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Gli elettrodi sono comunemente utilizzati nella lavorazione degli stampi. Servono come strumento per la lavorazione a scintilla nell'elettroerosione (EDM), utilizzata principalmente per la lavorazione delle cavità negli stampi.

Che cos'è un elettrodo?

Gli elettrodi sono utensili utilizzati per la lavorazione a scintilla. Nella lavorazione degli stampi, alcuni pezzi sono troppo complessi o presentano piccoli angoli interni e filetti che gli utensili convenzionali non possono raggiungere. In alternativa, se il pezzo non può essere lavorato a causa dell'eccessiva lunghezza dell'utensile, si utilizzano gli elettrodi per l'elettroerosione.

Materiali per elettrodi

1. Rame rosso

Il rame rosso è ampiamente disponibile e ha una buona conducibilità elettrica. Può essere lavorato in modo stabile in condizioni difficili, senza generare facilmente un arco elettrico e con una perdita di lavorazione minima. Può raggiungere un'elevata precisione con una rugosità superficiale migliore di Ra1,25μm utilizzando una lavorazione fine. Il processo è in grado di mantenere spigoli vivi e forme delicate.

Tuttavia, le sue prestazioni di lavorazione meccanica sono inferiori a quelle della grafite ed è difficile da rettificare. Ha una bassa resistenza meccanica, che non favorisce il serraggio, la regolazione e il mantenimento di una lavorazione stabile nel tempo. La sua elevata densità aumenta il carico sul sistema di alimentazione della lavorazione e aumenta i requisiti del sistema, rendendolo sfavorevole per l'installazione e la regolazione degli elettrodi.

2. Grafite

Rispetto agli elettrodi di rame rosso, la grafite presenta diversi vantaggi:

1). minore usura dell'elettrodo (da 1/5 a 1/3 di quella del rame rosso durante la lavorazione grezza).

2). Velocità di lavorazione più elevata (da 1,5 a 3 volte quella del rame rosso).

3). Migliore lavorabilità, con una resistenza al taglio pari a un quarto di quella del rame rosso.

4). Doppia efficienza di lavorazione, peso ridotto (1/5 rispetto al rame rosso), adatto a elettrodi di grandi dimensioni.

5). Resistenza alle alte temperature e basso coefficiente di espansione termica (circa 1/4 del rame rosso).

Gli svantaggi includono la fragilità (che può essere ridotta con l'immersione in un fluido di lavoro), la suscettibilità ai danni, la tendenza a bruciare l'arco e una maggiore perdita nella lavorazione di precisione, con una rugosità superficiale che raggiunge solo Ra2,5μm. Non è facile da formare in lastre sottili o spigoli vivi.

3. Leghe di tungsteno rame e argento

Gli elettrodi di tungsteno in rame, grazie alla loro elevata conducibilità termica, al basso tasso di perdita e alla bassa espansione termica. Inoltre, l'elevato punto di fusione del tungsteno è ampiamente utilizzato per lo stampaggio di pezzi in acciaio e carburo di tungsteno e per lavorazioni di precisione. Le leghe di tungsteno con rame e tungsteno con argento hanno una lavorabilità paragonabile, una buona stabilità di lavorazione e una bassa perdita di elettrodi, ma sono costose, rispettivamente circa 40 e 100 volte il costo del rame.

4. Ottone

Gli elettrodi in ottone presentano un'usura maggiore e velocità di lavorazione più basse rispetto al rame rosso, ma subiscono meno cortocircuiti durante la scarica, garantendo una lavorazione stabile. Attualmente, gli elettrodi di ottone non sono generalmente utilizzati nella formatura per elettroerosione, ma sono ancora impiegati nel taglio a filo a bassa velocità.

5. Acciaio

L'acciaio viene utilizzato come materiale per elettrodi grazie alla sua buona lavorabilità, ma ha una stabilità di lavorazione più scarsa. Nella lavorazione degli stampi in acciaio, la velocità di lavorazione è da 1/3 a 1/2 di quella del rame rosso e il tasso di usura dell'elettrodo è compreso tra 15% e 20%, il che non consente di ottenere perdite ridotte.

Riassumendo le caratteristiche applicative di questi materiali elettrodici comuni, i materiali elettrodici per l'elettroerosione dovrebbero soddisfare i seguenti requisiti prestazionali di base:

• Elevato punto di fusione: più alto è il punto di fusione del materiale dell'elettrodo, minore è la perdita relativa dell'elettrodo.
• Buona conducibilità termica, che consente di dissipare rapidamente il calore generato dalla scarica, ripristinando rapidamente le proprietà isolanti del mezzo di lavorazione e impedendo l'insorgere di bruciature da arco.
• Buona conducibilità elettrica, che facilita la ionizzazione e soddisfa le condizioni di base per la scarica.
• Basso coefficiente di espansione termica, che consente di mantenere stabile la dimensione dell'elettrodo durante l'elettroerosione, garantendo la precisione della lavorazione.
• Buone proprietà meccaniche, facile da lavorare e con una buona resistenza alla deformazione.

