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mecanizado por descarga eléctrica

Una máquina de descarga eléctrica El mecanizado por descarga eléctrica ( EDM ), también conocido a veces como mecanizado por chispa o erosión por chispa , es un proceso de corte...

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Una máquina de descarga eléctrica

El mecanizado por descarga eléctrica ( EDM ), también conocido a veces como mecanizado por chispa o erosión por chispa , es un proceso de corte de metales en el que se obtiene una forma deseada mediante descargas eléctricas (chispas). [ 1 ] El material se elimina de la pieza de trabajo mediante una serie de descargas de corriente que se repiten rápidamente entre dos electrodos , separados por un líquido dieléctrico y sometidos a un voltaje eléctrico . Uno de los electrodos se llama electrodo herramienta (o simplemente herramienta o electrodo ), mientras que el otro se llama electrodo de pieza de trabajo o pieza de trabajo . El electrodo puede tener varias formas: cuando es un alambre, es adecuado para cortar una ranura delgada , y el proceso se llama EDM de alambre (también a veces quemado de alambre o erosión de alambre ); cuando es un bloque con una forma cortada, es adecuado para el grabado en matriz y se llama EDM de grabado en matriz . El proceso depende de que la herramienta y la pieza de trabajo no hagan contacto físico. Los materiales extremadamente duros como los carburos, las cerámicas, las aleaciones de titanio y los aceros para herramientas tratados térmicamente, que son muy difíciles de mecanizar con el mecanizado convencional, pueden mecanizarse con precisión mediante EDM. [ 2 ]

Al aumentar el voltaje entre los dos electrodos, la intensidad del campo eléctrico en el espacio entre ellos se incrementa, provocando la ruptura dieléctrica del líquido y generando un arco eléctrico. Como resultado, se desprende material de los electrodos. Una vez que cesa la corriente (o se interrumpe, según el tipo de generador), se introduce nuevo dieléctrico líquido en el espacio entre los electrodos, lo que permite eliminar las partículas sólidas (residuos) y restaurar las propiedades aislantes del dieléctrico. Este proceso de añadir nuevo dieléctrico líquido al espacio entre los electrodos se conoce comúnmente como purga . Tras el paso de la corriente, el voltaje entre los electrodos se restablece al valor previo a la ruptura, permitiendo que se produzca una nueva ruptura dieléctrica del líquido y se repita el ciclo.

Historia

El efecto erosivo de las descargas eléctricas fue observado por primera vez en 1770 por el físico inglés Joseph Priestley .

Electroerosión por inmersión

En 1943, dos científicos soviéticos, BR Lazarenko y NI Lazarenko, recibieron el encargo de investigar métodos para prevenir la erosión de los contactos eléctricos de tungsteno causada por chispas. Si bien no lograron su objetivo, descubrieron que la erosión se controlaba con mayor precisión si los electrodos se sumergían en un fluido dieléctrico. Esto los llevó a inventar una máquina de electroerosión (EDM) utilizada para trabajar materiales difíciles de mecanizar, como el tungsteno. La máquina de los Lazarenko se conoce como máquina de tipo RC, debido al circuito de resistencia-capacitancia ( circuito RC ) utilizado para cargar los electrodos. [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]

Simultáneamente, pero de forma independiente, un equipo estadounidense, Harold Stark, Victor Harding y Jack Beaver, desarrollaron una máquina de electroerosión para eliminar brocas y machos rotos de piezas fundidas de aluminio. [ 7 ] Inicialmente, construyeron sus máquinas con herramientas de grabado eléctrico de baja potencia, pero no tuvieron mucho éxito. Sin embargo, unidades de chispa más potentes, combinadas con la repetición automática de chispas y el reemplazo de fluido con un interruptor electromagnético , dieron como resultado máquinas prácticas. Las máquinas de Stark, Harding y Beaver producían 60 chispas por segundo. Máquinas posteriores basadas en su diseño utilizaron circuitos de tubos de vacío que producían miles de chispas por segundo, aumentando significativamente la velocidad de corte. [ 8 ]

