1 HISTORIA DE LA ELECTROEROSION 1.1 INTRODUCCION
Si se hace hace pasa pasarr una una corr corrie ient nte e eléc eléctr tric ica a cont contin inua ua a trav través és de un ma mate teri rial al cond conduc ucto torr de electricidad, un metal por ejemplo, el movimiento de los electrones libres, característico de la corriente eléctrica, no producirá ninguna modifcación aparente del estado del metal. Si se aumenta la intensidad de la corriente ó, si se disminuye la sección de la barra ó del hilo por los que pasa dicha corriente, se observará un calentamiento del metal que podría alcanzar incluso temperaturas de usión y hasta de evaporación. !na de las características esenciales de esta acción de la corriente eléctrica es que act"a sobre todo el volumen del metal y no permite ninguna concentración preerencial preerencial de sus eectos en un lugar determinado de la masa metálica. Sin embargo, si se limita en el espacio y en el tiempo dicho enómeno del calentamiento como consecuencia del paso de la corriente eléctrica por un material conductor, se puede producir el eecto de un impacto en el momento de su aplicación. #ay una analogía que se impone por sí misma$ aplicando una presión mecánica uniormemente repartida sobre un bloque de mármol por ejemplo, al aumentar dicha presión se acabaría por romper el bloque. %hora bien, por medio de un martillo y un cincel, se puede ir tallando el mármol y darle una orma, sin correr el riesgo de alterar su estructura interna ó de aectar al resto del volumen. %demás, variando la energía de los impactos se puede variar el volumen unitario arrancado, pudiéndose así obtener superfcies talladas con rugosidades dierentes. &ransportando &ransportando esta analogía al campo campo de la acción de la corriente corriente eléctrica, eléctrica, es evidente que que si se quiere utilizar dicha corriente como medio de mecanizado, esta deberá ser utilizada bajo orma de descargas muy breves y concentradas, para obtener una destrucción localizada del metal. 'ero se plantea el problema de cómo obtener estos impulsos de corriente, y cómo dirigirlos al punto preciso. Si bien teóricamente esta analogía parece simple y lógica, la posibilidad de su realización práctica no se presenta de una orma tan obvia y e(ige una b"squeda de soluciones esenciales que permitan conseguirlo. 1.2 HISTORIA DE LA ELECTROEROSION ELECTROEROSION
)esde que la electricidad comenzó a dar sus primeros pasos se observó el eecto destructivo producido por la chispa eléctrica al saltar entre dos contactos en el momento de su separación. *ste eecto incitó a numerosos científcos a proundizar proundizar en su investigación, investigación, con el fn de evitarlo, y ello, unido a una necesidad de la época de buscar un método nuevo de mecanizado dierente a los convencionales que utilizaban herramientas mecánicas, llevó a la idea de utilizar el citado eecto destructivo como método de reproducción de ormas. *n +-, en plena segunda guerra mundial, y dada la escasez de oro y cobre, los científcos soviéticos /.0. y 1.2. 3%4%0*156 investigaban en la b"squeda de materiales que pudieran sustituirlos sustituirlos como contactos de potencia. 3os 3azaren7o establecieron un plan de pruebas para comprobar la in8uencia de determinados parámetros en el desgaste de los contactos mediante descargas de condensadores. !n joven científco de su equipo, /.1. 4oloty7h, ue encargado de realizar tal tarea con los 3azaren7o y ue quien publicó el 9 de %bril de +- el primer artículo sobre la electroerosión$ :Sobre la inversión del eecto de la erosión eléctrica:.
Si bien bien su mayor mayor inter interés és invest investiga igador dor era cómo cómo minim minimiza izarr el eect eecto o de las descar descargas gas,, se percataron percataron de que bajo ciertas condiciones el desgaste se ma(imiza, lo que les llevó a pensar en utilizar esta técnica como una nueva tecnología para el arranque de material. 'ara ello, pusieron a punto el primer circuito generador de descargas erosivas, también conocido como :circ ircuito 3azaren7o:, y desde entonces se ha denominado con la palabra :*3*;&06*06S261: :*3*;&06*06S261: a esta nueva técnica de mecanización de los metales. 3a característica más importante de la electroerosión es la posibilidad de erosionar cualquier tipo de material conductor, independientemente independientemente de su dureza, ya que los actores que in8uyen en los resultados resultados no son los puramente mecánicos como dureza, tenacidad, etc. sino los térmicos como conductividad térmica, temperatura de usión, etc. revoluciones tecnológicas? o >grandes hitos tecnológicos? cuando se haga reerencia a tales avances de la electroerosión. )entro de este conte(to, habría que situar el primer gran hito en el origen mismo de la electroerosión, electroerosión, ya que supuso el poder mecanizar materiales duros duros como los aceros templados o los carburos de tungsteno. 3as primeras primeras máquinas máquinas de electro electroero erosión sión que aparecier aparecieron on hacia hacia los a@os +-A=+B +-A=+BC, C, eran básicamente máquinas=herramienta convencionales, tales como taladros, etc. que habían sido trans transor ormad madas as parcia parcialme lmente nte para para las necesi necesidad dades es de la ele electr ctroer oerosi osión, ón, adaptá adaptándo ndoles les un generador, un tanque de trabajo, etc.
Si bien bien su mayor mayor inter interés és invest investiga igador dor era cómo cómo minim minimiza izarr el eect eecto o de las descar descargas gas,, se percataron percataron de que bajo ciertas condiciones el desgaste se ma(imiza, lo que les llevó a pensar en utilizar esta técnica como una nueva tecnología para el arranque de material. 'ara ello, pusieron a punto el primer circuito generador de descargas erosivas, también conocido como :circ ircuito 3azaren7o:, y desde entonces se ha denominado con la palabra :*3*;&06*06S261: :*3*;&06*06S261: a esta nueva técnica de mecanización de los metales. 3a característica más importante de la electroerosión es la posibilidad de erosionar cualquier tipo de material conductor, independientemente independientemente de su dureza, ya que los actores que in8uyen en los resultados resultados no son los puramente mecánicos como dureza, tenacidad, etc. sino los térmicos como conductividad térmica, temperatura de usión, etc. revoluciones tecnológicas? o >grandes hitos tecnológicos? cuando se haga reerencia a tales avances de la electroerosión. )entro de este conte(to, habría que situar el primer gran hito en el origen mismo de la electroerosión, electroerosión, ya que supuso el poder mecanizar materiales duros duros como los aceros templados o los carburos de tungsteno. 3as primeras primeras máquinas máquinas de electro electroero erosión sión que aparecier aparecieron on hacia hacia los a@os +-A=+B +-A=+BC, C, eran básicamente máquinas=herramienta convencionales, tales como taladros, etc. que habían sido trans transor ormad madas as parcia parcialme lmente nte para para las necesi necesidad dades es de la ele electr ctroer oerosi osión, ón, adaptá adaptándo ndoles les un generador, un tanque de trabajo, etc.
