High aspect ratio micro-EDM drilling by insulated coated electrodes

This dissertation presents a first study on micro electrical discharge machining (micro-EDM) of high aspect ratio (HAR > 20) micro holes by using tool electrodes insulated on the sidewall. Deep micro holes are difficult to be machined at micro-scale by conventional processing techniques. The idea is to stabilize the electrical discharge process for deep holes by suppressing lateral sparks on the side through the application of an insulating coating about the tool. A trial and error procedure is firstly employed as a screening investigation methodology to define one stable working condition and to understand some possible issues during micro EDM-drilling. Experiments are conducted on a Sarix machine, the performance of standard uncoated electrodes and customized coated tools are compared each other and reviewed against the criteria of achievable geometry, relative tool wear (ϑ) and material removal rate (MRR). A characterization study of the micro EDM machining generator is performed to understand the link between the machine parameters, the process parameters and the discharge shapes when machining HAR holes with uncoated and coated tools. A Design of Experiment (DoE) is applied to study the influence of the machine input parameters on machining performances. and best working conditions are applied to enhance the capabilities of micro-EDM drilling. In the end, a micro-punching dies is fabricated.

In questo lavoro di tesi è stato condotto uno studio preliminare sulla micro elettroerosione (micro-EDM) per la realizzazione di micro fori ad elevato aspetto di forma (HAR> 20). I fori profondi sono difficili da lavorare in micro-scala mediante tecniche di lavorazione convenzionali. Mediante l’applicazione di un rivestimento isolante sull’elettrodo utensile, si vuole stabilizzare il processo di elettroerosione di micro foratura, sopprimendo le scariche secondarie laterali. Una procedura trial and error, è impiegata come metodologia di indagine preliminare per ricercare una condizione di lavoro stabile e valutare possibili problematiche di processo. Gli esperimenti sono condotti tramite una macchina Sarix; le prestazioni di elettrodi standard e rivestiti, valutate in base a criteri geometrici, usura relativa dell’utensile (θ) e velocità di rimozione del materiale (MRR), sono tra loro confrontate. Uno studio di caratterizzazione del generatore della macchina è condotto per ricercare eventuali legami tra i parametri macchina, i parametri di processo e la forma degli impulsi di scarica, indagando a diverse profondità, per utensili standard e rivestiti. Lo studio dell’influenza dei parametri macchina sulle prestazioni del processo è condotto con il metodo statistico del Design of Experiment (DoE). Le ondizioni di lavoro più adeguate sono poi applicate per spingere al limite le capacità di micro foratura mediante EDM. In fine, un esempio di micro-punzone è stato fabbricato.