Electroerosión por hilo

La máquina de electroerosión por hilo surgió en la década de 1960 para la fabricación de herramientas ( matrices ) de acero endurecido. El electrodo de la herramienta en la electroerosión por hilo es simplemente un hilo. Para evitar la erosión del hilo y su rotura, este se enrolla entre dos bobinas, de modo que la parte activa del hilo cambia constantemente. Las primeras máquinas de control numérico (CN) fueron conversiones de fresadoras verticales de cinta perforada. La primera máquina CN disponible comercialmente, construida como una máquina de electroerosión por hilo, se fabricó en la URSS en 1967. El grupo de David H. Dulebohn desarrolló en la década de 1960, en Andrew Engineering Company [ 9 ] , máquinas que podían seguir ópticamente las líneas de un plano maestro para fresadoras y rectificadoras. Posteriormente, los planos maestros se produjeron mediante plotters de control numérico computarizado (CNC) para una mayor precisión. En 1974 se fabricó una máquina de electroerosión por hilo que utilizaba un plotter de dibujo CNC y técnicas de seguimiento de línea óptico. Posteriormente, Dulebohn utilizó el mismo programa de plotter CNC para controlar directamente la máquina de electroerosión, y la primera máquina de electroerosión CNC se fabricó en 1976. [ 10 ]

La capacidad y el uso de la electroerosión por hilo comercial han avanzado sustancialmente durante las últimas décadas. [ 11 ] Las velocidades de avance han aumentado [ 11 ] y el acabado superficial se puede controlar con precisión. [ 11 ]

Generalidades

1 Generador de impulsos (CC). 2 Pieza de trabajo. 3 Sujeción. 4 Fluido dieléctrico. 5 Bomba. 6 Filtro. 7 Portaherramientas. 8 Chispa. 9 Herramienta.

El mecanizado por descarga eléctrica (EDM) es un método de mecanizado utilizado principalmente para metales duros o aquellos que serían muy difíciles de mecanizar con técnicas tradicionales. El EDM suele trabajar con materiales conductores de electricidad, aunque también se han propuesto métodos para utilizarlo en el mecanizado de cerámicas aislantes . [ 12 ] [ 13 ] El EDM puede cortar contornos o cavidades intrincadas en acero pretemplado sin necesidad de un tratamiento térmico para ablandarlo y volver a endurecerlo. Este método puede utilizarse con cualquier otro metal o aleación metálica, como titanio , Hastelloy , Kovar e Inconel . Asimismo, se han descrito aplicaciones de este proceso para dar forma a herramientas de diamante policristalino . [ 14 ]

La electroerosión (EDM) se incluye a menudo en el grupo de métodos de mecanizado "no tradicionales" o "no convencionales", junto con procesos como el mecanizado electroquímico (ECM), el corte por chorro de agua (WJ, AWJ), el corte por láser , y en contraposición al grupo "convencional" ( torneado , fresado , rectificado , taladrado y cualquier otro proceso cuyo mecanismo de remoción de material se base esencialmente en fuerzas mecánicas). [ 15 ]

Para obtener una geometría específica, la herramienta de electroerosión se guía a lo largo de la trayectoria deseada muy cerca de la pieza de trabajo; idealmente, no debería tocarla, aunque en la práctica esto puede ocurrir debido al funcionamiento del sistema de control de movimiento utilizado. De esta forma, se producen numerosas descargas eléctricas (también llamadas chispas), cada una de las cuales contribuye a la eliminación de material tanto de la herramienta como de la pieza, formando pequeños cráteres. El tamaño de estos cráteres depende de los parámetros tecnológicos establecidos para el trabajo en cuestión. Sus dimensiones típicas pueden variar desde la nanoescala (en operaciones de microelectroerosión ) hasta varios cientos de micrómetros en operaciones de desbaste.[ 16 ]

La presencia de estos pequeños cráteres en la herramienta provoca la erosión gradual del electrodo. Esta erosión del electrodo-herramienta también se conoce como desgaste. Se necesitan estrategias para contrarrestar el efecto perjudicial del desgaste en la geometría de la pieza de trabajo. Una posibilidad es la sustitución continua del electrodo-herramienta durante la operación de mecanizado. Esto ocurre cuando se utiliza un hilo de reemplazo continuo como electrodo. En este caso, el proceso de electroerosión correspondiente también se denomina electroerosión por hilo. El electrodo-herramienta también puede utilizarse de forma que solo una pequeña parte del mismo participe en el proceso de mecanizado y esta parte se cambie periódicamente. Este es el caso, por ejemplo, cuando se utiliza un disco giratorio como electrodo-herramienta. El proceso correspondiente también se conoce a menudo como rectificado por electroerosión. [ 17 ]