Dig. +.+.= 'rimera máquina 61% de electroerosión E+BFG 'ero ue a mediados de la década de los BC cuando aparecieron en el mercado las primeras máquinas de electroerosión concebidas como tales, siendo alguna de sus aplicaciones iniciales la destrucción de brocas y machos rotos en piezas. 3os 3os primer primeros os genera generador dores es que que e(is e(istie tiero ron, n, denom denomina inados dos de relaj relajac ación ión,, produ producía cían n un gran gran desgaste de los electrodos, del orden del +CCH en volumen, pero esto no ue impedimento para que los sectores industriales se fjasen en la naciente tecnología. %l igual que los avances de la electrónica tuvieron su in8uencia en otras áreas de la tecnología, el poder poder susti sustitui tuirr los genera generador dores es de relaj relajaci ación ón por por los transi transist stori orizad zados os,, supuso supuso para para la electroerosión el segundo gran hito, cosa que ocurrió hacia inicios de los FC. )e hecho, la reducción de los índices de desgaste de los electrodos a niveles del CIBH en volumen, consecuencia directa del uso de los generadores transistorizados, abrió las grandes puertas de la industria del molde, matricería, orja, etc. *l eecto eecto en los índice índicess de produ producci cción ón de má máqui quina nass de ele electr ctroer oerosi osión ón ue inmedi inmediato ato,, y la tecnología de la electroerosión se convirtió en un sistema de mecanizado undamental rente a los hasta entonces e(istentes. )e este este modo modo,, desd desde e ento entonc nces es co come men nzó a e(te e(tend nder erse se el co conc ncep epto to de >m >mét étod odos os no conven convencio cional nales? es? para para reer reerirs irse e a la ele electr ctroer oeros osión ión rent rente e a los >mé >métod todos os conven convencio cional nales? es? dierenciación que todavía hoy perdura. #asta esas épocas, la "nica electroerosión conocida era la penetración, y su aplicabilidad en el mercado era un hecho real y ampliamente aceptado. *s entonces, hacia fnales de los FC y comienzos de los JC, cuando surge surge la idea de desarrollar desarrollar la tecnología de las máquinas de electroerosión por hilo, hecho que debería ser considerado como el tercer gran hito de la electroerosión. Si bien, este avance podría ser fjado en una echa concreta, la evolución que ha aectado a las máquinas de electroerosión por hilo se ha prolongado a lo largo de dos décadas, y es hacia
comienzos=mediados de la década de los C, cuando se aprecia una identifcación masiva entre los usuarios y la electroerosión por hilo, haciendo que los índices de producción de estas máquinas lleguen a igualar y hasta a superar a los de las máquinas de electroerosión por penetración. Kuizá uno de los actores de triuno de la electroerosión por hilo rente a la penetración haya sido el que los usuarios la han aceptado de tal orma que, ya desde hace muchos a@os, conciben los moldes y utillajes pensando en que serán producidos por electroerosión por hilo, y los actores positivos de esta tecnología han hecho el resto. Si bien la electroerosión por hilo se ha desarrollado gracias a la evolución de la electrónica y, más concret concretamen amente, te, a los controles controles numéric numéricos, os, estos desarr desarrollo olloss tecnológi tecnológicos cos también también han tenido su in8uencia en la electroerosión por penetración. *n eecto, puede cirarse en los inicios de la década de los AC el comienzo del cuarto gran hito de la electroerosión que es el que liga a la tecnología de los ;1; con la electroerosión por penetración. !n actor importante para la electroerosión por penetración ue la aplicación de la unción orbital, que consiste en desplazar a la pieza paralelamente a sí misma a lo largo de una circunerencia circunerencia en cuyo centro se encuentra el electrodo, el cual o bien está quieto en su posición o bien está animado de un movimiento seg"n el eje 4. 3a gran ventaja de poder animar a la mesa de un movimiento orbital ue que con dicho movim movimien iento to se puede puede comp compens ensar ar la dier dierenc encia ia de medida medidass e(ist e(istent entes es entre entre los los >gap? >gap? de desbaste y acabado, lo cual supone que con uno o dos electrodos es posible realizar la erosión completa, tanto en desbaste como en acabado. 6tra de las ventajas importantes en el método de trabajo al utilizar el dispositivo orbital, ue que el dimensionamiento de los electrodos ya no era tan crítico, ya que a"n en desbaste se puede orbitar para llegar a una medida deseada. *l movimiento orbital supuso además un cambio undamental en el proceso de la erosión en régim égimen en de ac aca abado bado,, redu edujo en gran medid dida los tiem tiempo poss de aca cab bado ado y simp implifc lifcó ó considerablemente considerablemente la limpieza de la zona de trabajo. %l igual que en la máquinas de hilo, la revolución tecnológica de los ;1; en las de penetración supone más un nuevo modo de trabajar que un avance puntual, y la evolución, que este avance ha supuesto en las máquinas de electroerosión por penetración, ue tan importante que al cabo de poco más de una década Ea comienzos de los CG prácticamente la totalidad de las máquinas producidas por los abricantes de primera línea ya eran de control numérico. 'ero es más, la importancia radica en que no sólo es que las máquinas estén equipadas con ;1;, sino que éste ha pasado a ser parte imprescindible del proceso de mecanizado. mecanizado. *ste cuarto gran hito de la electroerosión electroerosión ha permitido aparecer aparecer en el mercado un nuevo concepto de máquina, el centro de erosionado, que representa a la máquina totalmente automatizada, y equipada de sistemas de intercambio de electrodos y piezas para permitir largos periodos de trabajo en modo inatendido. Si bien la aparición de nuevos avances tecnológicos, tales como el mecanizado a alta velocidad, a fnales de la década de los noventa ha supuesto una clara competencia a la electroerosión en algunos campos de aplicación muy concretos, de lo que se podría deducir una reducción en su aplicación, sin embargo, la in8uencia no es tan clara y el debate entre el grado de competencia todavía seguirá, posiblemente, abierto durante la primera década del siglo LL2. 'ero, por otra parte, la evolución tecnológica ha aportado nuevos materiales, tales como los diam diaman ante tess poli policr cris ista tali lino nos, s, las las ce cerá rámi mica cas, s, los los comp compos osit ites es de ma matr triz iz me metá táli lica ca,, etc. etc.,, cuyo cuyo mecanizado por electroerosión puede abrir nuevos e interesantes campos de aplicación.
'or "ltimo, 'or "ltimo, no conviene conviene olvidar olvidar la evidentem evidentemente ente previsi previsible ble progr progresiva esiva implant implantación ación,, desde desde fnales de los C, de las microtecnologías, microtecnologías, en las cuales la electroerosión electroerosión jugará un papel de gran importancia. 2 LA ELECTROEROSION ELECTROEROSION 2.1 DEFINICION
Se podría defnir el proceso de electroerosión como el método de arranque de material por medio de descargas eléctricas controladas, que saltan, en un medio dieléctrico, entre un electrodo Eherramienta de trabajoG y la pieza a mecanizar. 3a duración de la chispa es muy corta, pues suele variar desde + ó 9 microsegundos a 9 milisegundos, seg"n los regímenes de mecanizado, y va acompa@ada de un gran aumento de temperatura, que suele alcanzar hasta decenas de miles de grados centígrados. *sto supone una concentración del eecto térmico en un volumen muy reducido de material, ya que la rapidez de la chispa no es avorable a la propagación del calor por conducción a través de todo el volumen de la pieza, dando como resultado la usión e incluso evaporación de dicho volumen de material. %l a@adir a esto los eectos dinámicos de la propia descarga y del medio dieléctrico, se obtiene en la pieza un cráter de orma semiesérica, cuyo volumen depende de actores tan diversos como la energía y la duración de la descarga, la naturaleza del dieléctrico y, las propiedades ísicas, la polaridad y la naturaleza del material del electrodo y de la pieza. *(periencias prácticas han demostrado, desde los orígenes, que los eectos de la chispa cuando el dieléctrico es líquido EaceitesG son mayores que cuando las descargas se producen en un medio gaseoso. *ste *ste resul resultad tado o es compl completa etamen mente te lógico lógico pues pues la descar descarga ga en un gas tiend tiende e a ramif ramifcar carse se ampli am pliam ament ente e EDig. EDig. 9.+G 9.+G mient mientra rass que el líqui líquido do compr comprim ime e la descar descarga ga impid impidien iendo do que que se ramifque, concentrándose así su eecto sobre la pieza.
