Nella configurazione essenziale al funzionamento, però, i principali sottosistemi di una macchina EDM sono i seguenti:

1. Alimentatore
2. Sistema di circolazione
3. Filtraggio del fluido dielettrico
4. Elettrodo utensile
5. Servosistema

Di seguito si analizzeranno gli aspetti generali delle quattro parti appena citate.

2.1.1 Alimentatore

L'alimentatore di una macchina per elettroerosione deve essere in grado di fornire un treno di impulsi di ampiezza, larghezza e velocità regolabili. Come abbiamo già accennato, la quantità di materiale asportato nell'unità di tempo è proporzionale alla velocità di ripetizione degli impulsi (frequenza). D'altro canto, la finitura superficiale dipende dalla quantità di materiale asportato per ogni impulso, quindi, peggiora all'aumentare di tale quantità . La corrente alternata deve essere trasformata in corrente continua necessaria per produrre le scariche di scintille nella macchina; in primo luogo la corrente è raddrizzata in un comune raddrizzatore; una piccola percentuale di tale corrente è usata per generare un segnale ad onda quadra che va ad un oscillatore che permette di mantenere i valori del set di parametri nel 0.01%. Tale segnale di precisione è usato per innescare una pila di transistori di potenza, i quali agiscono come interruttori velocissimi per regolare il flusso della restante parte di corrente. Questa corrente di alta potenza è guidata alla stazione di lavoro per originare le scintille che rimuovono il materiale; inoltre l'alimentatore rileva la tensione tra elettrodo e pezzo; poichè vi è un legame tra questa e la distanza tra pezzo ed elettrodo, tale segnale è usato per controllare un servosistema capace di mantenere una distanza di gap costante durante tutto il ciclo di lavoro. L'alimentatore di potenza deve essere in grado di regolare la tensione di impulso, la durata dell'impulso, il ciclo di lavoro, la frequenza degli impulsi e la polarità degli elettrodi, per facilitare la scelta dei parametri di processo ottimi per un ampio "range" di condizioni di erosione.

Esistono 3 tipi di alimentatori:

a. Ad impulsi rotanti

b. A rilassamento

c. Ad impulsi statici

2.1.2 Sistema di circolazione

Nel processo elettroerosivo il lavaggio riveste una importanza pari a quella dei parametri di regolazione della macchina. All'inizio dell'erosione, il fluido dielettrico è privo di particelle di erosione e residui carboniosi di degrado del fluido, quindi, la scarica iniziale è ritardata poichè la resistenza dielettrica di un fluido pulito è superiore a quella di un fluido sporco.

Le particelle originate dalle prime scariche erosive riducono la resistenza dielettrica del fluido, per cui le scariche successive si innescano pi๠facilmente, migliorando le condizioni di lavoro. Se in alcune zone del gap la densità di particelle diventa notevole, si ha un'eccessiva riduzione della resistenza dielettrica, che facilita la formazione di scariche anomale che possono degenerare in archi voltaici, danneggiando sia l'elettrodo utensile che il pezzo. Questo eccesso di particelle deve essere eliminato con il lavaggio, ovvero dalla facile circolazione del fluido dielettrico nella zona del gap.

Sottolineiamo l'importanza di ricoprire il pezzo con il fluido dielettrico: sopra la parte pi๠alta del pezzo devono esservi almeno 40 mm di fluido. Una quantità insufficiente di fluido può causare l'emissione di fumi, un inadeguato lavaggio della zona di lavoro e, in casi limite, può determinare l'innesco di archi voltaici anomali. Altro aspetto importante del lavaggio è il metodo di circolazione del fluido. Se il flusso è controllabile dalla pressione, un cambiamento sarà possibile variando la portata. Se deve essere erosa una cavità profonda, la pressione che inizialmente è in grado di assicurare un flusso adeguato del fluido, al procedere dell'erosione non sarà pi๠sufficiente ad assicurare un adeguato lavaggio della zona di lavoro.

Misurando la pressione differenziale di lavaggio del fluido convogliato nell'area di erosione, è possibile determinare se la velocità del flusso, nella zona del gap, è adeguata a evacuare i residui e a raffreddare sufficientemente. Di seguito sono riportati gli andamenti qualitativi di velocità di erosione e usura dell'utensile in funzione della pressione di lavaggio.