Otra estrategia consiste en utilizar un conjunto de electrodos de diferentes tamaños y formas durante la misma operación de electroerosión. Esto se conoce como estrategia de electrodos múltiples y es más común cuando el electrodo de la herramienta reproduce en negativo la forma deseada y avanza hacia la pieza en bruto en una sola dirección, generalmente la vertical (es decir, el eje z). Esto se asemeja a la penetración de la herramienta en el líquido dieléctrico en el que se sumerge la pieza, por lo que a menudo se denomina electroerosión por penetración (también llamada electroerosión convencional y electroerosión por ariete). Las máquinas correspondientes se denominan a menudo electroerosión por penetración. Por lo general, los electrodos de este tipo tienen formas bastante complejas. Si la geometría final se obtiene utilizando un electrodo de forma generalmente simple que se mueve en varias direcciones y que posiblemente también esté sujeto a rotaciones, a menudo se utiliza el término fresado electroerosión. [ 18 ]

En cualquier caso, la gravedad del desgaste depende estrictamente de los parámetros tecnológicos utilizados en la operación (por ejemplo: polaridad, corriente máxima, voltaje en circuito abierto). Por ejemplo, en la micro-EDM, también conocida como μ-EDM, estos parámetros suelen ajustarse a valores que generan un desgaste severo. Por lo tanto, el desgaste es un problema importante en este campo.

Se está abordando el problema del desgaste de los electrodos de grafito. En un método, un generador digital, controlable en milisegundos, invierte la polaridad a medida que se produce la electroerosión. Esto genera un efecto similar al de la galvanoplastia, que deposita continuamente el grafito erosionado sobre el electrodo. En otro método, un circuito denominado "Desgaste Cero" reduce la frecuencia de inicio y parada de la descarga, manteniéndola activa el mayor tiempo posible. [ 19 ]

Definición de los parámetros tecnológicos

Se han encontrado dificultades en la definición de los parámetros tecnológicos que rigen el proceso.

En las máquinas de electroerosión disponibles comercialmente se utilizan dos grandes categorías de generadores, también conocidos como fuentes de alimentación: el grupo basado en circuitos RC y el grupo basado en pulsos controlados por transistores .

En ambas categorías, los parámetros principales en la configuración son la corriente y la frecuencia suministradas. Sin embargo, en los circuitos RC, se espera poco control sobre la duración de la descarga, que probablemente dependa de las condiciones reales del espacio de chispa (tamaño y contaminación) en el momento de la descarga. [ 20 ] Además, la tensión de circuito abierto (es decir, la tensión entre los electrodos cuando el dieléctrico aún no se ha roto) puede identificarse como la tensión de estado estacionario del circuito RC.

En los generadores controlados por transistores, el usuario suele poder suministrar una serie de pulsos de voltaje a los electrodos. Cada pulso puede controlarse en cuanto a su forma, por ejemplo, cuasi-rectangular. En particular, se puede ajustar el intervalo entre dos pulsos consecutivos y la duración de cada pulso. La amplitud de cada pulso constituye el voltaje en circuito abierto. Por lo tanto, la duración máxima de la descarga es igual a la duración de un pulso de voltaje en la serie. Se espera que no se produzcan dos pulsos de corriente durante un intervalo de tiempo igual o superior al intervalo entre dos pulsos de voltaje consecutivos.

También se puede controlar la corriente máxima que suministra el generador durante la descarga. Dado que distintos fabricantes de maquinaria pueden utilizar otros tipos de generadores, los parámetros que se pueden configurar en una máquina específica dependerán del fabricante del generador. Los detalles de los generadores y los sistemas de control de sus máquinas no siempre están fácilmente disponibles para el usuario. Esto dificulta la descripción inequívoca de los parámetros tecnológicos del proceso EDM. Además, los parámetros que afectan a los fenómenos que se producen entre la herramienta y el electrodo también están relacionados con el controlador del movimiento de los electrodos.