Dig. 9.+.= )escarga ramifcada en un medio gaseoso. &ambién &ambién ha sido la práctica la que ha demostrado la importancia de que el medio que se encuentra entre el electrodo y la pieza sea dieléctrico, para que la descarga se produzca en orma de avalancha, dando lugar a eectos más rentables. 2.2 PRINCIPIOS DE MECANIZADO POR ELECTROEROSION
*ste procedimiento de mecanizado se distingue principalmente por dos de sus propiedades.
a. )ado que en este proceso el arranque de material no depende de las características mecánicas Edureza, etc.G del material a trabajar sino de sus características térmicas y eléctricas, hay que destacar su gran aptitud para mecanizar aceros, metales o aleaciones duras o reractarias, poco aptas para ser mecanizadas por procedimientos convencionales de arranque de viruta. *llo permite el mecanizado de los aceros templados y en general, de materiales de baja maquinabilidad siempre y cuando sean sufcientemente conductores. b. 6tra propiedad undamental es su gran aptitud para realizar ormas complejas, tanto pasantes como ciegas. Dabricando por medios convencionales, u otros, el electrodo que suele ser de cobre o grafto normalmente, se puede realizar la pieza, adaptándose en el mecanizado de ésta a la orma de aquél.
Dig. 9.9.= *lectrodo y pieza mecanizada. 2.3 EXPLICACION FISICA DEL FENOMENO DE LA EROSION POR CHISPA
;omo ya se ha indicado, el mecanizado por electroerosión se eect"a mediante el salto de descargas eléctricas entre dos electrodos sometidos a unas determinadas tensiones eléctricas y sumergidas en un medio dieléctrico. 3os diversos enómenos que entran en juego en el momento de la descarga y el consiguiente arranque del material de la pieza son de gran complejidad ya que las circunstancias que concurren en su observación son muy críticas. *n eecto, el tiempo de duración varía, tal y como ya se ha indicado, entre microsegundos y milisegundos, y las distancias interelectródicas son del orden de unas centésimas ó quizás alguna décima de milímetro. 'ero para poder comprender mejor el desarrollo de la descarga eléctrica, es preciso situarse en el nivel microscópico en que esto se produce. &eniendo en cuenta el reducido espacio entre electrodo y pieza, las variaciones de cota de las superfcies de los electrodos, debidas a la rugosidad natural de los materiales, representan variaciones de apro(imación del orden de un 9CH a un -CH respecto del plano medio de dichas superfcies.
Dig. 9..= 3ugar de má(ima pro(imidad entre electrodo y pieza. *n este tiempo y, debido a la intensidad del campo eléctrico en los dos puntos de má(ima pro(imidad entre electrodo y pieza E>)? en la Dig. 9.G, se llegará a un momento en que se supere la tensión de disrupción del dieléctrico que los separa, iniciándose la ormación de un canal de elevada conductividad. 2.3.1 Análisis del desa!ll! de la des"a#a el$"%i"a
3a concentración e intensifcación del campo eléctrico tiene como eecto la ionización del dieléctrico y la polarización de las partículas e iones EDig. 9.-G. 3os iones son, por defnición, partículas polarizadas.
Dig. 9.-.= 2onización del dieléctrico. )e esta orma se da lugar a la ormación del canal de la descarga, que queda rodeado por los iones positivos que comprimen y aíslan del medio circundante, reduciendo así su sección EDig. 9.BG.
Dig. 9.B.= 2niciación del canal de descarga. 3a brusca caída de la resistencia del canal permite que la corriente alcance valores elevados y su paso masivo origine un aumento de la ionización que, a su vez, crea un potente campo magnético que comprime a"n más el canal de la descarga produciendo su calentamiento. EDig. 9.FG.
Dig. 9.F.= 'aso masivo de la corriente por el canal de descarga. 3a velocidad de aumento de la corriente se cira en unos +C a +CC millones de amperios por segundo, alcanzándose temperaturas del orden de hasta decenas de miles de grados en un tiempo de 9 a - microsegundos EDig. 9.JG.
Dig. 9.J.= *ecto del paso masivo de la corriente por el canal de descarga. *l resultado de tan intensa acción térmica es la usión, e incluso evaporación, de un reducido volumen de material tanto en pieza como electrodo. 2ncluso se generan residuos como consecuencia de la ruptura del dieléctrico EDig. 9.AG.
Mediante la utilización de cámaras otográfcas de alta velocidad se ha podido constatar la e(istencia de una burbuja de gas alrededor del canal, cuyo volumen es superior al de éste.
Dig. 9.A.= %rranque de material producido por la descarga. 'aralelamente a la acción térmica de la descarga hay que considerar su eecto dinámico, que produce la eyección a gran velocidad del material undido y que, junto al eecto térmico confere a los cráteres su orma peculiar. *sta orma de los cráteres es análoga a la obtenida por el choque de un proyectil lanzado a gran velocidad EDig. 9.G.
Dig. 9..= Dotograías de cráteres %l fnal de la descarga, la presión del interior de la burbuja cae bruscamente, a consecuencia de lo cual se genera una depresión de manera que el dieléctrico arrastra los residuos e(istentes en el cráter recién ormado, a la vez que enría su superfcie, impidiendo la conducción del calor hacia el interior del metal.
Dig. 9.+C.= *stado fnal del cráter %l agotarse por completo la energía de la descarga, el ciclo ha llegado a su fn. *l canal de conductividad eléctrica se cierra al desionizarse el dieléctrico y recobrar de nuevo su rigidez dieléctrica, pudiendo así comenzar ya el ciclo correspondiente a la siguiente descarga, que se dará entre los dos puntos de má(ima apro(imación entre electrodo y pieza EDig. 9.+CG. *l tiempo de pausa entre cada dos descargas es undamental para el correcto desarrollo del proceso. Si este tiempo no e(istiera o uese insufciente, la chispa se colapsaría, dando lugar a un arco. 3a acumulación de residuos en la cavidad también puede llegar a producir este eecto. 0esumiendo, se puede decir que durante el proceso de electroerosión se va eectuando en la pieza un proceso de copiado, a nivel microscópico, de la orma del electrodo, lo que dará lugar a la obtención de un negativo e(acto de éste, salvando claro está la longitud de las chispas ó distancia de chispeo, conocido como N%', medida que habrá que tener en cuenta en el momento de la abricación de los electrodos. 2.& TIPOS DE MECANIZADO POR ELECTROEROSION
)istinguiendo seg"n la orma del electrodo y seg"n el movimiento relativo de éste con relación a la pieza, se pueden hacer varias subdivisiones dentro del concepto general de mecanizado por electroerosión.
2.&.1 Ele"%!e!si'n (! (ene%a"i'n
*sta orma de electroerosión es la más universal. Se basa en el avance continuo, y servocontrolado de un electrodo=herramienta que penetra en el electrodo=pieza en presencia de un líquido dieléctrico.
Seg"n la orma del electrodo y seg"n la proundidad que se dé a las ormas erosionadas en la pieza, se podrán obtener tanto ormas pasantes como ormas ciegas de geometrías complicadas EDig. 9.++G.
