asportazione chimico-fisica

Asportazione chimico-fisica Sistemi di Produzione

Politecnico di Torino 1

1

Elettroerosione

2

Macchina per elettroerosione



3

Il processo di elettroerosione

n Viene generato un campo elettrico tra elettrodo e pezzo

n Si forma un canale ionizzato tra elettrodo e pezzo con accensione della scintilla e fusione locale del pezzo

n Interruzione della corrente ed implosione della scintilla

n Evacuazione delle particelle metalliche per mezzo del lavaggio del dielettrico

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Schematizzazione

+ + +

- - -

+ + +

- - -

+ + +

- - -

+ + +

- - -



5

Ottimizzazione del processo

n Aumentando l’intensità di corrente:¨eliminazione delle particelle nell’area di lavoro¨ raffreddamento della zona di lavorazione¨contenimento del canale di scarica

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Ottimizzazione del processo

n Cercare un compromesso tra quantità di materiale asportato e livello di usura dell’utensile

n Come svantaggio si ha l’alterazione termica del materiale attorno alle superfici lavorate



7

Grafico di funzionamento

Intensità di corrente [A]

Usura dell’utensile

Volume di materiale asportato

8

Grafico di funzionamento

Intensità di corrente [A]I1 I2

Regime di lavoro



9

Operazioni per elettroerosione

10

Lavorazioni per elettroerosione

n Improntatura¨ tecnica a più canali¨erosione planetaria



11

Lavorazione di stampi

12

Lavorazione di viti



13

Lavorazione di chiavette

14

Lavorazione di stampi a tranciare



15


n Improntatura

n Taglio

16

Taglio con lama



17

Taglio con nastro o filo

18

Taglio con disco



19


n Improntatura

n Taglio

n Rettifica¨utilizzata per pezzi di elevate dimensioni

20

Rettifica interna



21

Rettifica di profili

22

Taglio a getto d’acqua



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Generalità

n Processo di taglio che sfrutta la forza risultante della variazione della quantità di moto di un getto d’acqua nell’urto contro la superficie

n La pressione di lavoro varia tra 200 ÷ 400 MPa

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Materiali lavorabili con getto d’acqua

n Taglio di materiali di qualsiasi tipo, dai più morbidi fino a metalli, ceramiche e marmo

n Lavorazione di materiali di durezza non elevata (plastica, legno, tessuti e laterizi ecc.)

n Taglio di materiali con polveri nocive (amianto)



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Vantaggi del sistema

n Taglio di geometrie molto complesse in 2D

n Operazioni effettuate con tolleranze ragionevoli

n Lavorazione senza apporto di calore

n Versatilità

n Lavorazione ecologica e sicura per l’operatore

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Impiego del water – abrasive jet

n Industria aerospaziale (lavorazione del titanio)

n Architettura e lavori artistici

n Automotive (parti per prototipi)

n Industria del vetro

n Industria Medica

n Officine EDM con applicazioni laser



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Il processo del taglio a getto d’acqua

28

Schema di funzionamento



29

L’ugello waterjet

30

Il waterjet

n La pompa porta la pressione dell’acqua a 400 MPa

n L’acqua in pressione passa in un ugello L˜ 0,5mm

n Il flusso ha velocità supersonica (Mach 2 ÷ 3)

n Il taglio avviene per erosione supersonica del flusso d’acqua

n Il vapore di taglio è in grado di far evaporare l’acqua utilizzata



31

Pompe utilizzate per il taglio waterjet

n Intensifier pumpüna pompa idraulica mette in pressione il fluido

che aziona un pistone¨ il pistone porta in pressione l’acqua mediante una

superficie molto più piccolaäumento notevole di pressione (da 20 MPa a 400

MPa con rapporto tra superfici di 1/20)

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Pompe utilizzate per il taglio waterjet

n Intensifier pump

n Crankshaft pump¨stesso principio dell’intensifier pump ma utilizzo di

più pistoni¨ la pompa recupera la spinta dell’acqua rimasta

nel cilindro sottoforma di energia cinetica äumento di rendimento (fino al 95%)



33

Difetti del sistema

n Jet lag¨perdita di velocita’ del getto d’acqua in seguito

alla perforazione del materiale¨creazione di un tagliente curvo

34

Difetti del sistema

n Taper¨ad alte velocità il flusso d’acqua non riesce ad

asportare tutto il materiale fino in fondo¨ taglio più largo nella parte superiore rispetto al

fondo¨come rimedio si usano ugelli inclinabili



35

Gli ugelli inclinabili

36

L’abrasive jet



37

L’abrasive jet

n Il flusso supersonico passa attraverso un focalizzatore

n Per effetto Venturi si forma un vuoto che permette l’ingresso di abrasivi nel flusso

n Il canale di alimentazione accelera gli abrasivi a velocità supersoniche

n Il taglio avviene per erosione

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Diagramma della pressione

Tempo

Pressione

2media vp ⋅ρ=

21

ss

0

0

c1

⋅ρ⋅ρ+

ρ⋅⋅=

0

0picco c

cvp



39

Principi dei fasci laser

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Il laser

n Laser è l’acronimo di Light Amplification byStimulated Emission of Radiation(amplificazione della luce mediante emissioni stimolate di radiazioni)

n Caratteristiche del fascio laser:¨monocromaticità¨coerenza¨collimazione¨ irradianza (potenza che una sorgente di onde

elettromagnetiche emette per unità di superficie e di angolo solido)



