Apostila Eletroerosão

UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS E.M.C. – ESCOLA DE ENGENHARIA ELÉTRICA, MECÂNICA E DE COMPUTAÇÃO ENGENHARIA MECÂNICA PROCESSOS ESPECIAIS DE FABRICAÇÃO

ELETROEROSÃO CONVENCIONAL, A FIO E POR ABRASÃO

PROFESSOR: RHANDER VIANA AUTORES: ANDERSON JULIANO SILVESTRE, LUÍS FERNANDO FERREIRA SILVA E WILLIS ALCANTARA MANZAN JÚNIOR 1

Sumário 1.

................................................................................................. ............................. 4 USINAGEM POR ELETROEROSÃO ....................................................................

1.1.

................................................................................................................................ .................................................................. 4 INTRODUÇÃO ..............................................................

1.2.

.................................................................................................. ............................. 5 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS.....................................................................

1.2.1.

.......................................................................................................... ........................................... 5 Fonte de alimentação ...............................................................

1.2.2.

................................................................................................................. ...................................................... 5 Sistema dielétrico ...........................................................

1.2.3.

................................................................................................................................. .................................................................. 7 Eletrodos...............................................................

1.2.4.

.................................................................................................................. ...................................................... 8 Servomecanismo ............................................................

1.3.

..................................................................................................... ........................................... 9 PRINCÍPIOS DO PROCESSO ..........................................................

1.4.

.............................................................................................. ........................... 11 PARÂMETROS DE PROCESSO ...................................................................

1.5.

............................................................................................. .............................. 13 CAPACIDADES DO PROCESSO ...............................................................

1.6.

VANTAGENS E DESVANTAGENS DO PROCESSO ........................................................... 13

1.7.

................................................................................................... ......................................... 14 EXEMPLOS DE APLICAÇÃO ..........................................................

1.8.

......................................................................................... .............................. 15 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...........................................................

1.9.

EMPRESAS QUE UTILIZAM A TECNOLOGIA NO BRASIL............................................... 15

1.10. 2.

3.

............................................................................................................ ...................................... 16 DIREITOS AUTORAIS ......................................................................

................................................................................................... ......................................... 17 ELETROEROSÃO A FIO (WEDM) ..........................................................

2.1.

.............................................................................................................................. ................................................................ 17 INTRODUÇÃO ..............................................................

2.2.

................................................................................................... ......................................... 17 PRINCÍPIOS DO PROCESSO ..........................................................

2.3.

......................................................................................................................... ............................................................... 19 EQUIPAMENTOS ..........................................................

2.3.1.

............................................................................................ .............................. 20 Sistema de Posicionamento ..............................................................

2.3.2.

.............................................................................. ................ 21 Sistema de Acionamento de Arame ..............................................................

2.3.3.

........................................................................................................ ......................................... 23 Fonte de Alimentação...............................................................

2.3.4.

............................................................................................................... .................................................... 24 Sistema Dielétrico...........................................................

2.4.


2.5.

................................................................. ..... 25 CAPACIDADES DE PROCESSO DO EDM A FIO ............................................................

2.6.


2.7.

........................................................................................................................ ............................................................... 28 RESUMO GERAL .........................................................

2.8.

EMPRESAS QUE UTILIZAM O PROCESSO NO BRASIL .................................................. 28

2.9.


.......................................................................... .... 30 ABRASÃO POR DESCARGA ELÉTRICA (EDG) ......................................................................

3.1.

.............................................................................................................................. ................................................................ 30 INTRODUÇÃO ..............................................................

3.2.

................................................................................................ ........................... 30 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS.....................................................................

3.2.1.

................................................................................................................................. ............................................................... 31 Rebolos ..................................................................

3.2.2.

................................................................................................................ .................................................... 32 Servomecanismo ............................................................

2

Sumário 1.

................................................................................................. ............................. 4 USINAGEM POR ELETROEROSÃO ....................................................................

1.1.

................................................................................................................................ .................................................................. 4 INTRODUÇÃO ..............................................................

1.2.

.................................................................................................. ............................. 5 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS.....................................................................

1.2.1.

.......................................................................................................... ........................................... 5 Fonte de alimentação ...............................................................

1.2.2.

................................................................................................................. ...................................................... 5 Sistema dielétrico ...........................................................

1.2.3.

................................................................................................................................. .................................................................. 7 Eletrodos...............................................................

1.2.4.

.................................................................................................................. ...................................................... 8 Servomecanismo ............................................................

1.3.

..................................................................................................... ........................................... 9 PRINCÍPIOS DO PROCESSO ..........................................................

1.4.


1.5.

............................................................................................. .............................. 13 CAPACIDADES DO PROCESSO ...............................................................

1.6.


1.7.


1.8.


1.9.

EMPRESAS QUE UTILIZAM A TECNOLOGIA NO BRASIL............................................... 15

1.10. 2.

3.

............................................................................................................ ...................................... 16 DIREITOS AUTORAIS ......................................................................

................................................................................................... ......................................... 17 ELETROEROSÃO A FIO (WEDM) ..........................................................

2.1.

.............................................................................................................................. ................................................................ 17 INTRODUÇÃO ..............................................................

2.2.

................................................................................................... ......................................... 17 PRINCÍPIOS DO PROCESSO ..........................................................

2.3.

......................................................................................................................... ............................................................... 19 EQUIPAMENTOS ..........................................................

2.3.1.

............................................................................................ .............................. 20 Sistema de Posicionamento ..............................................................

2.3.2.

.............................................................................. ................ 21 Sistema de Acionamento de Arame ..............................................................

2.3.3.

........................................................................................................ ......................................... 23 Fonte de Alimentação...............................................................

2.3.4.

............................................................................................................... .................................................... 24 Sistema Dielétrico...........................................................

2.4.


2.5.

................................................................. ..... 25 CAPACIDADES DE PROCESSO DO EDM A FIO ............................................................

2.6.


2.7.

........................................................................................................................ ............................................................... 28 RESUMO GERAL .........................................................

2.8.

EMPRESAS QUE UTILIZAM O PROCESSO NO BRASIL .................................................. 28

2.9.


.......................................................................... .... 30 ABRASÃO POR DESCARGA ELÉTRICA (EDG) ......................................................................

3.1.

.............................................................................................................................. ................................................................ 30 INTRODUÇÃO ..............................................................

3.2.

................................................................................................ ........................... 30 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS.....................................................................

3.2.1.

................................................................................................................................. ............................................................... 31 Rebolos ..................................................................

3.2.2.

................................................................................................................ .................................................... 32 Servomecanismo ............................................................

2

3.3.


3.4.

................................................................................................ ........................... 32 CAPACIDADE DO PROCESSO .....................................................................

3.5.


3.6.


3.7.

............................................................................................... ........................... 33 FABRICANTES DE MÁQUINAS ....................................................................

3.8.


3.9.

................................................................................................................ .................................................... 33 DIREITOS AUTORAIS ............................................................