Dig. 9.++.= *lectroerosión por penetración EO)2 -C9G. *l líquido dieléctrico utilizado en penetración hoy en día es aceite mineral especial para erosión, aunque se pueden encontrar ciertas máquinas que uncionan con agua u otros líquidos especiales. 2.&.2 C!%e (! ele"%!e!si'n (! )il!
3a dierencia básica entre el corte por electroerosión y la electroerosión por penetración es que la orma del electrodo no in8uye directamente en la orma de la pieza a obtener, ya que lo "nico que se pretende es el realizar un corte en la pieza y no obtener una copia con la orma del electrodo. &odo ello presupone, por tanto, que el costo del electrodo se reduzca considerablemente al tener una orma característica que lo hace muy asequible ya que se puede comprar en el mercado listo para la utilización. *n este tipo de electroerosión hay que destacar el caso en que el electrodo tiene orma de hilo Eelectroerosión por hiloG que representa la práctica totalidad de las aplicaciones.
Dig. 9.+9.= ;orte por *lectroerosión EO)2 -C9G. *n la electroerosión por hilo, un ;1; controla el movimiento relativo entre el hilo y pieza. *l hilo es de diámetro peque@o, normalmente de C,9B o C, mm., aunque los diámetros pueden reducirse hasta valores de C,C9B mm. en aplicaciones de micromecánica.
*n este tipo de electroerosión, el líquido dieléctrico habitualmente utilizado es el agua desionizada, aunque también e(iste alguna máquina que unciona con aceite.
Dig. 9.+.= *jemplos de corte cónico. )ebe tenerse en cuenta que la P*)M permite "nicamente producir geometrías pasantes. %sí mismo, es posible realizar el corte en vertical o en cónico por medio de un descentramiento, controlado por el ;1;, de la guía superior con respecto a la guía inerior. )e este modo se pueden realizar ormas con cortes cónicos que pueden ser de gran complejidad EDig. 9.+G. 3as ventajas de la electroerosión por hilo se pueden resumir en$ rapidez, ya que no es necesario mecanizar el electrodo, y la no in8uencia del desgaste del hilo sobre la precisión de las piezas, al estar el hilo animado de un movimiento de desplazamiento que permite que la zona ya desgastada vaya reponiéndose en modo continuo. 2.&.3 Re"%i*"ad! (! ele"%!e!si'n
*n esta orma de electroerosión se da un movimiento de rotación del electrodo, con lo que el comportamiento se asemeja a una operación de rectifcado convencional, pero el arranque de material se realiza mediante descargas eléctricas, sin contacto directo entre electrodo y pieza EDig. 9.+-G. *l campo de aplicación de este tipo de máquina es muy reducido.
Dig. 9.+-.= 0ectifcado por electroerosión EO)2 -C9G. &*0M21636N2% )* 3% *3*;&06*06S261 *n este capítulo se da la e(plicación sucinta sobre las palabras más corrientes empleadas a lo largo del libro. )e este modo, el lector podrá amiliarizarse con diversos conceptos que se utilizarán a lo largo del presente te(to. 3.1 TERMINOLO+IA +ENERAL A"!, Sucesión de descargas eléctricas que se sit"an localizadamente en un punto. &ienen
eecto destructor. As(ia"i'n, Succión del liquido dieléctrico a través de la pieza o electrodo.
C!%!"i"-i%!, Situación dada cuando e(iste contacto directo entre los dos electrodos Eelectrodo
y piezaG. 1o tiene eecto destructor pero sí negativo para el proceso. Cá%e, ;avidad realizada por cada uno de los impulsos sobre la superfcie que se está mecanizando. Des#as%e, Se denomina desgaste volumétrico relativo EQvG a la relación entre el volumen de material arrancado del electrodo y el arrancado de la pieza. Se mide en tanto por +CC.
Se puede medir también el desgaste rontal, que es la zona desgastada del electrodo EDig. .+G.
Dig. .+.= )esgaste de un electrodo. Desi!nia"i'n, 0etorno del líquido dieléctrico a la situación normal no conductora después de
cada descarga eléctrica. Diel$"%i"! /L0-id!, 3íquido no conductor de la electricidad que se utiliza en electroerosiónR en él se sumergen la pieza y el electrodo durante el proceso de mecanizado. Ele"%!d!, *s la herramienta de trabajo que se utiliza en electroerosión. *stabilidad de uncionamiento$ !na máquina de electroerosión trabaja de orma estable cuando hay ausencia de cortocircuitos y de arcos. Es%ad! de s-(e*"ie, *l estado superfcial en electroerosión no es direccional como en otros procesos, sino multidireccional. )icho estado superfcial se relaciona con la rugosidad media E0aG por medio del n"mero de rugosidad E1rG O)2 .-C9. Se cumple la relación$ Nr =20 • log ( 10 • R a ) *stando R a e(presado en μm . Nap$ *spacio entre electrodo y pieza en el cual se dan las descargas. Se pueden distinguir$ . Nap rontal EDig. .9G$ ;uando dicho espacio no es paralelo a la dirección del eje de penetración. . Nap lateral EDig. .9G$ Nap paralelo al eje de penetración. *s mayor el gap en este caso. •
•
Dig. .9.= Nap rontal y Nap lateral
2nyección del dieléctrico E3impieza porG$ 2ntroducción de dieléctrico en el gap por inyección a una presión dada. I!nia"i'n, 'eríodo anterior al paso de la descarga eléctrica durante el cual el líquido dieléctrico se convierte en conductor en un punto dado. 'ara ello se ha de aplicar tensión eléctrica a ambos electrodos. Li(iea, %rrastre del dieléctrico que se encuentra contaminado dentro del gap, sustituyéndolo por otro limpio. Piea, 'ieza que se mecaniza con el electrodo. P!laidad, 'olo al cual se ha unido el electrodo. P!l-"i'n, Nrado de suciedad del dieléctrico del gap. *ste contiene restos del cra7ing del dieléctrico y del material erosionado. Pesi'n del diel$"%i"! /Li(iea (!, Oéase 2nyección Pesi'n del diel$"%i"!, Unidades.4 Duerza por unidad de superfcie que act"a sobre las 2 paredes por las circula el dieléctrico. Sus unidades son $ kg / cm y ¯¿ .
¯1: Decanewton 1 / cm 2: 1 daN 1 / cm 2 . 1 kg / cm 2:0,981 ( ≈¯1 ) .
Rendiien%!, Se defne como la conjunción entre una buena velocidad de arranque de material
y un desgaste lo más bajo posible. 'ara un buen rendimiento la primera condición es una buena estabilidad en el trabajo. Ri#ide diel$"%i"a, !nidades.= Se defne >0igidez dieléctrica de un dieléctrico? al campo eléctrico que es capaz de aguantar dicho dieléctrico sin ionizarse, es decir, sin volverse conductor. Se mide en 7ilovoltioscm. R-#!sidad, Oéase :*stado de superfcie:. 5is"!sidad, 3a viscosidad de un 8uido corresponde a la resistencia de rozamiento que ejerce el desplazamiento relativo de sus moléculas cuando se halla el 8uido en movimiento. !nidad$ Sto7e EStG, centisto7e EcStG. 3.2 TERMINOLO+IA ELECTRICA Des"a#a, 'aso de corriente a través de alg"n punto del gap, debida a un impulso de tensión.
)escarga isoenergética.=;aso en el que se cumple que todas las descargas tienen la misma energía. )escarga isorecuencial.=;aso en el que se cumple que la recuencia de descargas es constante. Fe"-en"ia de i(-ls! /6(, 1"mero de impulsos que se dan en un segundo. Pe0!d! /%(, &iempo que pasa desde el comienzo de un impulso hasta el comienzo del impulso siguiente EDig. .G. &iempo •
•
Dig. ..=&erminología eléctrica EO)2 -C9G
Tensi'n de des"a#a /U6, &ensión entre electrodo y pieza después de cebada la descarga EDig.