Ferri et al. [ 21 ] propusieron recientemente un marco para definir y medir los parámetros eléctricos durante una operación de electroerosión directamente en el volumen entre electrodos con un osciloscopio externo a la máquina. Estos autores realizaron su investigación en el campo de la microelectroerosión, pero el mismo enfoque puede utilizarse en cualquier operación de electroerosión. Esto permitiría al usuario estimar directamente los parámetros eléctricos que afectan a sus operaciones sin depender de las especificaciones del fabricante de la máquina. Al mecanizar diferentes materiales en las mismas condiciones de configuración, los parámetros eléctricos reales del proceso varían significativamente. [ 21 ]

Mecanismo de remoción de material

El primer intento serio de proporcionar una explicación física de la remoción de material durante el mecanizado por descarga eléctrica es quizás el de Van Dijck. [ 22 ] Van Dijck presentó un modelo térmico junto con una simulación computacional para explicar los fenómenos entre los electrodos durante el mecanizado por descarga eléctrica. Sin embargo, como el propio Van Dijck admitió en su estudio, la cantidad de suposiciones hechas para superar la falta de datos experimentales en ese momento fue bastante significativa.

A finales de los años ochenta y principios de los noventa se desarrollaron modelos adicionales sobre lo que ocurre durante el mecanizado por descarga eléctrica en términos de transferencia de calor. Esto dio lugar a tres artículos académicos: el primero presenta un modelo térmico de remoción de material en el cátodo, [ 23 ] el segundo presenta un modelo térmico para la erosión que ocurre en el ánodo [ 24 ] y el tercero introduce un modelo que describe el canal de plasma formado durante el paso de la corriente de descarga a través del líquido dieléctrico. [ 25 ] La validación de estos modelos está respaldada por datos experimentales proporcionados por AGIE.

Estos modelos constituyen el respaldo más sólido a la afirmación de que la electroerosión es un proceso térmico que elimina material de los dos electrodos debido a la fusión o vaporización, junto con la dinámica de presión que se establece en el espacio de chispa por el colapso del canal de plasma. Sin embargo, para energías de descarga bajas, los modelos resultan insuficientes para explicar los datos experimentales. Todos estos modelos se basan en una serie de supuestos provenientes de áreas de investigación tan dispares como explosiones submarinas, descargas en gases y fallas en transformadores, por lo que no sorprende que recientemente se hayan propuesto modelos alternativos en la literatura para intentar explicar el proceso de electroerosión.

Entre estos, el modelo de Singh y Ghosh [ 26 ] relaciona la remoción de material del electrodo con la presencia de una fuerza eléctrica en la superficie del electrodo que podría remover material mecánicamente y crear los cráteres. Esto sería posible porque el material en la superficie presenta propiedades mecánicas alteradas debido a un aumento de temperatura causado por el paso de la corriente eléctrica. Las simulaciones de los autores mostraron cómo podrían explicar mejor la electroerosión que un modelo térmico (fusión o evaporación), especialmente para energías de descarga bajas, que son las que se utilizan habitualmente en la microelectroerosión y en operaciones de acabado.

Dados los numerosos modelos disponibles, parece que el mecanismo de remoción de material en EDM aún no se comprende bien y que se requiere una mayor investigación para esclarecerlo, [ 21 ] especialmente considerando la falta de evidencia científica experimental para construir y validar los modelos actuales de EDM. [ 21 ] Esto explica el aumento actual del esfuerzo de investigación en técnicas experimentales relacionadas. [ 16 ]

Tipos

Sinker EDM

La electroerosión por penetración permitió la producción rápida de 614 inyectores uniformes para el motor de cohete J-2 , seis de los cuales eran necesarios para cada viaje a la luna. [ 27 ]

La electroerosión por penetración, también llamada electroerosión por ariete, electroerosión de cavidad o electroerosión volumétrica, consiste en un electrodo y una pieza de trabajo sumergidos en un líquido aislante como, más comúnmente, [ 28 ] aceite o, con menos frecuencia, otros fluidos dieléctricos. El electrodo y la pieza de trabajo están conectados a una fuente de alimentación adecuada. La fuente de alimentación genera un potencial eléctrico entre las dos partes. A medida que el electrodo se acerca a la pieza de trabajo, se produce una ruptura dieléctrica en el fluido, formando un canal de plasma, [ 16 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] y salta una pequeña chispa.