3

CAPÍTULO 1

1. USINAGEM POR ELETROEROSÃO 1.1.

INTRODUÇÃO

A eletroerosão é um processo que desintegra partículas metálicas por meio de descargas elétricas. Suas primeiras descrições datam de meados do século XVIII, mas o processo só passou a ser utilizado industrialmente por volta da década de 1940. Primeiramente, a eletroerosão foi usada para recuperação de peças com ferramentas quebradas em seu interior (como brocas, machos e alargadores, por exemplo) e teve grande desenvolvimento na Segunda Guerra Mundial, quando se fez necessário acelerar a produção de itens manufaturados, diante de um quadro de escassez de mão-de-obra. Também conhecida como usinagem por descargas elétricas, ou EDM (electrical discharge machining), a eletroerosão é, dentre todos os processos não tradicionais de usinagem, aquele que primeiro se popularizou. O processo de EDM permite a usinagem de furos, ranhuras e superfícies, nas formas mais complexas, em materiais condutores elétricos, especialmente aqueles que apresentam alta dureza, que muito dificilmente poderiam ser (ou até mesmo não poderiam ser) fabricados pelos processos tradicionais de usinagem. A Fig. (1.1) ilustra várias operações possíveis com o processo, diferenciando-se apenas os movimentos do porta-ferramenta e da mesa. Pode-se observar também a possibilidade de serem utilizados vários tipos de ferramentas e vários tipos de movimento da ferramenta, tanto no eixo horizontal como no eixo vertical.

Figura 1.1- Operações realizadas por EDM (FONTE: Cruz (1999)) 4

1.2.

EQUIPAMENTOS UTILIZADOS

A máquina de EDM é um dos equipamentos de usinagem não tradicional mais utilizados, estando disponível desde configurações mais simples, operadas manualmente, a sofisticados sistemas controlados por computador. Todas as máquinas de EDM, independentemente de sua sofisticação, contêm quatro componentes básicos: fonte de alimentação, sistema dielétrico, eletrodo e servomecanismo.

1.2.1. Fonte de alimentação A fonte de alimentação é uma parte importante em qualquer sistema de EDM. Ele é responsável por transformas a corrente alternada (AC) da rede de alimentação na corrente contínua (DC) pulsada que é requerida para produzir as centelhas no gap. A maioria das fontes de alimentação usadas no processo EDM faz a conversão do sinal de entrada de maneira semelhante. Primeiramente, a entrada é convertida em corrente contínua por retificadores convencionais de estado sólido. Uma pequena porcentagem dessa corrente contínua é usada para gerar um sinal de onda quadrada por meio de um circuito oscilatório digital de multivibração. O circuito é controlado por um cristal para manter uma precisão de tempo de aproximadamente 0,01% dos valores definidos. Esse sinal de alta precisão é usado para disparar uma série de transistores de potência, que atuam como interruptores de alta velocidade para controlar o fluxo da corrente contínua remanescente. A saída (agora potencializada e pulsada) é então liberada na zona de trabalho, criando as centelhas, responsáveis pela retirada de material. Monitorar a voltagem entre eletrodo e peça é uma função adicional da fonte de alimentação. Devido à relação direta existente entre essa voltagem e o gap, essa informação é usada para controlar o servomecanismo, no intuito de manter o gap o mais constante possível durante o ciclo de trabalho. Para facilitar a escolha dos parâmetros ótimos para uma grande faixa de condições de corte, as fontes de alimentação devem ser capazes de controlar a voltagem do pulso, a corrente, a duração do pulso, o ciclo de trabalho, a frequência do pulso e a polaridade do eletrodo. Um circuito adicional de proteção contra falhas é usado na maioria das fontes de alimentação das máquinas de EDM. Se alguma sobre-voltagem, sobre-corrente, ou um arco de corrente contínua ocorrer em decorrência de um curto-circuito entre a peça e o eletrodo, o circuito de proteção interrompe o fornecimento de energia e alerta o operador.

1.2.2. Sistema dielétrico O sistema dielétrico num processo EDM consiste no fluido dielétrico, dispositivos de distribuição desse fluido, bombas e filtros. 5

Vários fluidos são capazes de atender os requisitos de alta viscosidade e alta resistência elétrica. Os fluidos mais utilizados, em ordem de popularidade, são óleos de hidrocarbonetos, óleos baseados em silicone e água deionizada. A água deionizada é raramente usada porque, embora resulte em altas taxas de remoção de material e boa capacidade de refrigeração, também resulta numa alta taxa de desgaste do eletrodo, o que é indesejável. Assim sendo, a água deionizada é usada com mais frequência na eletroerosão a fio. Independentemente do fluido usado, três funções devem ser desempenhadas pelo dielétrico. Ele deve atuar como isolante elétrico entre o eletrodo e a peça, como refrigerante (para ajudar a dissipar o calor gerado pelas centelhas) e como um meio de lavagem para remover os subprodutos metálicos da área de trabalho. Das três funções do fluido dielétrico, ser um meio de lavagem é, de longe, a mais determinante na eficiência do processo. Uma lavagem ineficiente gera uma estagnação do fluido (que provoca baixas taxas de remoção de material ou curto-circuitos) e no acúmulo de pequenas partículas resultantes do processo na área de trabalho. A Fig. (1.2) mostra diversos métodos de lavagem do fluido dielétrico através da zona de

“corte”. Tanto a sucção como a injeção de fluido podem ser usados com resultados satisfatórios e relativamente próximos. O jateamento é o meio de lavagem menos desejável devido a sua baixa eficiência de escoamento e a consequente redução na taxa de remoção de material. Ele só deve ser usado quando todos os demais métodos tiverem seu emprego impossibilitado.

Figura 1.2 - Sistemas de lavagem no processo EDM (FONTE: Cruz (1999)) 6

Qualquer uma dessas técnicas de escoamento pode ser empregada exatamente como ilustrado na Fig. (1.2) ou submerso num tanque contendo o fluido dielétrico. Quando um dielétrico inflamável é usado, a submersão da peça é recomendada para reduzir as chances de um incêndio acidental. Devido ao custo mais efetivo no reuso do fluido, normalmente ele é filtrado, limpo, reciclado e reintroduzido na área de corte. As bombas e dispositivos de distribuição são responsáveis por esse processo.