.G
Tensi'n en 7a"0! /U!, &ensión entre electrodo y pieza antes de cebada la descarga, o tensión
entre electrodos si no hay descarga EDig. .G I(-ls! de %ensi'n, &ensión aplicada a ambos electrodos durante un tiempo determinado. I(-ls! de in%ensidad, Oéase :)escarga:. In%ensidad edia de "!ien%e /I6, Oalor medio de la corriente que circula por el gap durante el mecanizado. *s el valor leído en el amperímetro EDig. .G. In%ensidad de i(-ls! /i6, 2ntensidad que circula por el gap durante una descarga EDig. .G. Tie(! de des"a#a /%6, &iempo durante el cual pasa la descarga hasta que eléctricamente se corta la corriente EDig. .G. Tie(! de i(-ls! /%i, &iempo que dura el impulso de erosión entre ambos electrodos EDig..G. Tie(! de (a-sa /%!, 2ntervalo de tiempo que transcurre entre el fnal de un impulso y el comienzo del siguiente EDig. .G. Se verifca que$ tp =ti +¿
Tie(! de e%as! de des"a#a ! de i!nia"i'n /%d, &iempo que transcurre entre la
aplicación del impulso de tensión y el comienzo de descarga. Suele ser muy peque@o, del orden de C,B a 9 Ts EDig. .G. Se cumple que$ ti= td + tf
NOTA, 3a nomenclatura aquí e(puesta coincide con la de la 1orma O)2 -C9, titulada$
>Mecanizado por electroerosión, 'arte +, )efniciones y terminología?.
;uando aparecieron las primeras máquinas de electroerosión eran todas de penetración, pero la evolución tecnológica permitió que a fnales de los setenta apareciesen las primeras máquinas de hilo, gracias al gran desarrollo que desde esas echas ha e(perimentado la tecnología de los controles numéricos. 3a dierencia undamental que identifca a ambos tipos de máquina es que en las de penetración el electrodo tiene una orma tridimensional y en una operación de erosión con movimiento de un eje, consigue realizar en la pieza una cavidad tridimensionalR en tanto que en las de hilo el electrodo tiene orma de un alambre que va cortando la pieza de acuerdo al programa de interpolación que va ejecutando el control numérico asociado. *sta dierencia uncional hace que tanto la estructura de la máquina como el n"mero de ejes e incluso el dieléctrico sean dierentes en ambas ramas de la tecnología de la electroerosión. 1o obstante, los elementos básicos de ambos tipos de máquina son los mismos. &.1 PARTES DE UNA MA8UINA
3as partes undamentales de una máquina de *lectroerosión son las siguientes$ !na bancada o armazón, que sirve de base para los demás elementos. 3a mesa de trabajo. 3a unidad de fltrado, con el sistema de circulación de dicho líquido, su fltrado, enriamiento, etc. *l generador de impulsos, que puede estar incorporado en la bancada, pero que generalmente se halla en un armario aparte, y se sit"a al lado de la máquina. !na unidad de ;1;, que permite unos muy elevados niveles de automatización, aunque tales unidades pueden no estar incorporadas en todas las máquinas. • • •
•
•
&.1.1 Sis%ea de e:es de -na á-ina de ele"%!e!si'n
)ados los dierentes conceptos constructivos de máquina que e(isten, además de las dos tipologías básicas de penetración e hilo, y de las numerosas variantes que pueden ser utilizadas para dar solución al amplio abanico de aplicaciones de la electroerosión, la asociación alemana O)2 desarrolló la norma O)2 -C9 en la que se defnían los dierentes ejes de cualquier máquina de electroerosión. &.1.2 Aa'n
;onstituye el esqueleto de la máquina. %unque puede tener ormas diversas ha de estar concebido para servir de base de sujeción a todos los elemento y dispositivos necesarios para el proceso de electroerosión, tales como los dedicados al accionamiento del sistema porta electrodos, en las de penetración, al sistema de movimiento y guiado del hilo, en las de hilo, y a la mesa de trabajo con el tanque de dieléctrico por otra. %demás, estos dispositivos deben estar dispuestos de orma que sean áciles las maniobras en ellos, tales como el cambio de electrodos o la puesta a punto de las piezas a mecanizar. *n máquinas peque@as, normalmente, en la construcción del armazón se adopta la orma de cuello de cisne. 3a tendencia más moderna en máquinas de electroerosión es a separar el generador de los elementos mecánicos introduciendo aquél en un armario aparte. *sta tendencia está justifcada por el gran n"mero de variantes que se pueden dar en los generadores para alimentar una misma máquina, en el caso de la penetración, y en la conveniencia de alejar del cuerpo de la máquina de cualquier uente de calor que pudiese producir distorsiones mecánicas. &.1.3 El "a;eal /á-inas de (ene%a"i'n
*l cabezal de una máquina de electroerosión es un elemento esencial de la misma, ya que lleva consigo todo el complejo sistema de mecanizado automático. Su parte principal es el servosistema de control que act"a sobre el portaelectrodos asegurando un desplazamiento vertical del electrodo, siempre sobre el mismo eje. 3a rigidez de estos elementos ha de ser muy cuidada. *l servosistema de control es el encargado de mantener el gap constante. *n el proceso de electroerosión se van desgastando ambos electrodos, lo cual daría como consecuencia su separación en el momento en que el gap se hubiera agrandado. 3a velocidad de arranque de material y el desgaste dependen de la intensidad de la descarga y del tiempo de impulso. Seg"n sean las dimensiones del electrodo, ambos polos tenderán a separarse en un tiempo más o menos corto. 'or ello el servosistema de control ha de tener gran velocidad de respuesta para acercar el electrodo a la pieza y un avance muy preciso. %simismo hay casos en los que el electrodo y la pieza entran en contacto directamente, produciéndose un cortocircuito. *n este caso el servosistema de control debe de separarlos automáticamente con gran rapidez. *ste movimiento automático se realiza aprovechando la relación que e(iste entre la tensión media entre electrodos y su distancia. &oda variación de esta distancia se traduce
automáticamente en una variación y en el mismo sentido de dicha tensión. Midiendo con la ayuda de un dispositivo apropiado la desviación de dicha tensión como se@al de error, es posible regular automáticamente el avance y mantener constante la distancia entre electrodos. *n el caso de cortocircuitos, una de las causas que los provoca es un avance e(cesivamente rápido del electrodo y otra es el e(ceso de partículas en el gap. 'or ello el servosistema de control debe de regular el avance con una respuesta muy rápida y precisa. %simismo el cabezal comporta una serie de órganos que sirven para parar la máquina automáticamente al fnal del trabajo y para la lectura de la posición del electrodo. &.1.& La esa de %a;a:!
3a mesa de trabajo es la unidad en la que se fja la pieza para su mecanización. Seg"n sea el concepto constructivo de la máquina, el sistema de coordenadas que permite los desplazamientos relativos entre la pieza y el electrodo puede hacer que sea éste o bien la mesa el elemento móvil. 3as máquinas de *lectroerosión se pueden considerar como semipunteadoras, lo que indica que la precisión del recorrido del porta electrodos es de algunas micras en el total de su carrera y la precisión de desplazamiento relativo entre la mesa y el electrodo es del orden de C,C+ mm. en carreras de unos BC mm. *nvolviendo a la mesa de trabajo se halla el tanque de trabajo, que se llena de líquido dieléctrico, y es donde se eect"a el mecanizado. *l volumen de dicho tanque depende del tama@o de la pieza y de la potencia del generador. &.1.< Unidad de *l%ad!