Estas chispas suelen producirse de una en una, [ 28 ] porque es muy improbable que diferentes puntos en el espacio entre electrodos tengan características eléctricas locales idénticas que permitan que se produzca una chispa simultáneamente en todos ellos. Estas chispas se producen en grandes cantidades en puntos aparentemente aleatorios entre el electrodo y la pieza de trabajo. A medida que el metal base se erosiona y, por consiguiente, aumenta la distancia entre electrodos, la máquina baja automáticamente el electrodo para que el proceso pueda continuar sin interrupciones. Se producen varios cientos de miles de chispas por segundo, con un ciclo de trabajo real controlado cuidadosamente por los parámetros de configuración. Estos ciclos de control se conocen a veces como "tiempo de encendido" y "tiempo de apagado", que se definen de forma más formal en la bibliografía. [ 16 ] [ 21 ] [ 29 ]

El ajuste del tiempo de encendido determina la duración de la chispa. Por lo tanto, un tiempo de encendido más prolongado produce una cavidad más profunda en cada chispa, creando un acabado más rugoso en la pieza de trabajo. Lo contrario ocurre con un tiempo de encendido más corto. El tiempo de apagado es el período entre chispas. Aunque no afecta directamente al mecanizado de la pieza, el tiempo de apagado permite el lavado del fluido dieléctrico a través de una boquilla para limpiar los residuos erosionados. Una eliminación insuficiente de residuos puede provocar descargas repetidas en el mismo lugar, lo que puede provocar un cortocircuito. Los controladores modernos supervisan las características de los arcos y pueden modificar los parámetros en microsegundos para compensar. La geometría típica de la pieza es una forma 3D compleja, [ 28 ] a menudo con ángulos pequeños o de formas irregulares. También se utilizan ciclos de mecanizado verticales, orbitales, vectoriales, direccionales, helicoidales, cónicos, rotacionales, de giro e indexados.

Electroerosión por hilo

Máquina de electroerosión por hilo CNC
1. Cable. 2. Erosión por descarga eléctrica (arco eléctrico). 3. Potencial eléctrico. 4. Pieza de trabajo .

En el mecanizado por descarga eléctrica de hilo (WEDM), también conocido como electroerosión por hilo y corte por hilo , [ 30 ] un hilo metálico delgado de una sola hebra, generalmente de latón , se introduce a través de la pieza de trabajo, sumergida en un tanque de fluido dieléctrico, típicamente agua desionizada. [ 28 ] La electroerosión por hilo se utiliza normalmente para cortar placas de hasta 300 mm (12 pulgadas) de espesor y para fabricar punzones, herramientas y matrices de metales duros que son difíciles de mecanizar con otros métodos.  

El hilo, que se alimenta constantemente desde una bobina, se sujeta entre guías de diamante superior e inferior centradas en una boquilla de agua. Las guías, generalmente controladas por CNC , se mueven en el plano x - y . En la mayoría de las máquinas, la guía superior también puede moverse de forma independiente en los ejes z - u - v , lo que permite cortar formas cónicas y de transición (por ejemplo, un círculo en la parte inferior y un cuadrado en la superior). La guía superior puede controlar los movimientos de los ejes según el estándar G-Code: x - y - u - v - i - j - k - l . Esto permite programar la electroerosión por hilo para cortar formas muy complejas y delicadas.