1.2.3. Eletrodos O eletrodo de EDM é a ferramenta que determina a forma da cavidade que se quer gerar. As considerações mais importantes pertinentes à seleção do eletrodo são o seu material e o seu design. Diversos materiais têm sido aplicados com sucesso em eletrodos para EDM. Os requisitos mais comuns que um material com o qual se deseja fabricar um eletrodo deve atender são: disponibilidade na natureza, apresentar fácil usinagem, apresentar baixo desgaste, ser condutor de eletricidade e deve prover um bom acabamento superficial à peça usinada. Cobre e bronze são dois materiais usualmente usados que contemplam a maior parte desses critérios, embora apresentem taxas de desgaste relativamente altas. Cobre-tungstênio apresenta taxas de desgaste significativamente menores, mas é um material de usinagem mais difícil. Seu uso só é justificado quando são exigidas certas taxas de produção. Grafite e cobre-grafite são, de longe, os materiais mais versáteis para eletrodo. Ambos são facilmente usinados e podem ser usados para vários tipos de aplicações em todos os materiais de peças. Por causa da alta temperatura de vaporização do grafite, que é muito mais alta que a de qualquer metal, eletrodos feitos com esse material apresentam taxas de desgaste extremamente baixas. A propriedade mais importante dos eletrodos de grafite é a granulometria. Ela determina a taxa de desgaste, o acabamento superficial e a taxa de remoção do material. Quando o eletrodo é composto por grãos extremamente finos, por exemplo, sua taxa de desgaste decresce, o acabamento superficial é melhorado e a taxa de remoção de material aumenta. O maior problema em se usar eletrodos de grafite é a sua fragilidade. Geralmente, um eletrodo de fio metálico é mais indicado para a usinagem de pequenos furos, devido ao risco de quebra do eletrodo se este for fabricado com grafite.

Todos os materiais e configurações de eletrodo formam um “overcut” (sobrecorte) na peça. Exemplos de overcuts são mostrados na Fig. (1.3) para uma ferramenta quadrada e uma circular. O tamanho do overcut pode ser determinado pela peça, material do eletrodo e pelos parâmetros de operação do processo. 7

Figura 1.3 - Eletrodos gerando overcut na peça de trabalho (FONTE: Benedict (1987))

Para compensar o overcut, as dimensões do eletrodo, chamadas de medidas finais do eletrodo (mf), podem ser calculadas pelas seguintes equações práticas: 

Eletrodo de desbaste (1)

                  

Eletrodo de acabamento (2)

              

Onde: mf = medidas finais do eletrodo mn = medida nominal gap = distância do gap r = rugosidade máxima que se deseja alcançar Cs = coeficiente de segurança (aproximadamente 10% da tolerância dimensional)

1.2.4. Servomecanismo O servomecanismo é controlado por sinais vindos do sistema, existente na fonte de alimentação, que monitora a voltagem do gap e controla o avanço do eletrodo ou da peça para precisar a taxa de remoção de material. Se o sensor de voltagem detectar que o gap entre a peça e o eletrodo está aumentando, fará com que o servomecanismo atue no sentido reverso, recolocando o gap na faixa desejada. A técnica de escoamento do fluido dielétrico tem diferentes influências sobre o funcionamento do servomecanismo. Caso a técnica seja ineficiente na remoção dos subprodutos do processo da área de trabalho, o servomecanismo deve gastar mais tempo no recuo do eletrodo ou peça para ajudar na lavagem. Isso resulta em ciclos extremamente longos. Por outro lado, se a técnica 8

escolhida for eficiente na remoção dos subprodutos, o servomecanismo gastará tempo apenas no avanço do eletrodo ou peça, resultando em ciclos muito mais rápidos.

1.3.

PRINCÍPIOS DO PROCESSO

A usinagem por descargas elétricas é um processo térmico que usa centelhas para erodir eletricamente materiais condutores. A forma do eletrodo define a área na qual a erosão causada por cada centelha irá ocorrer, determinando também a forma da cavidade gerada na peça de trabalho. Trata-se de um processo de usinagem relativamente simples de se configurar e executar. A peça (condutora de eletricidade) é posicionada na máquina de EDM e conectada a um polo da fonte de alimentação. Um eletrodo (também condutor e no formato desejado) é conectado ao polo restante. O eletrodo e a peça são posicionados de tal forma que haja um pequeno espaço (o

“gap”) entre eles. Para garantir certas condições de resistência elétrica no gap, um fluido isolante, chamado dielétrico, é escoado entre a peça e o eletrodo. Como mostrado na Fig. (1.4), quando um pulso de corrente contínua é fornecido à peça e ao eletrodo, um campo elétrico intenso é gerado no ponto onde as irregularidades superficiais causam um gap mais curto. Como resultado desse campo, naturalmente ocorre a migração e concentração de contaminantes microscópicos contidos no dielétrico no ponto onde o campo é mais forte. Juntos, esses contaminantes e partículas resultam na formação de uma ponte de alta condutividade através do gap. Como a voltagem entre peça e eletrodo aumenta com o começo do pulso, a temperatura da ponte também aumenta. Uma pequena porção do dielétrico e partículas carregadas existentes na ponte são vaporizadas e ionizadas, o que leva à formação de uma centelha entre as duas interfaces. Aproximadamente na metade do pulso elétrico, a fonte de alimentação diminui a voltagem fornecida ao gap e em contrapartida aumenta a corrente, provocando um aumento de temperatura e pressão no canal da centelha. A temperatura extremamente alta da centelha derrete e vaporiza pequenas quantidades de material tanto da peça como do eletrodo. Alimentada pelos subprodutos gasosos dessa vaporização, uma bolha rapidamente se expande no canal da centelha. Quando o pulso elétrico cessa, a centelha e sua ação térmica são interrompidos instantaneamente. Isso causa o colapso do canal da centelha e, consequentemente, da bolha de

vapor gerada. A “violenta” entrada do fluido dielétrico relativamente frio resulta numa explosiva expulsão de material metálico da peça e do eletrodo, formando pequenas crateras em ambas as superfícies. Bolhas de gás e pequenas esferas de material rapidamente solidificado são resíduos do ciclo. O fluido dielétrico age na remoção desses subprodutos da região do gap. Toda essa sequencia leva de alguns microssegundos a milissegundos para ocorrer. 9

Figura 1.4 – Sequencia de eventos durante um pulso no processo EDM (FONTE: Benedict (1987))

Na prática, a sequencia descrita acontece de milhares a centenas de milhares de vezes por segundo em vários pontos. O resultado é uma erosão uniforme do material. Com o progresso do processo e o avanço do eletrodo em direção à peça para manter o gap constante, uma cavidade é gerada numa imagem reversa do eletrodo. Para minimizar a remoção de material ou o desgaste do eletrodo, os parâmetros de operação, polaridade, e o material do eletrodo são selecionados para se adequar a cada aplicação específica. Dessa forma, a taxa de desgaste do eletrodo pode ser reduzida a apenas uma pequena fração daquela experimentada pela peça de trabalho. Devido ao fato de não haver contato entre peça e ferramenta, não existem forças de corte no processo. Isso permite ao processo de EDM a usinagem de materiais extremamente frágeis sem lhes causar danos. O processo também é capaz de usinar furos em ângulos muito inclinados ou 10

superfícies curvas sem ter problemas com a derrapagem da ferramenta como usualmente acontece em processos convencionais. Uma vantagem adicional desse processo é que a remoção de material acontece independentemente da dureza do material da peça de trabalho, devido ao fato de essa remoção se dar termicamente. Essa é a maior vantagem sobre os processos convencionais quando na furação de materiais de difícil usinagem como tungstênio ou cobalto.

