Tecnologia Meccanica II Progetto

INTRODUZIONE

Sin dagli anni quaranta è in atto una profonda evoluzione nel campo della produzione che si prefigge di raggiungere come obiettivo la completa lavorabilità di oggetti di forma complessa o di materiali a bassa lavorabilità. Da secoli infatti l’uomo ha cercato di soddisfare la crescente richiesta di prodotti qualitativamente validi con un’evoluzione mirata alla scoperta di nuovi materiali, e nuove fonti di energia. Ogni nuova scoperta ha innalzato la qualità della vita costringendoci a pretendere continui miglioramenti tali da soddisfare le sempre più pressanti richieste di mercato.

Alcune decine di anni fa, risultava impensabile realizzare fori di 2 mm di diametro e 600 mm di profondità attraverso le consuete lavorazioni convenzionali; oggi attraverso particolari tipi di lavorazione possiamo abbondantemente superare tali limiti. È proprio questo l’obiettivo delle cosiddette lavorazioni non convenzionali: avere capacità illimitate rispetto ai processi convenzionali. Inoltre si è raggiunta una completa controllabilità da computer dei parametri di processo garantendo maggiore affidabilità e ripetibilità nonché una possibilità di controllo adattativo attraverso sistemi visivi o altre tecniche di ispezione durante la lavorazione.

Purtroppo non si siamo ancora ad un punto di sviluppo di queste tecniche tale da eliminare un limite importante che risulta decisivo nel mondo industriale e della ricerca: il tasso di asportazione. Un aumento del tasso di asportazione comporta una riduzione dei costi e dei tempi di lavorazioni; purtroppo non tutti i processi non convenzionali oggi in uso garantiscono un aumento di tale parametro senza intaccare gli altri comunque importanti.

Ciò non toglie che l’utilizzo di processi non convenzionali ci permetta di superare difficoltà classiche che si incontrano utilizzando lavorazioni convenzionali quali durezza, flessibilità, fragilità eccessiva del materiale, forma complessa del pezzo, dimensioni, finiture e tolleranze della lavorazione da realizzare. Inoltre è facile riscontrare che l’utilizzo di tali tecniche ci porta ad un aumento della produttività, ad una riduzione del numero di lavorazioni complessive da effettuare, un aumento della

velocità delle operazioni, una riduzione degli scarti con incremento della ripetibilità,

e una diminuzione del danneggiamento durante la lavorazione di materiali fragili.

Nel presente lavoro prenderemo in considerazione un particolare processo non

convenzionale utilizzato per un grande numero di lavorazioni quali fori di piccole

dimensioni, prolifi alari di palette, sbavatura, taglio, fresatura.

Il risultato di queste reazioni elettrochimiche è che gli ioni di ferro si uniscono con altri ioni per precipitare come idrossido di ferro Fe (OH)₂ (figura 2).

L'idrossido ferroso può reagire ulteriormente con acqua ed ossigeno formando idrossido ferrico nella forma:

4Fe(OH)₂ + 2H₂O + O₂ → 4Fe(OH)₃

questa reazione non fa parte dell'elettrolisi. Il sale (NaCl) non è consumato nei processi elettrochimici; quindi, per mantenere la concentrazione costante dell'elettrolita, ad esso può essere necessario aggiungere ulteriore acqua.

Con questa combinazione di metallo-elettrolita, l'elettrolisi ha portato alla dissoluzione di ferro dall'anodo e alla generazione di idrogeno al catodo. Non avviene nessun’altra reazione agli elettrodi.

La lavorazione elettrochimica (ECM) è un metodo relativamente nuovo ed importante di rimozione del metallo per dissoluzione anodica ed offre un certo numero di vantaggi rispetto ad altri metodi di lavorazione. La rimozione del metallo è effettuata da un elettrodo-utensile di forma prestabilita in modo da dare alle parti prodotte una conformazione, dimensioni e finitura superficiale specifiche. Infatti la formatura attraverso ECM è effettuata in modo da trasferire la forma dell'elettrodo-utensile sul pezzo in lavorazione: grazie all’alta precisione della duplicazione e agli alti tassi di rimozione del metallo, il processo è effettuato solitamente a densità di corrente molto alta, dell’ordine dei 10 - 100 A/cm², a bassa tensione, 8 - 30V, e con un gap molto basso (dell'ordine di 0,1 millimetri). Inoltre alimentando l'elettrodo-utensile nella direzione di rimozione del metallo dalla superficie di lavoro, si ha un tasso d'entrata da 0,1 a 20 mm/min (figura 3).

questo può disturbare la stabilità del flusso dell'elettrolita all'interno del gap e produrre pulsazione. Se questi eventi si manifestano troppo lontano, il processo può cessare definitivamente.

Il passaggio di corrente attraverso l'elettrolita genera una quantità apprezzabile di calore Q, il quale può essere espresso convenientemente dal tasso interno di generazione di calore per volume unitario:

Q = i² / κ

I cambiamenti nelle proprietà del mezzo che bagna gli elettrodi, comportano cambiamenti nel modo di generare calore (figura 10b): la parte che bagna il catodo, perde un pò di conduttività elettrica portando a un brusco aumento di generazione di calore. Invece per la parte di elettrolita rimasta libera dalle impurità, succede il contrario. Tipicamente, appaiono picchi di temperatura agli elettrodi a causa di un rallentamento del flusso dell'elettrolita: infatti, a causa dell'aumento di generazione di calore, l'utensile può avere una temperatura molto maggiore rispetto a quella del pezzo in lavorazione; invece la temperatura dell'elettrolita diminuisce notevolmente diventando pari a quella degli elettrodi.

I cambiamenti nella temperatura, nel comportamento del gas e, di conseguenza, nella conduttività elettrica, hanno come risultato un deterioramento della forma del pezzo lavorato. In pratica, lavorando un pezzo piano con un utensile piano, si può produrre una superficie curva sulla parte finita del pezzo (figura 10a). Per quanto riguarda il gap, si possono verificare due casi: è maggiore di S_f quando l'accumulazione di calore è predominante, o viceversa è inferiore a S_f quando il contenuto di gas ha una maggiore rilevanza rispetto al calore. I valori del gap reale di equilibrio S_f(x) e della variazione dello stesso gap allo stato stazionario ΔS, possono essere determinate usando la distribuzione della temperatura media T e il contenuto medio di gas, β, trovato per la velocità media dell'elettrolita w.

La figura che segue illustra qualitativamente i campi fisici di base, le condizioni di lavoro e le loro correlazioni che hanno grande importanza durante il processo di ECM e riassume le caratteristiche di base relative alla modellatura

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