Las guías de diamante superior e inferior suelen tener una precisión de 0,004 mm (0,16 mils) y pueden tener una trayectoria de corte o ranura tan pequeña como 0,021 mm (0,83 mils) utilizando alambre de Ø 0,02 mm (0,79 mils) , aunque la ranura de corte promedio que logra el mejor costo económico y tiempo de mecanizado es de 0,335 mm (13,2 mils) utilizando alambre de latón de Ø 0,25 mm (9,8 mils) . La razón por la que el ancho de corte es mayor que el ancho del alambre es porque se produce chispa desde los lados del alambre hacia la pieza de trabajo, causando erosión. [ 28 ] Este "sobrecorte" es necesario, para muchas aplicaciones es suficientemente predecible y por lo tanto se puede compensar (por ejemplo, en micro-EDM esto no suele ser el caso). Las bobinas de alambre son largas: una bobina de 8 kg (18 lb) de alambre de 0,25 mm (9,8 mils) tiene poco más de 19 kilómetros (12 mi) de longitud. El diámetro del alambre puede ser tan pequeño como 20 μm (0,79 mils) y la precisión geométrica no está lejos de ± 1 μm (0,039 mils) .           

El proceso de corte por hilo utiliza agua como fluido dieléctrico, controlando su resistividad y otras propiedades eléctricas mediante filtros y desionizadores con control PID . El agua arrastra los residuos de corte fuera de la zona de corte. Este arrastre es un factor importante para determinar la velocidad de avance máxima para un espesor de material determinado.

El electrodo utilizado en el mecanizado por electroerosión con hilo (Wire EDM) suele estar hecho de latón , cobre o materiales recubiertos, como alambres recubiertos de zinc o recocidos por difusión. [ 31 ] El alambre de latón es el más utilizado debido a su equilibrio entre conductividad, resistencia a la tracción y rentabilidad. [ 32 ] Los alambres recubiertos se emplean a menudo para mejorar la velocidad de corte, reducir la rotura del alambre y mejorar el acabado superficial al facilitar descargas eléctricas más estables .

Además de tolerancias más estrictas, los centros de mecanizado por electroerosión multieje con corte por hilo incorporan características adicionales como cabezales múltiples para cortar dos piezas simultáneamente, controles para evitar la rotura del hilo, funciones de autoenhebrado automático en caso de rotura del hilo y estrategias de mecanizado programables para optimizar el funcionamiento.

El mecanizado por electroerosión por hilo se utiliza habitualmente cuando se desean bajas tensiones residuales, ya que no requiere fuerzas de corte elevadas para la eliminación de material. Si la energía por pulso es relativamente baja (como en las operaciones de acabado), se espera que las propiedades mecánicas del material presenten pocos cambios debido a estas bajas tensiones residuales, aunque el material que no ha sido sometido a un tratamiento térmico de alivio de tensiones puede deformarse durante el proceso de mecanizado.

La pieza puede sufrir un ciclo térmico significativo, cuya severidad depende de los parámetros tecnológicos utilizados. Dichos ciclos térmicos pueden provocar la formación de una capa refundida en la pieza y tensiones residuales de tracción. Si el mecanizado se realiza después del tratamiento térmico, la precisión dimensional no se verá afectada por la distorsión derivada del tratamiento térmico. [ 33 ]

Perforación de agujeros mediante electroerosión

La electroerosión por perforación de agujeros se diseñó para producir agujeros pequeños, profundos, rápidos y precisos. Su concepto es similar al de la electroerosión por penetración, pero el electrodo es un tubo giratorio que transporta un chorro presurizado de fluido dieléctrico. Puede perforar un agujero de una pulgada de profundidad en aproximadamente un minuto y es una buena opción para mecanizar agujeros en materiales demasiado duros para el mecanizado con brocas helicoidales. Este tipo de perforación por electroerosión se utiliza ampliamente en la industria aeroespacial para producir orificios de refrigeración en álabes de aeronaves y otros componentes. También se utiliza para perforar agujeros en álabes de turbinas de gas industriales, en moldes y matrices, y en cojinetes.

Aplicaciones

Producción de prototipos

El proceso EDM es utilizado principalmente por las industrias de fabricación de moldes, herramientas y matrices , pero se está convirtiendo en un método común para la fabricación de prototipos y piezas de producción, especialmente en las industrias aeroespacial, automotriz y electrónica, donde los volúmenes de producción son relativamente bajos. En el proceso EDM por penetración, un electrodo de grafito , tungsteno de cobre o cobre puro se mecaniza con la forma deseada (negativa) y se introduce en la pieza de trabajo mediante un pistón vertical.