Un afflusso troppo elevato o insufficiente, del fluido dielettrico, può causare una diminuzione della velocità erosiva e un aumento eccessivo dell'usura dell'elettrodo utensile. Si può affermare che la circolazione del fluido dielettrico è importante per il buon rendimento erosivo, tanto quanto i principali parametri di processo. Una circolazione insufficiente può determinare un aumento della temperatura del fluido ed una sua evaporazione eccessiva con la emissione di fumi nocivi alla salute. In ogni caso, il lavaggio non deve essere troppo spinto perchè il migliore rendimento erosivo si ottiene con una certa quantità di particelle erose, presenti nel dielettrico, nella zona del gap. Le differenti modalità operative portano a scegliere la tipologia di lavaggio pi๠adeguata; le principali sono quattro:

a. In iniezione

b. In aspirazione

c. Iniezione laterale

d. Con effetto pompa del pistone

2.1.3 Elettrodo utensile

Caratteristica dell'elettroerosione è di poter lavorare un materiale tenero, costruendo l'elettrodo, per poi imprimerne la forma nel pezzo. Tutti i materiali conduttori di elettricità possono essere impiegati, ma la scelta deve essere effettuata in base al materiale da lavorare e ai parametri di lavoro; infatti, bisogna tener in debito conto che il costo dell'elettrodo può incidere notevolmente sul costo totale di una lavorazione per EDM a tuffo. In generale è preferibile avere materiali a pi๠alto punto di fusione e con minore resistività . I materiali di costruzione degli elettrodi utensili, si possono suddividere in tre categorie fondamentali:

• materiali non metallici: le grafiti; sono i migliori ma allo stesso tempo molto costosi.
• materiali metallici: rame elettrolitico, rame al tellurio o al cromo, rame - tungsteno, leghe di alluminio, ottone, tungsteno puro (principalmente sotto forma di filo) e acciaio.
• materiali combinati: cuprografiti

• Resistività elettrica: 8 - 1 5 ohm mm²/m.
• Peso specifico: 1,6 - 1,85 g/cm³.
• Temperatura di sublimazione: 3.600 °C.
• Coefficiente di dilatazione: 2-4 x 1 0 ^-6 °C ^-1 (1/6 del Cu).
• Carico di rottura: 200 - 700 Kg/cm².
• Grana: 0,01 - 0,045 mm.

I vantaggi offerti dalle grafiti, sono i seguenti:

• Insensibilità agli sbalzi termici: mantengono le loro qualità .
• Sollecitazioni meccaniche, a temperature elevate, ben tollerate.
• Deformazione trascurabile.
• Facilità di lavorazione.
• Bassa densità e, quindi, gli elettrodi utensili sono meno pesanti.

Gli svantaggi derivanti dalla costruzione degli elettrodi in grafite, sono dovuti al fatto che le grafiti:

• sono abrasive, pertanto bisogna proteggere le guide delle macchine utensili
• formano polveri durante la lavorazione, per cui richiedono aspiratori efficaci e determinano una pi๠rapida saturazione dei setti filtranti del fluido dielettrico
• sono pi๠fragili, per cui nella costruzione degli elettrodi è necessario fare attenzione a non danneggiare spigoli o bordi.

I materiali metallici impiegabili sono:

Rame elettrolitico: ha un peso specifico pari a 8,9 g/cm³, una temperatura di fusione di 1 .083 °C e una resistività elettrica di 0,0167 ohm mm²/m.

Rame al tellurio o al cromo: ha prestazioni inferiori al rame elettrolitico ed è ottenuto aggiungendo a questo 1-3 % di tellurio o cromo: l'usura aumenta del 15-20 % e il rendimento erosivo cala del 10%.

Rame-tungsteno: le percentuali di tungsteno variano dal 50% all'80%: maggiore % di tungsteno implica una pi๠difficile lavorabilità e allo stesso tempo meno usura. La resistività elettrica è compresa tra 0,045 - 0,055 ohm mm²/m e il suo peso specifico tra 15 - 18 g/cm³.

