Tecnología De Fabricación

2019 ELECTROEROSIÓN

Leonardo J. Guardia Tecnología de fabricación

TECNOLOGÍA DE FABRICACIÓN UNIDAD Nº11

ELECTROEROSIÓ N

Nombre: Guardia, Leonardo Javier

Profesor: Ing. Adrian Moreno Materia: Tecnología de fabricación

Historia El origen del mecanizado por electroerosión se remonta a mediados del siglo XVIII, cuando se descubrió el efecto erosivo de las descargas eléctricas. Casi 200 años después y en plena Segunda Guerra Mundial, los científicos soviéticos B. y N. Lazarenko aprovecharon ese efecto con el objeto de desarrollar un proceso controlado para el mecanizado de aquellos materiales que fueran conductores. Con esa idea nació el proceso de electroerosión en 1943. Los Lazarenko perfeccionaron dicho proceso y diseñaron un circuito que llevaba su nombre y que consistía en una sucesión de descargas que se producían entre dos conductores separados entre sí por una película de líquido no conductor llamado dieléctrico. Hoy en día, muchas máquinas de electroerosión utilizan una versión avanzada del circuito Lazarenko.

Fundamento La electroerosión es un proceso de mecanizado que emplea energía térmica, es decir, el material se extrae por calor, el cual es introducido en forma de chispa por el flujo eléctrico entre el electrodo y la pieza de trabajo. ¿Cómo sucede todo esto? Veamos primeramente los componentes esenciales del proceso en la figura siguiente.

Una fuente de alimentación pulsada controla el tiempo y la intensidad de las cargas eléctricas, así como el movimiento del electrodo en relación con la pieza de trabajo. Para que se pueda formar una chispa, el electrodo debe estar siempre separado de la pieza por una cierta distancia. Esta distancia, conocida como distancia de chispeo, sobrecorte o más sencillamente, del inglés, “gap”, se mantiene gracias a un fluido dieléctrico que, dependiendo del tipo de máquina empleada para la electroerosión, puede ser parafina, aceites minerales ligeros o agua desionizada.

El fluido dieléctrico se comporta como aislante hasta que se aplica el voltaje suficiente para transformarlo en conductor. Como la superficie tanto del electrodo como de la pieza

contiene pequeñas irregularidades, el campo eléctrico generado entre los puntos más cercanos entre el electrodo y la pieza es más intenso y, por lo tanto, se establece una descarga entre ambos puntos, tal como vemos en la figura siguiente.

Bajo el efecto de este campo eléctrico, los electrones y los iones libres positivos se aceleran a altas velocidades y rápidamente forman una columna ionizada de fluido dieléctrico que conduce la electricidad. En esta etapa, la corriente puede fluir y entre el electrodo y la pieza se forma una chispa, provocando una gran cantidad de colisiones entre las partículas.

Durante este proceso se forma una burbuja de gas, cuya presión se eleva constantemente hasta originar una zona de plasma. La zona de plasma alcanza rápidamente temperaturas muy altas, entre los

8.000 y 12.000 ºC, debido al efecto cada vez mayor de la cantidad de colisiones. Esto provoca la vaporización local instantánea de una cierta cantidad de material en la superficie del electrodo y en la de la pieza.

Cuando la chispa se apaga, el fluido dieléctrico se desioniza, vuelve a ser aislante y la reducción repentina de la temperatura provoca la implosión de la burbuja de gas, lo que desprende material vaporizado de la pieza, formando una nube en el dieléctrico y dejando un pequeño cráter sobre la superficie erosionada de la pieza (de ahí el nombre electroerosión).

Esa nube suspendida en el dieléctrico se enfría, solidifica en forma de pequeñas esferas denominadas viruta de electroerosión y es extraída del área de formación de chispas por el mismo flujo del dieléctrico. El proceso en que el fluido dieléctrico se transforma de aislante a conductor y retorna nuevamente a aislante se repite para cada chispa formada y, por lo tanto, es sumamente dinámico. En la figura siguiente observamos tres instancias de este proceso.

La expansión del mecanizado por electroerosión en los últimos 45 años ha dado origen a los tres tipos principales que se enumeran a continuación, aunque los más utilizados son los dos primeros.  Electroerosión por penetración.  Electroerosión por hilo.  Electroerosión por perforación (o rectificado por electroerosión).

Proceso de descarga

El mecanizado por electroerosión se efectúa por tanto mediante el salto de chispas eléctricas entre dos electrodos sometidos a una determinada tensión eléctrica y sumergidos ambos en un líquido aislante (líquido dieléctrico).

Al estar ambos electrodos en un medio dieléctrico o aislante la tensión que se aplique a ambos ha de ser suficiente como para llegar a crear un campo eléctrico mayor que la rigidez dieléctrica del líquido.

Bajo la acción de este campo eléctrico, iones libres positivos y electrones se encontrarán acelerados creando un canal de

descarga que se vuelve conductor, y es precisamente en este punto donde salta la chispa. Ello provoca colisiones entre los iones (+) y los electrones (-). Se forma entonces un canal de plasma.

Bajo el efecto de los choques se crean altas temperaturas en ambos polos y alrededor del canal de plasma se forma una bola de gas que empieza a crecer. Por otro lado las altas temperaturas que se han dado en los dos polos, van fundiendo y vaporizando parte del material de la pieza, mientras que el electrodo apenas si se desgasta muy ligeramente.

En esta situación (bola de gas grande y material fundido en ambos polos), se corta la corriente eléctrica. El canal de plasma se derrumba y la chispa desaparece. El líquido dieléctrico entonces rompe la bola de gas haciéndola implosionar (explotar hacia adentro).