Smontaggio degli elettrodi

I metodi di lavorazione degli elettrodi prevedono in genere la fresatura CNC o il taglio a filo. Quando gli elettrodi hanno superfici concave e convesse complesse, è necessaria la fresatura CNC. A volte, un elettrodo non può essere lavorato nella sua interezza e deve essere diviso in due o più parti per la lavorazione. Questo processo di divisione degli elettrodi in varie parti per realizzare la lavorazione a scarica per diverse parti dello stampo è chiamato disassemblaggio degli elettrodi.

Scopo dello smontaggio degli elettrodi

Nella produzione di stampi in plastica, l'elettroerosione (Electrical Discharge Machining) è quasi indispensabile. La velocità di lavorazione dell'elettroerosione influisce direttamente sul ciclo, sulla qualità e sul costo della produzione di stampi. Pertanto, un'analisi dettagliata e uno smontaggio razionale degli elettrodi (elettrodi di rame) sono essenziali. La qualità dello smontaggio determina direttamente il livello di produzione dello stampo, la velocità di lavorazione, i costi di produzione e persino la struttura complessiva dello stampo. La capacità di smontare gli elettrodi riflette il livello di completezza dei progettisti di stampi, la correttezza del pensiero strutturale e il livello della tecnologia di lavorazione. Lo smontaggio razionale degli elettrodi può avere i seguenti effetti:

• Semplificare la lavorazione degli stampi.
• Migliorare la struttura dello stampo.
• Accorciare il ciclo di produzione degli stampi.
• Migliorare la qualità degli stampi.
• Migliorare l'accuratezza dimensionale delle anime e delle cavità degli stampi.
• Risparmiare sul costo dei materiali degli elettrodi.

Processo di smontaggio dell'elettrodo

Lo smontaggio degli elettrodi è una parte essenziale della lavorazione dello stampo. La qualità dello smontaggio degli elettrodi influisce direttamente sulla velocità di lavorazione e sulla qualità dello stampo. I progettisti devono comunicare a lungo con gli stampisti e i tecnici dell'elettroerosione per raccogliere e riassumere le esperienze. In base alle condizioni di lavorazione della nostra azienda, discutono e decidono un piano di smontaggio ragionevole.

1. Determinazione della posizione di smontaggio degli elettrodi

Le parti che non possono essere lavorate con macchine CNC richiedono tipicamente lo smontaggio degli elettrodi, come gli angoli retti, gli angoli acuti, le scanalature strette (se l'azienda dispone di macchine ad alta velocità e di utensili più piccoli, è possibile lavorare direttamente le scanalature strette) e le aree di testo. Lo smontaggio degli elettrodi deve analizzare il pezzo, determinare la posizione dello smontaggio ed eseguirlo nel modo più efficiente, rapido ed efficace.

2. Smontaggio delle parti di formazione degli elettrodi

Lo smontaggio delle parti di formazione degli elettrodi comporta generalmente l'estrazione delle superfici o il calcolo delle differenze per approssimare la forma, seguito da una successiva modifica per ottenere la struttura delle parti di formazione degli elettrodi. Quando si disassemblano le parti di formatura, è importante estendere il più possibile, ma occorre evitare le interferenze e garantire che gli elettrodi disassemblati possano effettivamente formare le parti richieste.

3. Disegno della posizione di lavaggio

L'altezza di lavaggio per l'elettroerosione è in genere impostata da 2 a 5 mm sopra la parte più alta del pezzo, facilitando la rimozione dei residui durante la lavorazione per elettroerosione. L'elettroerosione genera molti residui e, se non vengono rimossi tempestivamente, le scariche secondarie possono danneggiare gli elettrodi e l'eccessivo accumulo di carbonio può danneggiare il pezzo, soprattutto nelle cavità profonde, causando difetti durante lo stampaggio a iniezione. La posizione di lavaggio viene generalmente completata utilizzando superfici sfalsate e funzioni di stiramento.

4. Disegno del datum

L'ORIGINE dell'elettrodo è molto importante in quanto può essere utilizzata per il centraggio, la calibrazione e i numeri di contatto, determinando direttamente l'accuratezza e la correttezza dei pezzi da formare. Le dimensioni esterne dell'origine sono generalmente numeri interi, con una distanza tipica da 3 a 8 mm dal bordo dell'origine al bordo del pezzo da formare e un'altezza da 5 a 15 mm.

