Os hago mencion de un proceso industrial bastante importante en el tema de la matriceria e industria del metal (mecanizado, trasnformación...). Es este caso es lo que yo conozco vulgarmente como erosión.
La electroerosión es un proceso de fabricación, también conocido como Mecanizado por Descarga Eléctrica o EDM.
El proceso de electroerosión consiste en la generación de un arco eléctrico entre una pieza y un electrodo en un medio dieléctrico para arrancar partículas de la pieza hasta conseguir reproducir en ella las formas del electrodo. Ambos, pieza y electrodo, deben ser conductores, para que pueda establecerse el arco eléctrico que provoque el arranque de material.
Básicamente tiene dos variantes:
- El proceso que utiliza el electrodo de forma, conocido como Ram EDM, donde el término ram podría traducirse del inglés como "carnero" y es ilustrativo del "choque" del electrodo contra la pieza o viceversa (pieza contra el electrodo).
- La que utiliza el electrodo de hilo metálico o alambre fino, WEDM (donde las siglas describen en inglés Wire Electrical Discharge Machining).
Porque nace la electroerosión (bajo mi punto de vista): La electro erosión aparece debido a las limitaciones de las herramientas de arranque de viruta, las cuales no pueden acceder a detalles menores de 1,5 mm, ademas limitadas en altura, y otra limitación que tienen las herramientas de arranque de viruta es que dejan radio, no pueden hacer cantos vivos, estan limitadas a dejar el radio de la herramienta.
Principio físico de la electroerosión
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".
Proceso de electroerosión con electrodo de forma
Durante el proceso de electroerosión la pieza y el electrodo se sitúan muy próximos, dejando un hueco que oscila entre 0,01 y 0,05 mm, por el que circula un líquido dieléctrico. Al aplicar una diferencia de tensión continua y pulsante entre ambos, se crea un campo eléctrico intenso que provoca el paulatino aumento de la temperatura, hasta que el dieléctrico se vaporiza.
Al desaparecer el aislamiento del dieléctrico salta la chispa, incrementándose la temperatura hasta los 20.000 ºC, vaporizándose una pequeña cantidad de material de la pieza y el electrodo formando una burbuja que hace de puente entre ambas.
Al anularse el pulso de la fuente eléctrica, el puente se rompe separando las partículas del metal en forma gaseosa de la superficie original. Estos residuos se solidifican al contacto con el dieléctrico y son finalmente arrastrados por la corriente junto con las partículas del electrodo.
Dependiendo de la máquina y ajustes en el proceso, es posible que el ciclo completo se repita miles de veces por segundo. También es posible cambiar la polaridad entre el electrodo y la pieza.
El resultado deseado del proceso es la erosión uniforme de la pieza, reproduciendo las formas del electrodo. En el proceso el electrodo se desgasta, por eso es necesario desplazarlo hacia la pieza para mantener el hueco constante. En caso que el desgaste sea severo, el electrodo es reemplazado.
Las tasas de arranque de material con electrodo de forma son del orden de 2 cm3/h.
El electrodo de forma
El electrodo es comúnmente hecho de grafito pues este, por tener una elevada temperatura de vaporización, es más resistente al desgaste. Puede ser trabajado en una fresadora específica con el fin de crear ya sea un electrodo macho o un electrodo hembra, lo que significa que el electrodo tendrá la forma opuesta a la forma deseada y resultante en la pieza de trabajo.
Es buena práctica tener un electrodo de erosión en bruto y uno que consuma en forma fina y final, mas esto puede ser determinado por las dimensiones y características de l
a pieza a ser lograda.
Los electrodos pueden ser manufacturados en forma que múltiples formas pertenezcan al mismo pedazo de grafito.
También el cobre es un material predilecto para la fabricación de electrodos precisos, por su característica conductividad, aunque por ser un metal suave su desgaste es más rápido. El electrodo de cobre es ideal para la elaboración de hoyos o agujeros redondos y profundos. Comúnmente estos electrodos se encuentran de diámetros con tamaños milimétricos en incrementos de medio milímetro y longitudes variadas. Este proceso en particular es muy utilizado para antes del proceso de electroerosión con hilo, para producir el agujero inicial donde pase el hilo a través de un grosor de material que es inconveniente al taladro convencional.
Ventajas del proceso de electroerosión con electrodo de forma
- Al no generar fuerzas de corte como en los procesos de mecanizado, el torneado y el taladrado, resulta aplicable para materiales frágiles.
- Se pueden producir agujeros muy inclinados en superficies curvas sin problemas de deslizamiento. Así como de elevada relación de aspecto (cociente entre la longitud y el diámetro), es decir, con pequeño diámetro y gran profundidad imposibles con un taladro convencional.
- Al ser un proceso esencialmente térmico, se puede trabajar cualquier material mientras sea conductor
- Las tolerancias que se pueden obtener son muy ajustadas, desde ±0,025 hasta ±0,127 mm.
- Es un proceso de fabricación único para lograr complejas configuraciones que son imposibles de otra forma.
- Ahorran en ocasiones la realización de un acabado rugoso en la pieza por medio de ataques de ácido, pasándose a denominar "Acabado de Electroerosión". No es un acabado quizás tan perfecto como el que se obtendría con el ataque de ácido pero por costes y plazos resulta satisfactorio en la mayoría de las ocasiones.