1.4.

PARÂMETROS DE PROCESSO

O que caracteriza o regime de corte é a potência elétrica P=VI (voltagem x corrente) e a duração do pulso elétrico, como ilustra a Fig. (1.5). No caso, ilustram-se três situações com dois

níveis de potência (P1 e P2) e dois níveis de duração do pulso (Δt1 e Δt2). Para P1 e Δt1 tem -se pequena taxa de remoção de material (TRM). Para P1 e Δt2 tem -se maior TRM que na situação anterior. Se a energ ia do pulso (dada pela integral E=∫Pdt) for a mesma (o que ocorreria, por

exemplo, se E2=P1.Δt2 fosse igual a E3=P2. Δt1), a TRM também se mantém.

Figura 1.5 - Representação de níveis de potência e duração de pulso no processo EDM (FONTE: Cruz (1999))

No entanto, a rugosidade é diferente para cada situação, mesmo que a energia seja constante.

Ela será sempre menor para o caso em que o pulso for menor (no caso, para Δt1). Em resumo, têm-se maiores TRM para maiores potências e durações de pulso. Melhores acabamentos são obtidos com menores potências e menores durações de pulso. Sobre a relação de desgaste (RD) entre peça e eletrodo pode-se dizer que também aumenta no mesmo sentido da TRM, na maioria dos casos experimentados.

11

A seleção dos parâmetros do processo EDM é importante na determinação da precisão e no acabamento superficial obtidas para uma dada aplicação. Os parâmetros são manualmente selecionados na maioria dos sistemas, porém, recentemente se tornaram disponíveis no mercado sistemas CNC ou com controladores programáveis para ajustas uma gama de parâmetros para várias aplicações. A Fig. (1.6) ilustra o efeito do aumento de corrente. Conforme a corrente é aumentada, cada centelha individual remove uma cratera mais larga de metal da peça de trabalho. Embora o efeito líquido seja o aumento da TRM, mantendo-se os demais parâmetros constantes, o aumento da corrente também leva ao aumento da rugosidade superficial. O mesmo efeito pode ser também observado quando a voltagem da centelha é aumentada. Um equipamento de EDM é capaz de operar com corrente entre 0,5 e 400A e voltagem indo de 40 a 400 V DC.

Figura 1.6 - Efeito da corrente no processo de EDM (FONTE: Benedict (1987))

Aumentando-se a frequência dos pulsos e mantendo-se os demais parâmetros constantes, como mostrado na Fig. (1.7), resulta na diminuição da rugosidade superficial. Isso acontece por que a energia disponível para remoção de material em um dado período é dividida por um maior número de centelhas, logo, o tamanho das crateras correspondentes é reduzido. A capacidade de frequência de máquinas de EDM vai de menos de 180 Hz, para pequenos cortes de desbaste, a centenas de quilohertz, quando acabamentos finos são requeridos.

Figura 1.7 - Efeito da frequência dos pulsos no acabamento superficial da peça (FONTE: Benedict (1987))

O gap entre eletrodo e peça é determinado pela voltagem e corrente da centelha. Valores típicos do gap vão de 0,012 a 0,050mm. Quanto menor o gap, melhor a precisão, com um melhor 12

acabamento e menores taxas de remoção de material. Conforme o gap diminui, uma eficiência satisfatória de lavagem do fluido dielétrico é mais difícil de se alcançar. Aumentar a duração dos pulsos das centelhas tem o efeito de aumentar a TRM, aumentar a rugosidade superficial e reduzir a taxa de desgaste do eletrodo. Os valores de duração dos pulsos nas máquinas comuns de EDM vão de poucos microssegundos a vários milissegundos.

1.5.

CAPACIDADES DO PROCESSO

O processo de EDM é capaz de usinar todos os materiais condutores de eletricidade, independentemente de sua dureza. O processo se adequa particularmente bem na furação de buracos de formas irregulares, ranhuras e cavidades, além de também ser adequado para furação simultânea de vários pequenos buracos de um ou múltiplos diâmetros. EDM é um processo de precisão com tolerâncias de 0,025 a 0,0127 facilmente alcançadas. Com cuidados especiais, tolerâncias finas como 0,007 podem ser obtidas. Ao se aplicar EDM na furação de pequenos furos, proporções de até 30:1 podem ser obtidas através de espessuras da ordem de 50mm. Utilizando técnicas otimizadas de lavagem, proporções de até 100:1 podem ser alcançadas. A ausência de contado entre peça e ferramenta natural no processo EDM permite a furação em ângulos rasos (como 20°, por exemplo) nas superfícies, independentemente da dureza do material ou da geometria da cavidade. Devido ao ato de a remoção de material da peça se dar por ação térmica, uma camada de material derretido e posteriormente solidif icado, chamada de “recast” (refundido), resta em todas as superfícies usinadas por EDM. A camada de refundido tem dimensões que variam entre 0,0025 e 0.05mm de espessura. Esse refundido é extremamente duro (65 HRc) e quebradiço. Por causa das pobres características físicas dessas superfícies, o refundido é frequentemente retirado mecânica ou eletroquimicamente das superfícies de produtos que requerem altos níveis de resistência a fatiga.

1.6.

VANTAGENS E DESVANTAGENS DO PROCESSO

As principais vantagens do processo de EDM são: ausência de forças de corte, ausência de rebarba, ótimo acabamento, alta precisão e irrelevância do material da peça de trabalho. Dentre as desvantagens, tem-se: baixas taxas de remoção de material (o que provoca altos tempos de processamento das peças), desgaste do eletrodo (como nos processos convencionais de usinagem, a ferramenta também sofre desgaste), processo limitado a materiais condutores de

eletricidade, formação do “recast” e de zona termicamente afetada, longo tempo de preparaç ão de eletrodos de forma complexa e pouca flexibilidade para mudanças rápidas na forma da cavidade. 13

1.7.

EXEMPLOS DE APLICAÇÃO

Devido a habilidade do processo EDM em usinar materiais endurecidos sem produzir distorções, usinar peças frágeis sem quebrá-las e furar buracos de diversos formatos em superfícies curvas com Ângulos íngremes sem deslizamento da ferramenta, EDM é o processo selecionado com mais frequência por indústrias que se deparam com materiais de usinagem e/ou design desafiadores. A indústria automotiva atualmente emprega a furação por EDM para produzir furos de bicos injetores de precisão. Um outro exemplo de f uração por EDM na inústria automotiva pode ser visto na Fig. (1.8). Cada um dos pequenos reguladores de pressão mostrados são furados com seis furos de 2 mm. Os furos são realizados simultaneamenteem alto volume, por sistemas automatizados de EDM.

Figura 1.8 - Peças furadas por EDM para a indústria automotiva (FONTE: Benedict (1987))

Uma grande quantidade de moldes é fabricada por EDM. No exemplo mostrado na Fig. (1.9), um molde de aço endurecido que será usado para modelagem de uma plug de tomada elétrica foi usinado por meio de um processo EDM. Layout complexo, fresagem, afiação e polimento são operações que normalmente seriam necessáris para se fabricar este molde sem o processo de EDM.

