione superfici con una rugosità ridotta. In quest’ultimo caso è preferibile utilizzare il rame, che tuttavia comporta costi più elevati.
Tipologie di Lavorazione
Partendo dalla stessa lavorazione, esistono due modi di metterla in pratica, da utilizzare alternativamente in base al risultato che si vuole ottenere e alle caratteristiche del pezzo che si ha di fronte.
Elettroerosione a Filo
Il processo elettroerosivo rimane immutato, ma in questo caso l’elettrodo è dato da un filo conduttore teso che taglia il pezzo in lavorazione.
È presente una bobina che durante tutto il corso del processo lascia costantemente andare nuovo filo: non potrebbe essere altrimenti, perché, utilizzando sempre il medesimo segmento, questo finirebbe per spezzarsi sotto al peso dell’usura e della corrente.
Il materiale di cui è composto è generalmente rame, il cui potere conducente viene ulteriormente potenziato da una copertura in ottone. Non è necessario che lo spessore sia considerevole e anzi gli bastano 0,02/0.03 millimetri per operare correttamente.
Questo tipo di lavorazione consente di intervenire su pezzi che richiedono un alto grado di precisione, riuscendo ad agire su superfici nanometriche fino a RA 0.04.
Elettroerosione a Tuffo
L’elettroerosione a tuffo si basa su una lavorazione che sfrutta la complementarità dell’elettrodo. Il pezzo prende infatti una forma complementare rispetto a quest’ultimo, che pertanto deve avere una conformazione ben precisa.
Per procedere con un’elettroerosione a tuffo, dunque, è essenziale creare un elettrodo che nella struttura risponda a tali necessità. Per il resto il procedimento rimane invariato.
Vantaggi e Svantaggi
La lavorazione per elettroerosione viene utilizzata in vari settori industriali per la produzione di parti di precisione. Questa tecnica può offrire numerosi vantaggi, come la libertà nella scelta dei materiali metallici da lavorare. Praticamente tutti possono subire tale procedimento, a prescindere dalla durezza: in effetti l’unica caratteristica necessaria è la capacità di conduzione.
Inoltre, permette di creare figure con un elevatissimo grado di precisione. Lo stesso risultato non è ottenibile con altre lavorazioni; ricordiamo ad esempio la fresatura che non consente di realizzare spigoli vivi interni. Una volta impostate le macchine, queste possono essere lasciate accese per più di 130 ore, continuando a operare senza sosta. Ne deriva un risparmio in termini di lavoro da parte degli operatori, che possono dedicarsi ad altre attività.
Come tutte le lavorazioni, tuttavia, non è perfettamente adattabile a ogni caso. Le superfici lavorate sono caratterizzate da una rugosità elevata, non sempre accettabile.