Fabricación de troqueles para acuñar monedas

En la parte superior se encuentra la pieza maestra, en la parte inferior la pieza troquelada y a la izquierda los inyectores de aceite (el aceite ya se ha drenado). El estampado plano inicial se "golpeará" (véase el proceso de embutición en metalurgia) para obtener una superficie curva.

Para la creación de troqueles para la producción de joyería y distintivos, o para el troquelado y perforación (mediante el uso de un troquel plano ) en el proceso de acuñación (estampado), el patrón positivo puede hacerse de plata de ley, ya que (con los ajustes de máquina adecuados) el patrón se erosiona significativamente y se usa solo una vez. El troquel negativo resultante se endurece y se utiliza en un martillo de caída para producir piezas planas estampadas a partir de láminas recortadas de bronce, plata o aleación de oro de baja pureza. Para los distintivos, estas piezas planas pueden moldearse aún más para obtener una superficie curva mediante otro troquel. Este tipo de electroerosión se realiza generalmente sumergido en un dieléctrico a base de aceite. El objeto terminado puede refinarse aún más mediante esmaltado duro (vidrio) o blando (pintura), o mediante galvanoplastia con oro puro o níquel. Los materiales más blandos, como la plata, pueden grabarse a mano como parte del refinamiento.

Panel de control de electroerosión (máquina Hansvedt). La máquina se puede ajustar para obtener una superficie refinada (electropulido) al final del proceso.

Perforación de agujeros pequeños

Un álabe de turbina con refrigeración interna, como los que se utilizan en las turbinas de alta presión .
Máquinas de electroerosión para perforación de agujeros pequeños.

La electroerosión de agujeros pequeños se utiliza en diversas aplicaciones. [ 34 ]

En las máquinas de electroerosión por hilo, la electroerosión por perforación de orificios pequeños se utiliza para crear un orificio pasante en la pieza de trabajo, a través del cual se introduce el hilo para la operación de electroerosión por hilo. Un cabezal de electroerosión independiente, específicamente para la perforación de orificios pequeños, se monta en la máquina de corte por hilo y permite eliminar piezas acabadas de grandes placas endurecidas según sea necesario y sin necesidad de perforación previa.

La electroerosión de orificios pequeños se utiliza para perforar filas de orificios en los bordes de ataque y de salida de las palas de turbina de los motores a reacción . El flujo de gas a través de estos orificios permite que los motores alcancen temperaturas más elevadas. Las aleaciones monocristalinas de alta temperatura y gran dureza empleadas en estas palas dificultan enormemente, si no imposibilitan, el mecanizado convencional de estos orificios con una elevada relación de aspecto.

La electroerosión de orificios pequeños también se utiliza para crear orificios microscópicos para componentes de sistemas de combustible, hileras para fibras sintéticas como el rayón y otras aplicaciones.

También existen máquinas de electroerosión (EDM) independientes para perforar agujeros pequeños con un eje x - y, también conocidas como supertaladros o perforadoras, que pueden mecanizar agujeros ciegos o pasantes. Las máquinas EDM perforan agujeros con un electrodo tubular largo de latón o cobre que gira en un mandril con un flujo constante de agua destilada o desionizada que actúa como agente de lavado y dieléctrico. Los tubos de los electrodos funcionan como el hilo en las máquinas EDM de corte por hilo, con un espacio de chispa y una tasa de desgaste. Algunas máquinas EDM para perforar agujeros pequeños pueden perforar 100 milímetros (3,9 pulgadas) de acero blando o endurecido en menos de 10 segundos, con una tasa de desgaste promedio del 50 % al 80 %. En esta operación de perforación se pueden lograr agujeros de 0,3 a 6,1 milímetros (0,012 a 0,240 pulgadas) . Los electrodos de latón son más fáciles de mecanizar, pero no se recomiendan para operaciones de corte por hilo debido a que las partículas de latón erosionadas provocan la rotura del hilo por contacto directo entre el latón y el latón; por lo tanto, se recomienda el cobre.  

mecanizado de desintegración de metales

Varios fabricantes producen máquinas de electroerosión (EDM) específicamente para eliminar herramientas de corte y elementos de fijación rotos de las piezas. En esta aplicación, el proceso se denomina "mecanizado por desintegración de metales" o MDM. El proceso de desintegración de metales elimina únicamente el centro de la herramienta o el elemento de fijación roto, dejando el orificio intacto y permitiendo recuperar la pieza dañada.