*sta unidad es la encargada de e(traer del líquido dieléctrico los residuos del material arrancado durante el proceso de electroerosión. %demás de los elementos necesarios para la unción de fltración, esta unidad incluye los dispositivos necesarios para asegurar el envío del líquido hacia el tanque de trabajo y poder ejecutar los dierentes tipos de limpieza de la zona de trabajo. &.1.= C!n%!l N-$i"! /CNC
3a evolución tecnológica de la electrónica ha permitido que desde comienzos de la década de los ochenta comenzase la incorporación de los controles numéricos a las máquinas de electroerosión. )e este modo, en el plazo de veinte a@os, la práctica totalidad de las máquinas de electroerosión ya iban equipadas con unidades ;1;, que permitían la realización de una muy variada gama de unciones, las cuales, en conjunción con la programabilidad de los regímenes de potencia de los generadores, el control del estado del proceso y los sistemas automáticos de intercambio de electrodos y piezas, han supuesto, desde entonces, un muy elevado grado de automatización y la posibilidad de trabajar en modo inatendido durante largos períodos de tiempo. &.2 EL +ENERADOR
*l generador es uno de los elementos undamentales de la máquina de electroerosión. ;on el paso del tiempo se han ido desarrollando diversos tipos. 'rincipalmente se pueden distinguir dos grandes grupos$ Neneradores de relajación. Neneradores de impulsos transistorizados. 3a tensión de mantenimiento de las descargas cebadas es característica de cada pareja de metales electrodo=pieza y es independiente de la corriente de la descarga. %sí pues, el generador que proporciona los impulsos o descargas erosivas tiene como undamento el proporcionar la tensión necesaria para el cebado o encendido de la descarga así como para su mantenimiento. %demás, tiene que limitar la corriente de las descargas así como imponer su duración en el tiempo y la recuencia de sucesión de las descargas. • •
&.2.1 +enead!es de Rela:a"i'n
2nicialmente, el primer circuito generador de descargas eléctricas para la electroerosión, ue el denominado >;ircuito 3azaren7o? que recibe el nombre por los investigadores que lo desarrollaron. *l circuito 3azaren7o es de gran simplicidad y su elemento más característico es un condensador que es alimentado por medio de una uente de corriente a través de una resistencia EDig. -.9G. J
Dig. -.9.=Nenerador 3azaren7o EcircuitoG
Dig. -..=Nenerador 3azaren7o EdescargasG *l condensador está conectado en paralelo al electrodo y la pieza, de orma que cuando la tensión en bornes del condensador supere a la tensión de disrupción del dieléctrico, situado entre electrodo y pieza, éste se ionizará y la energía almacenada en el condensador de descargará bruscamente por el canal de descarga abierto en el dieléctrico, en la zona de erosión. 'ero este circuito tiene un inconveniente y es que el circuito de descarga del condensador act"a como un circuito oscilante al comportarse el cable de dicho circuito como un autoinducción EDig. -.G. )ebido a esta oscilación, se produce una inversión periódica de la tensión y la corriente hasta que la energía acumulada en el condensador se haya agotado. *stá claro que la duración de la descarga vendrá impuesta por el período de oscilación, con lo que es evidente que la energía, la corriente y la duración de la descarga están ligadas y no pueden ser independientemente variadas. %demás, dicha oscilación produce una inversión periódica de la polaridad durante la descarga, lo cual impone una limitación en la elección de los materiales de los electrodos, al tener que soportar alternativamente las dos polaridades.
Dig. -.-.=Nenerador 3azaren7o Ecircuito realG.
%unque se haya hablado de una resistencia y un condensador, estos generadores van equipados por sendas baterías EDig. -.-G de resistencias y condensadores que permiten una relativamente e(tensa gama de recuencias de descarga. 'ara poder aumentar las recuencias de trabajo, se evolucionó a@adiendo una bobina de autoinducción tras la resistencia EDig. -.BG con lo cual el período de carga del condensador era inerior.
Dig. -.B.=Nenerador de relajación 0;3 EcircuitoG
Dig. -.F.=Nenerador de relajación 0;3 EdescargasG. 'ero esto traía consigo otro problema y es que parte de la energía del condensador pasaba a la autoinducción, con lo cual la tensión en bornes del condensador variaba continuamente y, en consecuencia, variaba la energía de las descargas, que es proporcional al cuadrado de la tensión EDig. -.FG. %demás, la variación de la energía de las descargas suponía grandes dierencias en el estado de rugosidad de las piezas obtenidas y las variaciones de tensión suponían, a su vez, continuas variaciones del gap. 'ara evitar estos problemas se conectó en paralelo a la resistencia y a la bobina, un diodo EDig. -.JG destinado a cortar las crestas de la tensión de carga a partir de un determinado valor, lo cual permitía una constancia del gap y de la rugosidad EDig. -.AG.
Dig. -.J.=Nenerador de relajación 0;3) EcircuitoG
Dig. -.A.=Nenerador de relajación 0;3) EdescargasG %sí pues, los circuitos de relajación presentan como ventajas la simplicidad, la robustez y un campo relativamente e(tenso de energías de descarga. ;omo inconvenientes hay que citar el elevado desgaste que aecta a los electrodos, la interdependencia de parámetros como la corriente de la descarga, su duración y su energía, y la limitación que implica para la elección de los materiales de los electrodos. #oy en día, todavía se emplea este tipo de generadores en campos como el de superacabado y el de algunos micromecanizados que e(igen muy bajas energías y elevadas recuencias. 'ero intentando aumentar la capacidad de arranque, se llegó a una limitación pues era preciso aumentar la corriente de la descarga, y a partir de un cierto valor desaparece el enómeno de relajación, y se produce un arco continuo pues el canal no se desioniza y al no apagarse la descarga, toda la energía de la uente alimenta directamente al arco. *sto llevó a la idea de interrumpir e(teriormente la corriente de carga, justo tras la descarga, para poder asegurar una efcaz desionización del canal. &.2.2 +enead!es de i(-ls!s %ansis%!iad!s
&odo lo e(puesto anteriormente llevó a la idea de pulsar la corriente de descarga. 'or ello se pensó en los generadores de impulsos impuestos y es en +B cuando se presenta en 'arís el primer generador de impulsos transistorizado, en el cual las variables como son el tiempo de impulso EtiG, tiempo de pausa EtoG y la intensidad del impulso EiG pueden ser variados independientemente unos de otros.
1o se entrará aquí en el estudio de los circuitos electrónicos que los componen, pues no es objeto del presente te(to. 'ero se ha de saber claramente que estos generadores toman corriente de la red normal alterna, triásica a 99C ó AC O, y la salida es un tren de impulsos consecutivos, en los que se pueden variar independientemente las variables antes mencionadas. )icha salida se aplica directamente a los electrodos EDig. -.G.
Dig. -..=Dunción conceptual de un generador.