14

Figura 1.9 - Molde de um plug de tomada produzido com uma operação de EDM (FONTE: Benedict (1987))

1.8.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

BENEDICT, G. F., 1987, “Nontraditional Manufacturing Processes”, Marcel Dekker, Nova Iorque, Estados Unidos.

CRUZ, C., FERNANDES, L. A. e SILVA, E. M., 1999, “ INTRODUÇÃO À USINAGEM NÃO TRADICIONAL”, Uberlândia, Brasil. http://www.youtube.com/watch?v=FX_KDJr-dv8

1.9.

EMPRESAS QUE UTILIZAM A TECNOLOGIA NO BRASIL

Algumas empresas no Brasil, como a EUROTECH, localizada em Indaiatuba, São Paulo, e a Evolufer Ferramentaria e Usinagens Ltda., localizada em Santo André, São Paulo utilizam a tecnologia da eletroerosão a fio. 15

1.10. DIREITOS AUTORAIS Os seguintes autores abaixo são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluído no seu trabalho: Nome do primeiro autor: Luís Fernando Ferreira Silva.

16

CAPÍTULO 2

2. ELETROEROSÃO A FIO (WEDM) 2.1.

INTRODUÇÃO

A eletro erosão a fio, muito conhecida na literatura geral por wire-EDM ou EDM a fio, é uma variante do processo de eletro erosão convencional (EDM). Trata-se de um processo especial de fabricação que, assim como o EDM, utiliza-se de arco elétrico para provocar a erosão e consequentemente a remoção de material da peça a ser usinada, sendo muito útil em usinagem de peças complexas, condutoras de eletricidade, com formas bi ou tridimensionais. O processo de eletro erosão a fio é considerado como uma técnica de manufatura bastante nova. Seus primeiros estudos e usos são datados de 1968, sendo um processo ainda limitado, (BENEDICT, 1987). Quando a indústria, em meados da década de 70, começou a entender melhor os princípios do processo e suas capacidades, o WEDM passou a ser mais conhecido crescendo rapidamente em tecnologia e aplicabilidades. Desde então este processo vem ganhando força se tornando numa técnica muito útil na indústria, na fabricação de peças com baixas tolerâncias, em acabamentos de peças semiacabadas, na fabricação de matrizes e de ferramentas de usinagem. A seguir serão abordados os princípios gerais do processo de eletro erosão a fio, os equipamentos usados, os seus parâmetros e capacidades, além das vantagens e desvantagens e exemplos de aplicação, sempre comparando com o EDM (eletro erosão convencional), seu

“processo mãe”.

2.2.

PRINCÍPIOS DO PROCESSO

Para se entender melhor o processo WEDM é necessário inicialmente compará-lo este com o EDM. A técnica da eletro erosão a fio se difere da eletro erosão convencional basicamente por dois fatores. O primeiro deles é a forma de usinagem, enquanto que o EDM usa um eletrodo ferramenta para erodir a peça por meio da passagem de corrente elétrica e da geração de um arco elétrico, o WEDM usa um fio. O fio é o próprio eletrodo, nele é que ocorre a passagem de corrente elétrica. A segunda diferença básica é que no EDM há a necessidade da peça usinada se encontrar imersa em um banho dielétrico, já no WEDM não há essa necessidade apesar de se utilizar com frequência a imersão em banho dielétrico. Os fios em WEDM são extremamente finos sendo seus diâmetros usuais na faixa de 0,05 mm a 0,30 mm. Pelo fato de se utilizar fio ao invés eletrodo ferramenta, o processo WEDM é usado para recortes de chapas, blocos para a produção das peças. Ele se assemelha ao processo de corte de uma serra de fita, com a diferença de não haver contato mecânico do fio com a peça, existindo um gap, Fig. (2.1), entre a peça e o fio. O fluido dielétrico e um mecanismo de controle 17

adaptativo auxiliam a manutenção do gap, que geralmente se encontra na faixa de 0,025 mm a 0,05 mm, como será mostrado logo adiante. O material da peça é erodido à frente do fio por meio de descargas elétricas que atravessam o fio sendo isso possível através de uma fonte de tensão DC, que fornece pulsos de eletricidade a alta frequência. A medida que a corrente percorre o fio, devido as diferenças de polaridade da peça e do fio, surge-se o arco elétrico com uma formação de semelhante a região plasmática da soldagem por arco elétrico. A diferença é que na soldagem o arco é usado para unir peças e aqui é para erodir. De fato inicialmente o arco nas duas situações provoca a erosão porém no primeiro caso o arco fica localizado em determinada região até esta se fundir enquanto que no segundo o arco fica até o material ser completamente erodido e removido. Conforme se pode ver na Fig. (2.1), ocorre não somente a passagem de corrente pelo fio, mas o próprio fio de desloca longitudinalmente com velocidades de 8 a 42 mm/s por meio de carreteis (carretel alimentador e carretel de recolhimento), enquanto que o cabeçote da máquina de move conforme o desenho superficial que se quer obter na peça. É de fato semelhante ao processo de corte da serra de fita.

Figura 2.1 - Detalhe do mecanismo de corte da Eletro Erosão a Fio (Figura adaptada de Benedict (1987)).

Além do movimento longitudinal vertical do fio e do movimento longitudinal horizontal do cabeçote a peça de trabalho pode-se mover por meio de uma mesa. Um fator muito interessante e importante é que o movimento do fio não é necessariamente só vertical e também o do cabeçote não é necessariamente só horizontal. Pois o processo WEDM é geralmente empregado através de máquinas CNC de vários eixos como será mostrado logo adiante podendo haver uma combinação de orientações e movimentos, o que permite a fabricação de peças complexas de difícil usinagem para processo convencionais. 18

Desta forma tem-se como vantagens, que já podem ser constatadas, que as operações são controladas por computador e a possibilidade de um operador atender diversas máquinas ao mesmo tempo. Além disso os recortes ou rasgos são obtidos mais facilmente aqui do que com EDM convencional, em que os eletrodos são caros. Obtêm-se também alto grau de acurácia e finas superfícies acabadas o que é valioso em aplicações envolvendo fabricação de matriz de estamparia, matriz de extrusão, partes de protótipo, e até a fabricação de eletrodos ferramenta de EDM.

2.3.

EQUIPAMENTOS

O processo de Eletro Erosão a Fio é realizado por meio de uma máquina específica. Trata-se de uma máquina CNC criada para WEDM. Um exemplo deste tipo de máquina pode ser visto na Fig. (2.2). Tais máquinas não costumam ser baratas não, o preço de uma máquina típica fica em torno de US$ 150 000,00 a US$ 200 000,00. Contudo, por ser em sua grande maioria máquinas CNC, são programáveis havendo a compatibilidade com os programas CAD facilitando a preparação e repetibilidade da usinagem. Conforme Benedict (1987) elas também possuem capacidade de usinar peças de até 300 cm 2 e de até 1360 kg.