Il metodo per tracciare il datum prevede in genere due approcci:

una è quella di allargare uniformemente lungo i bordi dei pezzi da formare, ottenendo decimali dal centro dell'origine al centro del pezzo.

L'altro metodo consiste nel preimpostare il centro dell'origine e il centro del pezzo come numeri interi, senza considerare l'allargamento uniforme dei bordi del pezzo da formare, il che ha il vantaggio di evitare errori dimensionali durante la lavorazione per elettroerosione, riducendo la possibilità di errori. Il secondo metodo è generalmente consigliato.

L'orientamento dell'elettrodo è molto importante e le diverse fabbriche hanno metodi di rappresentazione diversi. In genere, tre angoli dell'elettrodo vengono smussati o meno, in corrispondenza degli angoli di riferimento smussati del pezzo, e poi vengono marcati dei codici sull'elettrodo per distinguere tra elettrodi grezzi e fini.

5. Diagramma dell'elettrodo per elettroerosione

Il diagramma dell'elettrodo per elettroerosione serve principalmente a guidare il tecnico dell'elettroerosione durante l'operazione. Il disegno deve essere il più semplice possibile, senza troppe viste e dimensioni, richiedendo solo l'espressione delle dimensioni di posizionamento dell'elettrodo, del gap dell'elettroerosione e della posizione dell'origine. Se questi tre elementi vengono trasmessi, il disegno è valido.

Principi di smontaggio dell'elettrodo

Lo smontaggio degli elettrodi è un'operazione complessa che generalmente segue questi otto principi:

1. Considerare pienamente i requisiti estetici del prodotto per soddisfare le sue specifiche tecniche.
2. Distinguere le differenze di scarica tra elettrodi di posizione a colla grandi e piccoli.
3. Considerare e valutare attentamente le difficoltà di lavorazione degli elettrodi per garantire una lavorazione efficiente e fattibile all'interno dell'azienda.
4. Considerare e differenziare completamente i requisiti di precisione di ciascun elettrodo e di ciascun pezzo, evitando la ricerca cieca di standard elevati e coordinando efficacemente l'uso di vari tipi di attrezzature di lavorazione.
5. Obiettivo: ridurre i costi di produzione degli stampi. Il costo è l'indicatore più importante nella lavorazione degli stampi. Solo uno smontaggio ragionevole degli elettrodi può massimizzare i vantaggi economici.
6. Considerare completamente la disposizione e l'impatto dei processi di lavorazione. Solo con una disposizione razionale dei processi è possibile produrre bene, rapidamente ed economicamente l'intera serie di stampi.
7. Bilanciare i vari processi di lavorazione e la velocità di lavorazione complessiva. Per l'intero set di stampi, considerare gli elettrodi per gli stampi fissi, gli stampi mobili, i cursori, le aste di spinta inclinate e gli inserti, e bilanciarli globalmente durante lo smontaggio.
8. Se le condizioni lo consentono, ridurre al minimo gli errori umani durante il processo di lavorazione.

Considerazioni sullo smontaggio dell'elettrodo

Quando si smontano gli elettrodi, bisogna considerare la fattibilità, la praticità, l'indeformabilità, la comodità di lavorazione, il costo e l'aspetto estetico degli elettrodi. Meno elettrodi si smontano, meglio è.

1. Progettazione e fabbricazione degli elettrodi interi

Quando possibile, smontare gli elettrodi interi. Tuttavia, considerare la fattibilità della lavorazione e cercare di completarla in un'unica fase. Se non è possibile farlo in un'unica fase, smontare gli elettrodi multipli. Alcuni elettrodi interi sono speciali e richiedono più fasi di lavorazione, come quelli mostrati nell'immagine sottostante che utilizzano processi di fresatura CNC, taglio del filo e corrosione dell'elettrodo. Questi elettrodi devono generalmente soddisfare la precisione del prodotto e il loro disassemblaggio in più elettrodi può causare segni di giunzione, rendendo difficile garantire la precisione del prodotto.

2. Smontaggio dei singoli elettrodi

Dopo il disassemblaggio, gli elettrodi devono essere lavorabili. A volte gli elettrodi interi sono difficili da lavorare, hanno angoli morti irraggiungibili o richiedono utensili troppo lunghi o troppo piccoli, per cui è ragionevole considerare lo smontaggio di un elettrodo aggiuntivo. A volte sono necessari elettrodi di pulizia locali, la cui lavorazione non è difficile, ma è essenziale comprendere chiaramente gli offset della lavorazione a scarica elettrica e gli standard di calibrazione. Durante la lavorazione CNC, è difficile lavorare direttamente le aree cerchiate nell'anima dello stampo ed è altrettanto difficile progettare e lavorare un singolo elettrodo per l'elettroerosione. Lo smontaggio dell'elettrodo nelle parti (b) e (c) della figura semplifica notevolmente la lavorazione.