3a Dig. -.+C muestra un impulso de tensión y otro de intensidad en un proceso normal. *ntre los dos polos Eelectrodo y piezaG se establece una tensión E!oG llamada tensión de vacío. )urante un tiempo muy corto EtdG, llamado tiempo de encendido, que oscila entre C,B y 9 Ts, se inicia la descarga a través del líquido dieléctrico. *ntonces la tensión entre los polos baja mucho, hasta un valor !, llamado tensión de descarga. Se crea entonces el impulso de intensidad que es de orma rectangular y de duración t. *n estos generadores, el electrodo es uno de los polos Enormalmente el ánodoG y la pieza el otro. &.2.3 Ti(!s de #enead!es
3os generadores transistorizados que se encuentran en el mercado pueden ser divididos en dos grupos genéricos$ Neneradores isoenergéticos. Neneradores isorecuenciales. • •
&.2.3.1 +enead!es is!ene#$%i"!s.
Su uncionamiento se basa en la obtención de impulsos de energía constante tras el total encendido de la descarga EDig. -.++G.
'resentan como característica principal la constancia de la rugosidad, derivada de la igualdad de la energía de los impulsos. ;omo inconveniente tiene que al producirse las descargas tras el encendido, sin importar el tiempo que se emplee en conseguirlo, las pausas entre cada dos impulsos pueden llegar a ser muy grandes, lo cual provoca, seg"n la dependencia de principio, desgastes superiores del electrodo.
Dig. -.++.=Nenerador isoenergético %demás, al aumentar el tiempo de duración de las pausas disminuye la recuencia, con lo cual disminuye ligeramente la capacidad de arranque. &.2.3.2 +enead!es is!6e"-en"iales.
*stos generadores se caracterizan por mantener una recuencia constante de chispeo, sin que la duración de las pausas vaya in8uenciada por el retardo del encendido de las descargas. aG Neneradores isorecuenciales de baja tensión de encendido. ;omo generador isorecuencial que es, presenta como característica principal la constancia de la recuencia de chispeo EDig.-.+9G. ;omo inconvenientes presenta que todo retardo en el encendido de la descarga, supone una pérdida de energía, con lo que algunas descargas serán de menor potencia con lo cual no habrá constancia en la rugosidad de la pieza.
Dig. -.+9.=Nenerador isorecuencial de baja tensión de encendido.
bG Neneradores isorecuenciales de alta tensión de encendido.
Dig. -.+.=Nenerador isorecuencial de alta tensión de encendido. Se les puede situar a medio camino de los dos casos anteriores pues goza de las características de los isorecuenciales, y además, gracias a la alta tensión de encendido, éste será más rápido, con lo que se apro(ima al trabajo de tipo isoenergético, y dada la alta tensión de encendido, el gap es mayor, lo cual acilita el sistema de arrastre de las partículas erosionadas EDig.-.+G. < PARAMETROS DE LA ELECTROEROSION
Oistos ya los dierentes tipos de generadores y la orma normal de los impulsos, a continuación se verán los dierentes tipos de impulsos y la in8uencia de las variables eléctricas en el arranque, en el desgaste y en la rugosidad. <.1 TIPOS DE IMPULSOS
3os impulsos ya mencionados son, como se ha indicado, los impulsos erosivos normales. Son los que dan un rendimiento mayor. 'ero se pueden dar circunstancias que los hagan variar, y se pueden dar las siguientes$ <.1.1 I(-ls! 7a"0!.
'uede ocurrir que el gap sea demasiado grande, porque el servo no lo ha mantenido constante y se produce un impulso en el cual no hay descarga eléctrica EDig.B.+G.
Dig. B.+.=2mpulso vacío.
*videntemente este tipo de impulso no es erosivo. U si se dan muchos impulsos de este tipo baja el rendimiento de la máquina. <.1.2 I(-ls! en "!%!"i"-i%!.
6tras veces ocurre que los electrodos se ponen en contacto, bien directamente o bien por medio de partículas procedentes de la erosión, que tocan a ambos electrodos. *ntonces la tensión entre ambos electrodos se anula. EDig. B.9G.
Dig.B.9.=2mpulso en cortocircuito <.1.3 A"!s.
6tras veces ocurre que el gap se hace demasiado peque@o, sin llegar a tocarse los electrodos. *ntonces si la tensión de descarga E!G es menor de 9C O, se orman arcos voltaicos, en los que la intensidad no es controlable. )e todo lo e(puesto anteriormente se deduce que la unción del servo sistema de control es undamental. *l servo sistema de control tiene como misión mantener el gap en una distancia tal que la tensión de descarga quede fjada en un valor óptimo que está en unción del tipo de máquina y del material del electrodo y la pieza. Si no se produce descarga Eimpulso vacíoG el servo sistema de control debe reaccionar rápidamente acercando los electrodosR si, por el contrario, se producen cortocircuitos o arcos voltaicos el servo sistema de control debe reaccionar rápidamente alejando los electrodos. <.2 POTENCIA 9 ENER+IA DE UN IMPULSO
3a energía de los impulsos durante el proceso de electroerosión depende de los parámetros eléctricos elegidos. Sin embargo, dado que durante la erosión e(isten una multitud de actores que in8uyen en el proceso y hacen que éstos disten mucho de ser óptimos, el cálculo de la energía de los mismos no resulta tan inmediato como podría derivarse de las leyes básicas de la Dísica. % pesar de ello, a título totalmente teórico y con el fn de acilitar la comprensión de los conceptos, se incluye a continuación un estudio sobre la potencia y energía de los impulsos.
Dig. B..= &ensión y corriente continuas aplicadas a una resistencia.
;omo se sabe por la Dísica, la potencia desarrollada por una corriente continua al paso por una resistencia, ver Dig. B.R viene dada por$ U 2 P= R • I = = D• I R 2
)onde$ U, I, R, P,
&ensión aplicada medida en voltios EOG 2ntensidad que pasa por la resistencia 0 medida en amperios E%G. 0esistencia medida en ohmios EVG. 'otencia medida en vatios EWG.
%simismo si esta corriente pasa durante un cierto tiempo, se desarrolla una energía dada por$ 2
2
W = P •t = R • I •t =U •
)onde$ >, %,
t =U •I •t R
*nergía desarrollada en julios E
Dig. B.-.= 'otencia y energía de un impulso. !na descarga de duración t, es como una corriente continua de valor
if con una tensión
Uf que es la tensión de descarga. *n la Dig. B.- se puede ver lo que esto signifca.
)adas las características de los generadores de alta tensión de encendido se puede suponer tf ≈tj
!n impulso es como una corriente continua que dura será$
tf ( μs ) . 3a potencia de dicha corriente
P=Uf • If
3a energía de un impulso es$ W = Uf •If •tf = P •tf ;omo se ve, la energía de los impulsos es una unción directa de su potencia. *s importante tener esto en cuenta ya que como, se verá, la cantidad arrancada de material en la unidad de tiempo depende de la energía del impulso. %simismo, también la rugosidad obtenida depende de la energía del impulso. ;uanto mayor es dicha energía la rugosidad es mayor. <.3 5ALOR MEDIO DE INTENSIDAD 9 TENSION
#asta ahora se ha hablado de valores reales y concretos de intensidad y de tensión que se dan en los trenes de impulsos. Sin embargo, se suelen mencionar otros conceptos que son los que marcan los aparatos de medida ubicados en el generador y que son los valores medios. Se sabe que en al paso de una corriente continua de valor 2, la carga eléctrica EKG que se mueve desde un tiempo t+ hasta un tiempo t9 es$ Q = I • ( t 2 t 1 )
Dig. B.B.=;orriente continua.