Leghe di alluminio: si utilizzano, generalmente, quando si lavorano cavità tridimensionali di grosse dimensioni, per le quali non è richiesto un elevato grado di finitura superficiale.

Ottone: è un metallo sempre meno utilizzato in considerazione dell'elevata usura specifica.

Tungsteno: è principalmente utilizzato per lavorazioni di microfori. E' disponibile, in commercio, in fili calibrati con tolleranze inferiori a 0,001 mm. Acciaio: ha un rendimento nettamente inferiore a quello ottenuto utilizzando rame o grafite. La sua applicazione tipica è nelle lavorazioni acciaioacciaio, per stampi utilizzati nel settore delle materie plastiche, della pressofusione di leghe leggere, o di matrici per la deformazione plastica dei metalli (estrusione a freddo, trafilatura, stampaggio a caldo, ecc.).

Le cuprografiti sono, generalmente, le stesse grafiti le cui porosità sono riempite di rame. Sono quindi materiali combinati.

La scelta tra questi materiali, può essere determinata da diverse considerazioni. Ad esempio il rame, per la sua facile deformabilità , non è adatto alla fabbricazione di elettrodi di piccolo spessore, per il quale un'accidentale deformazione porterebbe a difetti inaccettabili nei pezzi. Aspetto fondamentale è l'usura dell'utensile. E' evidente che il materiale deve essere scelto in modo che l'usura sia inferiore all'asportazione, altrimenti avremmo un consumo eccessivo dell'utensile. Un indice di qualità di un materiale nei confronti della lavorazione è:

P = λ · c · ρ ·Tf²

dove

λ = conducibilità termica

c = calore specifico

ρ = densità

Tf = temperatura di fusione

I materiali con elevato valore di P sono adatti per la costruzione di elettrodi, quelli con basso valore sono, invece, adatti ad essere lavorati per elettroerosione.

2.1.4 Servosistema

E' un dispositivo che controlla l'avanzamento dell'elettrodo, uniformandolo alla velocità di rimozione del materiale. Vedi figura 2.1.4

E' comandato da un sistema di sensori, situati nell'alimentatore, i quali valutano la tensione nel gap. Se all'interno del gap le particelle si intasano, i sensori rilevano tale anomalia ed inviano un segnale al servosistema che rallenta o addirittura inverte il moto dell'elettrodo, finchè il dielettrico non ripulisce il gap. A questo punto l'avanzamento dell'elettrodo riprende e la lavorazione prosegue.

La scelta d'alimentazione di dielettrico è fondamentale per il servosistema. Si ponga l'attenzione al fatto che, se il lavaggio non è sufficiente, il servosistema deve allontanare in maniera eccessiva, l'elettrodo, dal pezzo, con conseguente perdita di tempo utile alla lavorazione. Un esempio di servosistema si ha nella foratura. In tale tecnica l'usura dell'utensile deve essere compensata ad ogni ciclo. Per fare questo, il servosistema alla fine di ogni ciclo valuta l'entità dell'usura ed aumenta della stessa quantità l'avvicinamento dell'elettrodo al pezzo.

Tuttavia, se si generano errori in questa fase, essi si ripercuotono amplificandosi, sui cicli successivi. Il modo migliore per tener conto dell'usura è adottare un servosistema che fornisca la quantità di elettrodo usurata. Un tale sistema è rappresentato in fig. 2.1.4; esso ha l'utensile avvolto su un rullo, e, alla fine di ogni foratura, una slitta estrae dal foro l'utensile e lo posiziona ad una certa distanza dalla nuova superficie da forare. I rulli guida lo porteranno, poi, a contatto con il pezzo. Raggiunto il contatto, un sensore ferma il motore che guida il filo e l' Anti-Short Stroke lo pone nella posizione 4. A questo punto viene accesa la macchina EDM ed il carrello servoassistito sposta l'utensile nel pezzo fino a forarlo completamente. Alla fine della foratura i rulli portano il filo in posizione 6 e il ciclo si ripete in un altro punto. Questi sistemi riescono a gestire contemporaneamente più di 50 elettrodi fino a 0,3 mm di diametro.