Ello hace que se creen fuerzas que hacen salir el material fundido formando dos cráteres en las superficies. El material fundido se solidifica y es arrastrado en forma de bolas por el líquido dieléctrico, constituyendo lo que se puede llamar "viruta del proceso de electroerosión".

Electroerosión por penetración

Arquitectura de la maquina

Electroerosión por hilo

Una variable del EDM es el EDM con alambre o corte con alambre por descarga eléctrica. En este proceso, similar al corte con una sierra de banda, un alambre de movimiento lento se desplaza a lo largo de la trayectoria prescrita, cortando la pieza de trabajo. Este proceso se utiliza para cortar placas hasta 300 mm de espesor y para fabricar punzones, herramientas y matrices a partir de metales duros. También puede cortar componentes intricados para la industria electrónica . En general el alambre se fabrica con latón, cobre, tungsteno o molibdeno, también se utilizan alambres recubiertos con zinc o latón y con recubrimientos múltiples. Comúnmente, el diámetro del a.lambre es de alrededor de 0.30mm para cortes de desbastes y 0.20mm para cortes de acabado. El alambre debe tener una alta conductividad eléctrica y resistencia a la tensión, ya que el esfuerzo que actúa sobre él es por lo regular de 60% de su resistencia a la tensión. Por lo general, el alambre sólo se utiliza una vez, ya que es relativamente económico en comparación con el tipo de operación

que realiza. Se desplaza a una velocidad constante que va de 0.15 a 9 m/mm y se mantiene un espacio durante el corte. La tendencia en el uso de fluidos dieléctricos es hacia los fluidos transparentes, de baja viscosidad.

Arquitectura de la maquina La máquina de electroerosión por hilo dispone de 5 ejes con control numérico: X e Y en la mesa dónde se fija la pieza y U, V y Z que se mueven desde la boquilla de arriba. Las boquillas entre las que va fijo el hilo tienen la misión de proporcionar un chorro de agua a presión que se llevará el material erosionado para la limpieza del canal de erosión.

Tension de hilo Tensión mecánica a la que esta sometido el hilo de corte. Se puede seleccionar desde un nivel 0 al 31. Entre la boca superior e inferior, con un nivel de tensión de hilo programado de 16 debe existir alrededor de 1 kg de tensión mecánica en el hilo, en la zona anterior al freno deben existir alrededor de 300 gr.

Electroerosión por perforación Un tercer tipo de electroerosión está diseñado para la perforación de orificios pequeños (de entre 0,015 cm y 0,65 cm aprox.) pero muy profundos, con una relación de profundidad a diámetro de 30 a 1, o superior. Para ello, se emplean electrodos rotatorios concéntricos de hasta 30 cm de largo que giran a unas 100 rpm y perforan la pieza de trabajo. Básicamente los electrodos realizan las mismas funciones que un taladro de columna, excepto que a) la extracción del material se realiza mediante descargas eléctricas sin contacto directo entre electrodo y pieza, b) la dureza del material es irrelevante y c) la precisión del orificio terminado es muy superior a lo que cualquier taladro podría producir. A medida que se generan las descargas eléctricas, la rotación ayuda al lavado y provee un desgaste parejo del electrodo.

Ventajas ◆ Es un proceso sin contacto que no genera vibración ni fuerzas de corte, lo que permite la producción de piezas muy pequeñas, frágiles y de formas complejas. ◆ Se pueden obtener tolerancias más estrictas, detalles intrincados y acabados de calidad superior en una amplia gama de materiales que son difíciles o imposibles de fabricar con los procesos tradicionales. ◆ Se producen bordes sin rebabas. ◆ Se pueden trabajar metales muy duros porque el proceso vaporiza el metal en lugar de cortarlo. ◆ Pueden mecanizarse materiales explosivos o inflamables, porque el proceso tiene lugar dentro de un fluido. ◆ Las máquinas electroerosionadoras dotadas de una función de conocimiento de proceso permiten producir piezas complejas con una mínima intervención del operador.

Desventajas ◆ No puede aplicarse en materiales no conductores. ◆ Posee bajas tasas de remoción del metal en comparación con métodos tradicionales del mecanizado por arranque de viruta. ◆ Se requiere un tiempo de elaboración para producir formas específicas de electrodos de grafito. Además, el grafito es un material frágil, por lo que la manipulación de los electrodos debe ser muy cuidadosa. ◆ Después del proceso suele quedar una capa superficial de metal fundido, frágil y de extrema dureza, que debe eliminarse en las piezas que requieran resistencia a la fatiga. ◆ EI acabado superficial rugoso no es perfecto, ya que es más rugoso sobre las caras planas que sobre Ias paredes verticales.

Tipo de materiales ◆ Todos los materiales que se someten a mecanizado por electroerosión deben ser eléctricamente conductores o semiconductores. ◆ Sin zonas de corte no conductoras. ◆ Estos materiales incluyen aceros endurecidos y con tratamiento térmico, carburo, diamante policristalino, titanio, aceros laminados en caliente y en frío, cobre, bronce y aleaciones de altas temperaturas.

Campos de aplicación ◆ MOLDES DE PLASTICO. ◆ De precisión y alto volumen (mecheros, nebulizadores, móviles…) ◆ MATRICES DE CORTE. ◆ ESTAMPAS DE FORJA. ◆ HERRAMIENTAS ◆ MATRICES DE SINTERIZACION ◆ APLICACIONES ESPECIALES ◆ Aplicaciones de producción ◆ Aviación ◆ Nuclear ◆ Etc.