Figura 2.2 - Máquina de Eletro Erosão a Fio da marca ONA, modelo AF25.

Tais máquinas consistem de quatro subsistemas, Fig. (2.3), que são o sistema de posicionamento, o sistema de acionamento de arame, a fonte de alimentação e o sistema dielétrico. Este subsistemas, que serão apresentados dos tópicos seguintes, apresentam diferenças distintas em relação ao EDM convencional.

19

Figura 2.3 - Diagrama dos subsistemas da máquina de EDM a fio (WEDM).

2.3.1. Sistema de Posicionamento O sistema de posicionamento da máquina de Eletro Erosão a Fio, Fig. (2.4), consiste geralmente de uma mesa CNC de dois eixos, podendo ser em alguns casos um sistema de multi-eixos. A associação de eixos com o comando numérico permite a usinagem automática de peças complexas. Uma característica marcante e também uma das mais importantes e necessárias do sistema CNC aqui empregado é o modo de controle adaptativo que garante a consistência e homogeneidade do gap entre o fio e a peça.

Figura 2.4 - Sistema de posicionamento da máquina de WEDM, mostrando a mesa CNC (FONTE: Benedict (1987)).

O sistema de posicionamento da máquina de EDM a fio é responsável por algumas outras características do processo tais como: baixas taxas de corte linear, tipicamente menores que 100 mm/h em 25 mm de espessura de aço; baixa importância da velocidade de processamento do sistema CNC em comparação com os processos de alta velocidade (high speed processes); 20

trabalhos executados por 10 ou até 20 horas continuamente e sem acompanhamento e a presença de um sistema de bateria com retroalimentação e auto religamento (reinicia o trabalho na localização apropriada sem a intervenção humana). Este último é o que possibilita a operação de trabalhos automáticos e longos, o que é muito frequente na usinagem por EDM a fio. Lembrando que a usinagem aqui tem como objetivo a obtenção de peças com baixíssimas tolerâncias dimensionais e primazia por excelentes acabamentos, portanto o tempo e a velocidade de usinagem não são tão importantes. Na Figura (2.5) pode-se ver alguns dos objetos produzidos pelo processo de EDM a fio. Observa-se que além dos ótimos acabamentos, consegue-se produzir peças pequenas e complexas.

Figura 2.5 -           ).

2.3.2. Sistema de Acionamento de Arame O sistema responsável por entregar continuamente fio “fresco” (novo) sobre tensão constante para a área de trabalho é o sistema de acionamento de arame. Este sistema possui um carretel alimentador de fio e um carretel de recolhimento do fio, Fig. (2.1). Estes trabalhando em rotações iguais promovem o deslocamento do fio, geralmente na descendente, de maneira que sempre há uma porção nova de fio cortando a peça. Além disso pelo fato de haver um desgastes considerável na superfície de ataque do fio e pelo fato destes fios serem relativamente baratos, aproximadamente US$ 1, 00 por hora de gasto com fio, os fios acabam sendo descartados. Desta forma cada porção de fio passa somente uma vez pela peça (área de trabalho). A Fig. (2.6) mostra o momento de corte e ataque do fio na peça.

21

Figura 2.6 - Momento de ataque e corte do fio na peça (Fonte: http://www.swedm.com/).

Neste sistema duas condições devem ser garantidas: a linearidade do fio e a tensão constante do fio, Fig. (2.7). A primeira é importante para evitar o afilamento ou conicidade não desejado das peças, enquanto que o segundo é importante para: evitar afilamento do objeto, evitar estrias de usinagem, evitar a quebra dos fios e evitar marcas de vibração.

Figura 2.7 - Resultados obtidos com a manutenção da tensão constante do fio.

A conicidade das peças nem sempre é visto como algo ruim, desde que seja algo programado, esperado. Em muitas situações a capacidade de corte em conicidade é aproveitada. Através de métodos rigorosos de controle computadorizado do ângulo do fio o corte em conicidade pode ser 22

realizado. Estes métodos associado com as técnicas de usinagem permitem a geração de forma complexas e irregulares, tal como pode ser visto na Fig. (2.8).

Figura 2.8 - Exemplo de peça complexa com diferentes conicidades, Benedict (1987).

Os materiais comumente usados para os fios são selecionados pelo diâmetro necessário para o trabalho. Se na fabricação de determinada peça exige-se a operação com diâmetros pequenos, entre 0,03 mm a 0,15 mm utiliza-se fios feitos de liga de aço-molibdênio, se a aplicação é com diâmetros grandes, entre 0,15 mm a 0,30 mm utiliza-se fios feitos de cobre, de bronze ou de latão.

2.3.3. Fonte de Alimentação A fonte de alimentação é outra parte fundamental no maquinário de EDM a fio. Este subsistema aqui empregado se difere do adotado no processo de EDM convencional por causa de dois parâmetros: pela corrente de operação e pela frequência dos pulsos. O primeiro deles, a corrente, é menor do que no processo convencional pelo fato de que a corrente elétrica é percorrida através de fios de diâmetros pequenos limitando desta forma a capacidade de condução de corrente. Por causa disso as fontes de alimentação são construídas para entregar não mais que 20 A. O segundo fator, a frequência dos pulsos, é maior aqui do que no processo convencional pelo fato de que como o propósito do processo de EDM a fio é obter acabamento de superfícies mais lisas deve-se empregar pulsos com frequências altas tais como 1 MHz (mais comum em WEDM). Uma vez que a alta frequência assegura que cada descarga elétrica remove pouco material quanto possível reduzindo o tamanho das crateras no processo de eletro erosão.

