Experimental and CFD Investigation of a water jet in a Wire EDM wire chopper unit

The aim of the thesis here presented is investigating through CFD and Experimental Analysis a water jet in the framework of the development of a new model of Wire EDM machine from Georg Fischer Machining Solutions, the CUT X XX0. The water jet is part of the wire chopper and evacuating unit on the rear of the machine and it guides the used wire towards a chopping or evacuating system according to its diameter. At the industrial state of the art, the water jet does not provide with a trouble-free evacuation, transmitting instabilities to the wire that already undergoes the actions of other elements inside the unit. The investigation is thus focused on the analysis of a two-phase fluid dynamics system through the open source software OpenFOAM and an experimental investigation with a set-up installed at Politecnico di Milano, to improve the water jet - wire interaction. The work provides with a clear overview of the industrial framework and of the state of the art regarding the numerical and experimental methods used for the purpose of the investigation. The outcome is the characterization of the water jet and the mechanical components that generate it, allowing to define strategies for performance improvement. Together with that, the work is closed with the presentation of a prototype architecture that provides with an interesting alternative solution to further develop.

L’obiettivo del lavoro di tesi qui presente è investigare tramite Analisi CFD e Sperimentale un getto d’acqua facente parte del gruppo tagliafilo di un nuovo modello di macchina a tecnologia Wire EDM sviluppata da Georg Fischer Machining Solutions, ovvero la CUT X XX0. L’analisi è condotta sul getto d’acqua utilizzato per favorire l’indirizzamento del filo usato verso il tagliafilo o la scatola di evacuazione, dipendentemente dal diametro del filo stesso, nel retro della macchina. Il getto d’acqua sotto analisi, allo stato dell’arte industriale, non garantisce una evacuazione ottimale, trasmettendo instabilità al filo che è già soggetto all’azione di altri elementi perturbanti dell’unità tagliafilo. Il lavoro qui presente si concentra sull’analisi di un sistema bifase tramite il software open source OpenFOAM e un’analisi sperimentale svolta attraverso una installazione creata ad hoc presso i laboratori del Politecnico di Milano, basandosi su una panoramica chiara e dettagliata del contesto industriale in cui il getto d’acqua è immerso, e su una analisi dello Stato dell’Arte rispetto ai metodi numerici e sperimentali utilizzati. Il risultato della ricerca è una caratterizzazione del getto d’acqua e dei componenti meccanici che lo generano, garantendo l’identificazione di strategie per il suo miglioramento. Inoltre, il lavoro si chiude con la presentazione dell’architettura di un prototipo che rappresenta una soluzione alternativa di interesse che potrà essere sottoposta a ulteriori futuri sviluppi.