3. Smontaggio degli elettrodi a costine

Per aumentare la resistenza delle sottili strutture simili a lastre progettate inizialmente per i prodotti in plastica, queste vengono chiamate nervature. Le nervature sono strette e profonde, il che le rende difficili da lavorare direttamente. In genere, è necessario progettare elettrodi di nervatura. Questi elettrodi sono soggetti a deformazioni durante la lavorazione. Utilizzare nuovi utensili con diametri più piccoli e avanzamenti moderati. In primo luogo, lavorare con precisione le dimensioni della lunghezza, ma lasciare un margine (come 1 mm) per le dimensioni della larghezza, quindi lavorare la larghezza, muovendo l'utensile su entrambi i lati contemporaneamente, senza circondare l'intero contorno. Inoltre, ogni taglio dovrebbe avere una profondità compresa tra 0,2 e 1 mm. Un taglio troppo profondo non è consigliabile.

4. Situazione materiale

Prima di disassemblare gli elettrodi, occorre innanzitutto comprendere la situazione dei materiali dell'azienda e cercare di sfruttarli al meglio. Il rame importato richiede generalmente l'aggiunta di 1 o 1,5 mm per lato alle dimensioni standard, che è sufficiente per la maggior parte degli scopi. Il rame forgiato a livello nazionale è meno standardizzato e si consiglia di aggiungere 2 mm per lato.

5. Impostazione del lavaggio e della calibrazione

Impostare la parte diritta dell'elettrodo a 2-5 mm per facilitare il lavaggio da parte della macchina per elettroerosione. Impostare la calibrazione dell'asse XY a circa 3-8 mm per lato, con un'altezza di base superiore a 5 mm.

6. Progettazione del punto di riferimento dell'elettrodo

Si consiglia di utilizzare tre angoli arrotondati e un angolo per la base dell'elettrodo, allineando l'angolo con il dato della cavità dello stampo. Allineare il centro dell'elettrodo con il dato della cavità dello stampo utilizzando i numeri interi.

7. Smontaggio efficiente dell'elettrodo

Cercare di non smontare l'elettrodo separatamente. Se è possibile smontare il tutto, farlo insieme per risparmiare materiale e tempo di scarica. Quando la lavorazione è difficile, utilizzare il taglio a filo o una macchina per incidere per pulire gli angoli.

8. Conservazione dei materiali nel disassemblaggio

Gli elettrodi con differenze di altezza significative devono essere smontati in più elettrodi per risparmiare materiale.

9. Elaborazione di elettrodi simmetrici

Gli elettrodi simmetrici vengono spesso lavorati insieme, spostando il numero durante la lavorazione. Gli elettrodi di forma simile devono essere distinti (ad esempio, aggiungendo un angolo supplementare o un angolo arrotondato) e prolungare la giunzione tra due elettrodi di 1 mm.

10. Ispezione post-smontaggio

Dopo lo smontaggio, inserire gli elettrodi nel pezzo da lavorare per verificare attentamente l'assenza di interferenze. Controllare se elettrodi simili e simmetrici sono ragionevolmente smontati e verificare che le distanze e i centri di rotazione degli elettrodi traslati o ruotati siano corretti.

11. Precisione nella finitura dell'elettrodo

La rugosità e la finezza degli elettrodi sono spesso determinate dai requisiti estetici del prodotto. A volte, per risparmiare rame, dopo aver completato l'elettrodo, si abbassa il disegno complessivo della superficie curva dell'elettrodo, si esegue una fresatura di precisione sull'elettrodo e poi si esegue l'elettroerosione di precisione.

12. Lavorazione di cavità profonde

Per le cavità strette e profonde negli stampi, dove gli utensili non possono raggiungere la lavorazione grezza, è spesso necessario eseguire elettrodi grezzi e fini, in parte o completamente.

13. Rafforzamento degli elettrodi delle costole

Quando si progettano elettrodi a nervatura, per aumentare la resistenza dell'elettrodo e prevenirne la deformazione, modificare l'angolo della nervatura e progettare una base rinforzata.

13. Garantire la nitidezza dello stampo

Quando si smonta l'elettrodo, separare la faccia della colla della cavità dello stampo e dell'anima dalla faccia del cuscino per garantire la nitidezza della cavità dello stampo.

14. Mantenimento dell'integrità delle coordinate dell'elettrodo

Quando si progettano elettrodi disassemblati, si raccomanda di non modificare facilmente il sistema di coordinate dell'elettrodo. Utilizzare il disassemblaggio dell'assieme per un elettrodo per ogni file di disegno. I livelli possono essere utilizzati anche per distinguere gli elettrodi.