23

2.3.4. Sistema Dielétrico O último, mas não menos importante, subsistema é o sistema dielétrico. O dielétrico como já mostrado anteriormente é um fluido com propriedade de isolar eletricamente uma região, com o intuito de proteger o meio não permitindo a passagem de corrente elétrica. Mas aqui o fluido dielétrico tem um papel maior do que isso. Ele é empregado com o objetivo de refrigerar a peça e o eletrodo que, por causa da corrente elétrica, ficam sujeitos a aquecimentos e aumento de temperatura; e com o obj etivo de remover o material erodido (“cavaco”) da região da usinagem propriamente dita (região do gap) O fluido dielétrico usado no processo de EDM a fio é a água deionizada, diferentemente do convencional que usa óleos dielétricos. Usa-se aqui a água deionizada por quatro motivos básicos segundo Benedict (1987) que são: baixa viscosidade, alta taxa de resfriamento, alta taxa de remoção de material e ausência de perigo de incêndio. A primeira propriedade, a baixa viscosidade, permite a presença de gap de corte pequenos, garantindo desta forma não só a lavagem adequada na região como também uma melhor precisão de corte devido o gap ser pequeno. A terceira propriedade aliada a primeira garante uma melhor remoção de material e eliminação deste da área de trabalho. A desvantagem deste fluido é que ele não só remove material da peça como também acaba removendo material do fio, proporcionando um alta taxa de desgaste da ferramenta. O que compressa e mascara este desgaste excessivo é o fato de o fio não ser reusado. O que explica contudo o fato de não se aplicar este tipo de dielétrico na usinagem por EDM convencional, uma vez que o eletrodo ferramenta fica em contato elétrico direto e constante com a peça durante muito tempo. A segunda propriedade é um fator interessante aqui se for comparado com os óleos dielétricos convencionais, uma vez a água deionizada apresenta maior eficiência na remoção de calor na área de corte do que os óleos dielétricos convencionais. Outra vantagem da água deionizada em relação aos óleos dielétricos é que ela apresenta baixo risco de incêndio, um fator importante se levado em consideração que o processo WEDM exige muitas usinagem possibilitando assim o não acompanhamento humano e maximizando portanto o uso automático da máquina CNC. Os óleos dielétricos por sua vez são líquidos inflamáveis exigindo o acompanhamento humano. Por fim tem-se a opção de submergir, Fig. (2.9), ou não a peça em banho dielétrico. O importante é direcionar um jato de fluido dielétrico na interface de corte, sendo que a melhor opção é o jato de vapor coaxial ao fio. Recomenda-se também possuir um sistema de reuso da fluido dielétrico como se pode também ver na Fig. (2.9).

24

Figura 2.9 - Modelo de EDM a fio com submersão completa da peça e sistema de reuso do fluído di elétrico. (Fonte: http://www.mechanicaldesignforum.com/content.php?16-Electro-discharge-wire-cutting-%28EDWC%29).

2.4.


Segundo Benedict (1987), existem três grandes parâmetros, que são os mais importantes e que governam o processo de Eletro Erosão a Fio, que são a taxa de corte linear, a velocidade linear de passagem do fio e a tensão (voltagem). A taxa de corte linear típica do processo EDM a fio conforme Benedict (1987) se encontra entre 38 a 115 mm/h para usinagem de chapas de aço de 25 mm de espessura ou então em torno de 20 mm/h para usinagem de aço com 76 mm de espessura. Contudo as máquinas mais modernas já conseguem obter taxas de corte bem maiores, segundo o fabricante de máquinas para EDM a fio, a ONA, seus modelos mais atuais, a AF25, Fig. (2), e a AF 35 conseguem chegar a até 450 mm 2/mim com fios de 0,33 mm de diâmetro. Quanto a velocidade linear de passagem do fio (velocidade em que o fio passa pela peça), esta depende das condições de corte. Para cada tipo de corte a velocidade linear de passagem do fio é alterada. De um modo geral as velocidades típicas se encontram em torno de 8 a 42 mm/s O último parâmetro, a tensão ou voltagem, é um parâmetro que é controlado com o objetivo de evitar as eletrólises no fio. Como a medida que se aumenta a tensão a probabilidade de ocorrência de eletrólise no fio aumenta, emprega-se baixas tensões de operação.

2.5.

CAPACIDADES DE PROCESSO DO EDM A FIO

O processo de usinagem por Eletro Erosão a Fio é um processo com a especialidade de usinagem de peças eletricamente condutoras não se aplicando a peças que não possuem esta propriedade, contudo trata-se de uma solução fantástica para fabricação e acabamento de peças cujo material é condutor. 25

Uma das excelentes capacidades deste processo é também a de produzir acabamentos finos e um alcance de precisões extremamente elevadas. Consegue-se com estes maquinários e estas técnicas apresentados resoluções de posicionamento de 0,001 mm e obtenção de precisões de até 0,007 mm. Outra capacidade do processo de EDM a fio, que é muito valorizada, é a obtenção de arestas de corte com acabamento mais suave. Contudo para que se obtenha tais características e capacidades algum preço deve ser pago, Fig. (2.10). Entre elas está a necessidade de se assegurar a uniformidade do diâmetro do fio, a necessidade de um controle estreito da temperatura do fluído dielétrico e a necessidade de um controle estreito da resistividade do fluído dielétrico.

Figura 2.10 - Requisitos para a garantia das capacidades do processo WEDM.

2.6.


De uma maneira geral as aplicações do processo de EDM a fio são bem semelhantes as aplicações do processo de EDM convencional. A diferença básica é que para a fabricação de um peça sem EDM a fio exige-se muitas horas de fabricação do eletrodo de EDM convencional além de haver a necessidade de muitas horas de rebarbação e polimento. Já a mesma fabricação, mas com EDM a fio o tempo global de fabricação é reduzido em 37 % e o tempo de processamento assistido é reduzido em 66%. Um exemplo disso é a fabricação de um núcleo estator da matriz de estampagem, Fig. (2.11), em que há uma grande diferença no tempo total de operação entre EDM convencional e EDM afio, como se pode ver no gráfico da Fig. (2.12).

26

Figura 2.11 - Núcleo estator da matriz de estampagem (Fonte: http://www.made-inchina.com/showroom/dansuelou/product-detailwMZmJudEXncq/China-Stator-Rotor-Core-Die.html)

Figura 2.12 - Comparação entre o tempo de processo de fabricação de um núcleo estator da matriz de estampagem pelo processo de EDM a fio com o EDM convencional (Fonte: Benedict (1987)).

Como se pode ver no gráfico da Fig. (2.12) o tempo com o processo em si de usinagem e o tempo de preparação são praticamente iguais para o EDM e para o WEDM. Contudo o ganho do processo de a fio frente ao convencional se dá justamente na não necessidade de fabricação do eletrodo ferramenta do processo convencional, que é um processo um tanto quanto oneroso em 27

temos de tempo e de custo, pois o seu ótimo acabamento é o que determina a precisão e as tolerâncias alcançadas pelo processo EDM. De uma maneira mais específica as aplicações do processo WEDM envolvem a fabricação de matrizes de diversos tipos e diversas espessuras, matrizes para presas de estampagem, fabricação de matrizes de extrusão, matrizes para compactação de metal em pó, usinagem de rebolos (grinding wheel form tools), fabricação de medidores de perfil e modelos, e uma das mais interessantes que é a fabricação de eletrodos de EDM convencional, tanto no desbaste quanto no acabamento. O processo de Eletro Erosão a fio é usado para a realização de cortes em peças para dar forma a superfícies. Como seu acabamento e precisão são praticamente perfeitos ele é ideal para a fabricação dos eletrodos de EDM convencional, que depende de ser bem feito para garantir a qualidade e as especificações do processo convencional.

2.7.

