La polvere di grafite riciclata crea elettrodi per utensili sostenibili

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I ricercatori dell'IWF della TU di Berlino e gli specialisti della Gezea GmbH possono riciclare la polvere di grafite dannosa per l'ambiente. Gli elettrodi possono essere finiti in pochi giorni! Ecco come lo fanno.

L'elettroerosione è un importante processo di erosione termica utilizzato principalmente nel campo della costruzione di utensili e stampi per la fabbricazione di prodotti con specifiche impegnative. Una variante di processo della lavorazione con elettroerosione è l'elettroerosione a tuffo, in cui la geometria di un elettrodo dell'utensile viene trasferita in modo equidistante nel pezzo. La grafite è un materiale spesso utilizzato per gli elettrodi per utensili grazie alla sua elevata temperatura di sublimazione di circa ϑS = 3.700 °C e alla relativa resistenza all'usura. Tuttavia, durante la lavorazione meccanica di questi elettrodi viene prodotta polvere di grafite. In generale, la grafite non è pericolosa per l’ambiente perché è composta da carbonio. Tuttavia può portare a complicazioni tecniche e sanitarie sotto forma di polvere. La polvere, ad esempio, può penetrare nelle vie respiratorie e negli occhi provocando gravi irritazioni. Le particelle particolarmente fini possono causare anche notevoli danni ai polmoni [GIS22].

Inoltre, ci sono pochi o nessun utilizzo per questo prodotto residuo. Non da ultimo, lo smaltimento di questi residui di grafite comporta notevoli sforzi ed è molto costoso. Di conseguenza, il ritrattamento della polvere di grafite dei prodotti di scarto in nuovi elettrodi per utensili per la lavorazione con elettroerosione è un approccio particolarmente sostenibile ed economicamente redditizio.

Durante il processo di elettroerosione, nelle fessure di lavoro si accumulano particelle erose, elettricamente conduttrici, che possono provocare cortocircuiti e scariche ad arco. Questi effetti hanno un'influenza negativa sulle variabili target del processo come il tasso di rimozione V̇W e il tasso di usura V̇E. Per contrastare questo fenomeno, nel processo vengono integrati metodi di lavaggio attivi e passivi con l'obiettivo di rimuovere le particelle.

In caso di profondità di inserimento ridotta, il lavaggio esterno è particolarmente adatto a questo scopo. Il lavaggio a pressione o ad aspirazione è molto efficace per profondità di lavello maggiori. Il lavaggio a pressione o ad aspirazione può essere effettuato tramite canali di lavaggio integrati nell'elettrodo dell'utensile.

Gezea GmbH, un fornitore di servizi per la costruzione di utensili e stampi, e l'Istituto per macchine utensili e gestione di fabbrica (IWF) dell'Università Tecnica di Berlino stanno ora lavorando insieme allo sviluppo di un elettrodo ibrido grafite-rame basato sulla polvere di grafite. Deve essere utilizzato come nuovo tipo di elettrodo per utensili per la svasatura elettroerosiva. Gli obiettivi di questo progetto sono quelli di proteggere sia le persone che l’ambiente. La preparazione ecologica della polvere di grafite migliora anche i risultati del processo di elettroerosione mediante canali interni inseriti e l'uso di materiali alternativi. Nell'ambito del programma di finanziamento "Central Innovation Program for SMEs" (ZIM) della BMWi, questo progetto di cooperazione è sostenuto finanziariamente e supervisionato da AIF Projekt GmbH.

Di solito, il processo di produzione degli elettrodi per utensili in grafite richiede più di quattro mesi [MER22]. Utilizzando la polvere di grafite, questo processo può essere ridotto a meno di cinque giorni nel progetto proposto. Ciò comporterebbe un tempo di esecuzione inferiore almeno del 96%. La differenza concreta rispetto allo stato della tecnica sta nel fatto che numerose fasi, come la frantumazione del materiale di base, la lunga impregnazione con pece e la grafitizzazione per la trasformazione della grafite dalla struttura amorfa a quella cristallina, non sono più necessario, perché la polvere di grafite da utilizzare è già allo stato cristallino. La tecnologia di ritrattamento da sviluppare dalla polvere di grafite agli elettrodi per utensili consiste quindi solo nelle fasi di processo di setacciatura, macinazione e miscelazione con polvere metallica. Seguono la pressatura, la sinterizzazione e la post-lavorazione mediante fresatura (Fig. 2).

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