41

Parametri dell’onda

n La frequenza della radiazione:

¨c : velocità della luce nel vuoto (3 · 108 m/s)¨λ : lunghezza d’onda della radiazione emessa

λ=ν

c

42

Parametri dell’onda

n La relazione di Planck:

¨h : costante di Planck¨E2 – E1 : energia persa dall’elettrone nel

passaggio tra due livelli energetici

12 EE −=ν⋅h



43

Fenomeni di interazione

n Emissione spontanea¨un atomo passa spontaneamente dal livello E2 a

E1 con emissione di un fotone di frequenza ν

n Assorbimento:¨un fotone di frequenza n interagisce con un

atomo di livello E1 portandolo in E2

n Emissione stimolata:¨ la radiazione elettromagnetica E2 - E1 eccita il

sistema atomico facendolo decadere di livello ma emettendo fotoni

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L’amplificazione della luce

E2

E1

12 EE −=ν⋅h

Amplificazionedei fotoni



45

L’inversione di popolazione

n In condizioni di equilibrio termodinamico l’emissione stimolata non si verifica perché il materiale assorbe la radiazione

n L’effetto laser s’innesca quando i livelli energetici superiori sono quelli più popolati (inversione di popolazione)¨attraverso sistemi di pompaggio si eccita il

sistema scatenando l’emissione stimolata

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Metodo di pompaggio a quattro livelli

E1

E2Pompaggio

Emissionespontanea

12 EE −=ν⋅h

Emissionespontanea

Livello fondamentale

Livello di pompaggio



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Sorgenti lasern Laser a stato gassoso¨CO2 (più utilizzato) λ = 10,6 mm¨He – Ne λ = 0,633 mm¨Ar – Kr λ = 0,488 ÷ 0,674 mm¨Eccimeri λ = 0,19 ÷ 0,35 mm

n Laser a liquidi¨Dyes λ = 0,4 ÷ 0,8 mm

n Laser a semiconduttori¨GaAs, GaAsP λ = 0,84 ÷ 1,2 mm

n Laser a stato solido¨Rubino λ = 0,69 mm¨Nd:Yag λ = 1,06 mm

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Potenze medie delle sorgenti laser

Potenza [kW]

Rendimento medio

0,1 5 100

2

8

12

30

1

0,5 31 50

CO2

Semiconduttori

CO

Nd:Yag

Eccimeri



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Sorgente laser CO2 a flusso trasverso

Elettrodo

Cavità risonante

50

Sorgente laser CO2 a flusso trasverso

Fascio

laser

in uscita

Specchio di rinvio per amplificare la luce



51

Parametri caratteristici delle sorgenti

n Potenza (densità di potenza dP)

n Lunghezza d’onda

n Modo temporale¨emissione continua o impulsata

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Funzionamento impulsato del laser

Densità di

potenza

Tempo

Periodo (D.C.)



53


n Potenza


n Modo temporale

n Modo spaziale¨ indica la distribuzione di potenza all’interno del

fascio¨ fattore di focabilizzabilità M2

54

Il modo del fascio

M2 = 1 M2 = 2 M2 = 4



55


n Potenza


n Modo temporale

n Modo spaziale

n Dimensioni del fascio focalizzato (spot)

56

Parametri del fascio laser

Lunghezza focale

Diametro dello spot nel punto di waist



57

Parametri del fascio laser

Profondità di fuoco

58

Taglio laser



59

Il taglio laser

Ugello di taglio

60

Il taglio laser

Materiale fuso



61

Il taglio laser

Zona rimossa (kerf)

62

Caratteristiche del taglio laser

n Zona rimossa (kerf) piccola (0,1 ÷ 0,5 mm)

n Zona termicamente alterata ridotta

n Elevata densità di potenza

n Assenza di ossidi

n Assenza di contatto con i pezzi

n Versatilità d’impiego



63

Tipologie di taglio laser

n Taglio per vaporizzazione

n Taglio per fusione

n Taglio per ossidazione

n Taglio per frattura

64

Macrografia di un taglio laser

Zona termicamente alterata



65

Prestazioni nel taglio di acciaio al carbonio

Spessore [mm]

1 20 60 150

0,5

1

10

20Velocità [m/min]

Plasma I = 15 ÷ 500 A

66


Spessore [mm]

1 20 60 150

0,5

1

10

20Velocità [m/min]

Laser CO2P = 0,5 ÷ 1,5 Kw



67


Spessore [mm]

1 20 60 150

0,5

1

10

20Velocità [m/min]

Taglioossiacetilenico

68


Spessore [mm]

1 20 60 150

0,5

1

10

20Velocità [m/min]

Taglio waterjetcon abrasivo



69

Sommario della lezione

n Elettroerosione

n Operazioni per elettroerosione

n Taglio a getto d’acqua

n Il processo di taglio a getto d’acqua

n Principi dei fasci laser

n Taglio laser

asportazione chimico-fisica

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