Fabricación en circuito cerrado

La fabricación en circuito cerrado puede mejorar la precisión y reducir los costos de las herramientas.

Ventajas y desventajas

La electroerosión se compara a menudo con el mecanizado electroquímico . Las ventajas de la electroerosión incluyen:

  • Capacidad para mecanizar formas complejas que, de otro modo, serían difíciles de producir con herramientas de corte convencionales.
  • Mecanizado de materiales extremadamente duros con tolerancias muy ajustadas.
  • Es posible mecanizar piezas muy pequeñas donde las herramientas de corte convencionales podrían dañar la pieza debido a la presión excesiva de la herramienta de corte.
  • No existe contacto directo entre la herramienta y la pieza de trabajo. Por lo tanto, se pueden mecanizar secciones delicadas y materiales débiles sin distorsión perceptible.
  • Se puede obtener un buen acabado superficial; mediante procesos de acabado redundantes, se puede obtener un acabado superficial excelente.
  • Se pueden conseguir agujeros muy finos.
  • Se pueden producir agujeros cónicos.
  • Contornos internos y esquinas internas de tuberías o contenedores con una precisión de hasta R 0,001".

Las desventajas de la música electrónica de baile (EDM) incluyen:

  • Dificultad para encontrar maquinistas expertos.
  • La lenta velocidad de remoción de material.
  • Riesgo potencial de incendio asociado al uso de dieléctricos combustibles a base de aceite.
  • El tiempo y el coste adicionales necesarios para la creación de electrodos para el mecanizado por electroerosión por penetración/ariete.
  • Reproducir esquinas afiladas en la pieza de trabajo resulta difícil debido al desgaste del electrodo.
  • El consumo específico de energía es muy elevado.
  • El consumo de energía es elevado.
  • Se forma "Sobrecorte".
  • El desgaste excesivo de las herramientas se produce durante el mecanizado.
  • Los materiales eléctricamente no conductores solo pueden mecanizarse con una configuración específica del proceso. [ 35 ] [ 36 ]
  • Debido a la fusión del material por el arco eléctrico, se forma una capa refundida en la superficie de corte.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Jameson 2001 , pág. 1.
  2. ↑ Jaiswal, Vishal. "Principio de funcionamiento, tipos, parámetros del proceso, equipos y aplicaciones de la electroerosión" . mechanicalsite.com . Archivado del original el 15 de agosto de 2022. Consultado el 25 de agosto de 2023 .
  3. ↑ Jameson 2001 , pág. 8.
  4. ↑ Lazarenko, BR; Mijailov, VV; Gitlevich, AE; Verjoturov, AD; Anfimov, IS "Distribución de elementos en capas superficiales durante la aleación por chispa eléctrica. (Raspredelenie Elementov V Poverkhnostnykh Sloyakh Pri Elektroiskrovom Legirovanii)". Navegar. Ing. Aplica. Electroquímica. (Elektronnaya Obrabotka Materialov) . 1977, 3: 28–33 .{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  5. ↑ Lazarenko, BR; Duradzhi, VN; Bryantsev, IV "Efecto de la incorporación de una inductancia adicional sobre las características de los procesos de ánodo y cátodo. (O Vliyanii Vklyucheniya Dopolnitel'noi Induktivnosti Na Kharakteristiki Anodnogo I Katodnogo Protsessov)". Navegar. Ing. Aplica. Electroquímica. (Elektronnaya Obrabotka Materialov) . 1979, 5: 8-13 .{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
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  7. ↑ Krar, Stephen F.; Gill, Arthur R. (2003). Explorando tecnologías de fabricación avanzadas (1.ª ed.). Industrial Press. pág. 6.2.1. ISBN   0-8311-3150-0.
  8. ↑ Jameson 2001 , págs. 10–12.
  9. ↑ Dulebohn, "Mecanizado controlado por trazador mediante erosión inducida eléctricamente", patente estadounidense 3,614,372 , presentada el 4 de diciembre de 1969, emitida el 19 de octubre de 1971.
  10. ↑ Jameson 2001 , págs. 12–17.
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