RESUMO GERAL

De uma maneira geral o processo de Eletro Erosão a Fio, assim como qualquer outro processo de fabricação convencional ou não, apresenta suas vantagens e desvantagens. As principais vantagens deste processo, que o torna útil e aplicável, são: a desnecessária fabricação de eletrodo, a ausência de forças de corte, a presença de usinagem não tripulada, a redução dos custos de matrizes em 30 a 70% e a capacidade de corte de materiais endurecidos (alta dureza), tais como metal duro, widia, entre outros. Como desvantagens a Eletro Erosão a Fio apresenta: alto custo de capital (investimento), reformulação de camadas, devido a criação de uma pequena zona termicamente afetada que pode apresentar microtrincas e posteriormente ser destacar em camadas; possibilidade da ocorrência de eletrólise em alguns materiais; baixas taxas de corte, e não aplicação em peças muito grandes.

2.8.

EMPRESAS QUE UTILIZAM O PROCESSO NO BRASIL

Algumas empresas no Brasil, como a EUROTECH, localizada em Indaiatuba, São Paulo, e a Evolufer Ferramentaria e Usinagens Ltda., localizada em Santo André, São Paulo utilizam a tecnologia da eletroerosão a fio.

2.9.


BENEDICT, G. F., 1987, "Nontraditional Manufacturing Processes", Marcel Dekker, Nova Iorque, Estados Unidos. 28

2.10. DIREITOS AUTORAIS Os seguintes autores abaixo são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluído no seu trabalho: Nome do primeiro autor: Willis Alcantara Manzan Júnior.

29

CAPÍTULO 3

3. ABRASÃO POR DESCARGA ELÉTRICA (EDG) 3.1.

INTRODUÇÃO

A abrasão por descarga elétrica é uma variação da abrasão convencional. Neste processo, contudo, a peça e a ferramenta não estão em contato na maior parte do tempo. Em alguns pequenos intervalos de tempo há o contato entre os dois. A remoção de material é através da descarga elétrica gerada, onde peça e ferramenta são carregadas eletricamente. O processo é bem similar ao de eletroerosão. Um rebolo rotativo é usado como eletrodo ou ferramenta de corte na abrasão por descarga elétrica. Tanto o rebolo quanto a peça são submergidos em um tanque contendo óleo hidrocarboneto. Pulsos elétricos entre o rebolo e a peça são fornecidos em uma fonte a qual é capaz de gerar 250.000 pulsos por segundo. Eletricamente, o rebolo é carregado negativamente e a peça positivamente. O fluido dielétrico flui através de uma pequena distância mantida entre o rebolo e a peça. O movimento rotativo do rebolo assegura que o escoamento do fluido dielétrico será contínuo e uniforme, eliminando os problemas de escoamento geralmente encontrados na eletroerosão comum.

Figura 3.4 - Esquema ilustrativo da abrasão por descarga elétrica

3.2.

EQUIPAMENTOS UTILIZADOS

Há muitas semelhanças entre a abrasão por descarga elétrica, a eletroerosão e a abrasão convencional. A fonte de energia e o sistema de reuso do fluido dielétrico são idênticos a eletroerosão convencional. Em contrapartida, o movimento de eixo da máquina, a montagem do rebolo e a aparência como um todo é muito similar a abrasão convencional.

30

Figura 3.5 - Equipamento de abrasão por descarga elétrica

3.2.1. Rebolos Os rebolos utilizados no processo são porosos, com baixa concentração de grafite e possuem entre 100 e 305 mm de diâmetro. A sua largura pode variar de 0,25 a 152 mm. Devido a sua formação de grafite, o formato da superfície do rebolo desejado pode ser obtido com técnicas baratas com ferramentas de aço rápido. O custo dos rebolos variam de 50 (grafite) até 1500 dólares (diamante).

Figura 3.6 - Rebolo rotativo EDG

31

3.2.2. Servomecanismo O servomecanismo para este processo é único, pois deve ser preciso o suficiente para manter a pequena distância entre o rebolo e a peça. Além disso, ele dever ser sensível para detectar a taxa de remoção de material e parar em caso de obstrução de material removido. Enfim, o mecanismo deve garantir os parâmetros de corte e de corrente sempre constantes.

3.3.


As máquinas de abrasão por descarga elétrica, assim como as de eletroerosão, existem nas mais variadas capacidades. As correntes podem variar de 0,5 a 200 A e de 40 a 80 V em corrente contínua. Assim como a eletroerosão, quanto maior a corrente, maior a taxa de remoção de material. Entretanto se a corrente aumenta, em uma dada frequência, a superfície da peça tornase mais rugosa e a zona termicamente afetada também aumenta. A corrente geradora da faísca também determina a relação da distância entre peça e rebolo e na superfície usinada. Se esta distância aumenta, a superfície fica mais rugosa. Corrente excessiva pode ser maléfica para materiais que contém cobalto. Neste caso, usa-se correntes menores. A frequência do processo é ajustado de 50.000 a 250.000 Hz. Quanto maior a frequência, mais suave a superfície ficará. A velocidade do rebolo do processo é menor em relação a abrasão convencional. Para um rebolo de 305 mm de diâmetro uma velocidade de 125 rpm é recomendado para melhores resultados. A abrasão por descarga elétrica fornece para o fluido dielétrico um escoamento uniforme entre peça e rebolo, o processo cíclico é fácil de ser previsto e repetido. A Eq. (1) pode ser usado para se prever o ciclo em minutos, onde V é o volume de material removido em cm³, I é a corrente em amperes e k é uma constante que relaciona a taxa de remoção do material específico que está sendo usinado. O valor de k para dois matérias bem comuns são: 0,016 cm³/min A e 0,004 cm³/min A para o carbono.  

3.4.

(1)

   

CAPACIDADE DO PROCESSO

Por causa da natureza de não contato entre peça e rebolo, ele é utilizado na fabricação de seções muito finas ou muito frágeis. A dureza do material não importa, uma vez que o processo se dá pela erosão efetuada pelas descargas elétricas. 32

A abrasão por descarga elétrica é capaz de erodir materiais extremamente duros, como os carbetos, em taxas de 3 a 4 vezes maior do que os rebolos de diamantes. O processo gera acabamento superficial em torno de 0,2µ para carbetos e 0,3 µ para aço.

3.5.


A única restrição para o material ser abrasado por descarga elétrica é a sua condutividade elétrica. Como principais aplicações, tem-se a afiação de ferramentas de metal duro e na indústria de semicondutores.

3.6.

VANTAGENS E DESVANTAGENS DO PROCESSO

Como vantagens da abrasão por descarga elétrica, temos a abrasão sem contato mecânico, rebolos de baixo custo e a abrasão ocorre com qualquer material condutor. Já como desvantagens, os rebolos são frágeis e possibilidade de incêndio do fluido dielétrico.

3.7.

FABRICANTES DE MÁQUINAS

Como fabricantes temos a Transocean Machine Compagny Inc., do Canadá, a MasterGrind Inc, dos EUA.

3.8.


BENEDICT, G. F., 1987, “Nontraditional Manufacturing Processes”, Marcel Dekker, Nova Iorque, Estados Unidos.

3.9.

DIREITOS AUTORAIS

Os seguintes autores abaixo são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso incluído no seu trabalho: Nome do primeiro autor: Anderson Juliano Silvestre.

33

Apostila Eletroerosão

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