Inconvenientes en el proceso de electroerosión con electrodo de forma
- Tras el proceso suele quedar una capa superficial de metal fundido, frágil y de extremada dureza, que debe eliminarse en aquellas piezas que requieran resistencia a la fatiga.
- El grafito es un material frágil, por lo que la manipulación de los electrodos debe ser muy cuidadosa.
- Los electrodos, generalmente, requieren ser manufacturados, por ejemplo, mecanizados en una fresadora que para trabajar grafito.
- La rugosidad que deja en la superficie puede ser muy elevada en función del tipo de aplicación y la reducción de ésta utilizando intensidades menores requiere mucho tiempo y en ocasiones se pueden producir defectos indeseados como formación de carbonillas o manchas.
- El acabado superficial rugoso no es perfecto resultando más rugoso sobre las caras planas que sobre las paredes verticales por efecto de las chispas esporádicas que se producen al evacuar los restos de material.
Aplicaciones del proceso de electroerosión con electrodo de forma
A modo de ejemplo se puede citar el agujereado de las boquillas de los inyectores en la industria automotriz, así como en la fabricación de moldes y matrices para procesos de moldeo o deformación plástica.
Proceso de electroerosión con hilo
Es un desarrollo del proceso anteriormente descrito, nacido en los años de la década de los 70, y por consiguiente, más moderno que el anterior, que sustituye el electrodo por un hilo conductor; además, este proceso tiene mejor movilidad. Las tasas de arranque de material con hilo rondan los 350 cm3/h.
La calidad, material y diámetro del hilo, en conjunción al voltaje y amperaje aplicado, son factores que influyen directamente la velocidad con que una pieza pueda ser trabajada. También, el grosor y material de la pieza dictan ajustes para el cumplimiento del corte.
El acabado deseado en el proceso también es un factor de consideración que afecta el tiempo de ciclo de manufactura, pues el acabado que este proceso deja en la pieza puede ser mejorado cuando mas pases semi-repetitivos de corte sobre la misma superficie son ejecutados.
Hilo conductor
El hilo metálico puede ser fabricado de latón o de zinc. En prácticas de protección al medio ambiente, después del uso y descarte del hilo empleado y sus residuos, el material del hilo, ya sea en forma de hilo o éste pulverizado, es acumulado separadamente con el fin de ser reciclado.
Existen varios diámetros en el mercado, incluyendo .010” (0,25mm) y .012” (0,30mm). Generalmente el hilo se vende en rollos y por peso, más que por su longitud.
La tensión del hilo es importante para producir un corte efectivo, y por consiguiente una mejor parte; la sobretensión del hilo resulta en que este se rompa cuando no sea deseado. Mas la ruptura del hilo es común durante el proceso, y también es necesaria. En unos talleres, los encendedores comunes se utilizan como una forma práctica de cortar el hilo.
Inicialmente, la posición de una cabeza superior y una cabeza inferior por las cuales pasa el hilo están en un alineamiento vertical y concéntrico una a la otra; el hilo en uso se encuentra entre estos dos componentes mecánicos.
Máquinas de electroerosión con hilo
A diferencia de las máquinas de electroerosión con electrodo de forma a las que la polaridad aplicada puede ser invertida, la polaridad en el proceso de electroerosión con hilo es constante, o sea que la "mesa" o marco donde las piezas son montadas para ser trabajadas es tierra; esto significa que es de polaridad negativa. El hilo, por consiguiente, es el componente mecánico al que la carga positiva es dirigida.
Todas las máquinas reciben un hilo a modo que éste se tensione en forma vertical (axial "Z"), para producir cortes y movimientos en axiales "X" e "Y". Mas en su mayoría, las máquinas de electroerosión con hilo tienen la capacidad de mover sus componentes para ajustar el hilo vertical y producir un ángulo limitado de corte (axiales "U" y "V"). En maquinaria más elaborada, la electroerosión con hilo es posible mientras la pieza es rotada (cuarto axial de movimiento), esto significa que mientras la pieza está en un movimiento rotacional, otros movimientos axiales son simultáneamente posibles.
La eficiencia, exactitud y complejidad con que la pieza ha de ser trabajada es afectada por la calidad, condición y funcionalidad de la máquina a ser utilizada.
El tamaño del recipiente, contenedor del líquido, puede ser un factor determinante a cuantas piezas y tamaño de las piezas que pueden ser preparadas para el proceso.
Corte interno y externo
En el corte interno el hilo, sujeto por sus extremos comenzando por un agujero previamente taladrado y mediante un movimiento de vaivén, como el de una sierra, va socavando la pieza hasta obtener la geometría deseada.
En el corte externo el hilo puede empezar el movimiento desde el exterior del perímetro de la pieza hasta entablar el arco; continúa su movimiento hasta que consigue la periferia deseada.
Ventajas del proceso de electroerosión con hilo
- No precisa el mecanizado previo del electrodo.
- Es un proceso de alta precisión.
- Complejas formas pueden ser logradas.
- Resultados constantes.
- Dependiendo de la capacidad de la máquina, el trabajo con alambre puede incluir angularidad variable controlada o geometría independiente (cuarto eje).
Vinculos:
http://es.wikipedia.org/wiki/Electroerosi%C3%B3n
http://www.ona-electroerosion.com/
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