*s decir, el área rayada en la Dig. B.B representa la carga eléctrica movida. Suponiendo ahora un tren de impulsos de intensidad en el caso de la electroerosión se tiene, ver Dig. B.F, lo siguiente$
)urante un tiempo t pasa una corriente i, luego durante el tiempo de pausa EtoG no pasa corriente por al gap ni tampoco pasa corriente durante el tiempo de retraso del encendido EtdG. 'or tanto en un período EtpG la cantidad de carga eléctrica EKG que se mueve vendrá dada por área contenida en el impulso de intensidad, y será$ Q =if • tf Suponiendo que todos los impulsos son iguales, se defne la intensidad media como una intensidad de corriente que uese continua, de valor 2m, y que durante un período moviese la misma cantidad de carga que en un impulso de intensidad i. *s decir$ ;antidad de carga del impulso en un período K X iYt Eárea marcada +, rayado verticalG. ;antidad de carga de la corriente continua en un período K X 2mYtp Eárea marcada 9, rayado horizontalG. Se le llama valor medio o intensidad media E2mG de una corriente pulsada a aquel valor con el que se cumple que las cargas recorridas por ambas corrientes, impulso rectangular Ecorriente pulsadaG y corriente continua, son iguales Eáreas igualesG. •
•
If •tf = Ifm•tp
*l valor medio de la intensidad será$ Ifm= If • tf / tp 'ara calcular la tensión media de trabajo se utiliza el mismo procedimiento. 2gualar el área del impulso con el área de la tensión media EZG, durante un período tp. Uf •tf + Uo•td [rea del impulso$ [rea tensión media$ Si se igualan$ U por tanto la tensión media de trabajo será$
Ūf •tp Ūf •tp =Uf •tf + Uo•td
&odo lo defnido anteriormente sería válido si todos los impulsos uesen iguales y normales. Sin embargo los cortocircuitos, impulsos vacíos y arcos modifcan estas cantidades medias. 'or ello, en ciertos momentos del proceso, se pueden dar oscilaciones en los aparatos de medida. Se pueden tener intensidades medias iguales con muy dierentes tipos de impulsos Ever Dig. B.JG. *n el caso +G la intensidad de impulso es alta, y en el caso 9G es baja. %unque en ambos casos el tiempo de impulso sea igual, en al caso +G el tiempo de pausa es muy grande, siendo, por el contrario, peque@o en el caso 9G. *l resultado presenta una intensidad media igual para ambos casos.
&iempo Dig. B.J.= 2ntensidad media con dierentes tipos de impulsos. <.& RU+OSIDAD
;omo ya se ha indicado, este concepto varía en el proceso con respecto al obtenido en mecanizados convencionales. Mientras que en éstos la rugosidad es direccional, en electroerosión es multidireccional. B.-.+ 0ugosidad media y rugosidad total Si se realiza el corte de una pieza mecanizada por un plano perpendicular a la superfcie se obtiene un perfl real tal como el de la Dig. B.A. &omando una longitud de reerencia se defnen sobre la Dig.B.A los valores de rugosidad media E0aG y rugosidad má(ima E0t o 0ma(G. )icha longitud de reerencia es dierente seg"n la magnitud de la rugosidad que se vaya a medir, y viene establecida en 1ormas. %mbas se miden en Tm.
Dig. B.A.= 'erfl real de una pieza mecanizada <.&.1.1 R-#!sidad edia /Ra
*l valor 0a Erugosidad mediaG de una superfcie se defne como el valor medio aritmético de las distancias de los puntos del perfl real en relación con la línea media, o más simplemente como el valor medio de las dierencias hacia arriba y hacia abajo de la línea media a lo largo de una longitud de reerencia preestablecida. )icho de otro modo, de acuerdo con las Dig. B.A y B., se cumple$
Y 3ínea media !perficie " ( # 1 + # 2 + ..... + # 6 )= !perficie " ( $ 1 + $ 2 + ..... + $ 8 )
Y 0ugosidad Ra• % =!perficie " ( # 1 + # 2 + ..... + # 6 + $ 1 + $ 2 + ..... + $ 8 ) 0a$ Suma de áreas por encima de la línea media más la suma de áreas por debajo de la línea media, dividido por 3. *s decir, la rugosidad 0a es el valor medio de las superfcies %i y /i en la longitud de reerencia E3G
<.&.1.2 R-#!sidad á?ia /R% ! Rá?.
*l valor de la rugosidad má(ima E0t o 0má(G se defne como la distancia entre dos líneas paralelas a la línea media y que tocan al perfl por los puntos más alto y más bajo, dentro de la longitud de reerencia, ver Dig. B.. <.&.2 Fa"%!es de l!s -e de(ende la -#!sidad
*n electroerosión, la rugosidad obtenida en un mecanizado depende principalmente de tres actores$ &iempo de impulso 1ivel de intensidad 'areja de materiales de electrodo y pieza 6bservando las tablas y gráfcas de las tecnologías de erosión se puede observar$ aG 3a rugosidad aumenta al aumentar el tiempo de impulso. *sto es lógico ya que aunque la intensidad de la descarga sea la misma, al aumentar el tiempo sube la energía del impulso, con lo que se orman cráteres de mayor tama@o, lo cual hace aumentar la rugosidad. bG 3a rugosidad aumenta conorme el nivel de intensidad sea mayor. 3a causa es la misma que en el caso anterior. %l aumentar la intensidad aumenta también la energía del impulso, dando superfcies más rugosas. cG *l tipo de los materiales del electrodo y la pieza, tiene también una in8uencia en la rugosidad obtenida para un mismo régimen. 'or ejemplo, la rugosidad es mayor cuando se erosiona acero con electrodo de grafto, que cuando se erosiona el mismo acero con electrodo de cobre. Sin embargo, si se erosiona cobre con cobre, la rugosidad es menor que en los casos anteriores. &odo ello está muy unido a la capacidad de arranque de material. Si el arranque es grande la rugosidad también lo será. • • •
<.&.3 Medi"i'n de la -#!sidad
3a rugosidad de las piezas mecanizadas por electroerosión se puede medir de dos ormas$ 'or medición directa con un rugosímetro. 'or comparación con una regla patrón conocida como >0ugotest? EDig B.+CG • •
Dig. B.+C.= Doto de un >0ugotest? 3o normal es medirla visualmente de la segunda orma citada. 'ero se han de conocer claramente los conceptos que se e(ponen a continuación. 3a norma O)2 -C9 elige para los valores de 0a ETmG normalizados, la serie de 0enard o de 1"meros 1ormales 09C E2S6&;+G que siguen una progresión geométrica de razón +,+9 y que comienza por 0a X C,+Tm. %simismo la 1orma O)2 -C9 asigna a cada rugosidad aritmética media E0aG una >;lase? o 1"mero de 0ugosidad? E1rG. )icho n"mero se halla relacionado con 0a o ;3% por la órmula siguiente$ Nr =20 • log ( 10 • Ra ) *stando 0a e(presado en Tm. % continuación se presenta una tabla que e(presa la correspondencia entre el 1"mero de 0ugosidad E1rG y la 0ugosidad E0aG.
\ Diguran en la regla patrón >0ugotest?. &abla B.+.= ;orrespondencia entre 1r y 0a *n este proceso, cuando se habla de la rugosidad, al igual que ocurre con el gap, se ha de distinguir entre la rugosidad rontal y la rugosidad lateral, entendiéndose como rugosidad rontal a la rugosidad que se da en la superfcie perpendicular a la dirección de avance del electrodo, y rugosidad lateral a la correspondiente a las superfcies paralelas a la dirección del avance del electrodo EDig.B.++G.
Dig. B.++.= 0ugosidad rontal y lateral. 3a rugosidad rontal es siempre mayor que la lateral. 3as tablas de &ecnología dan solamente la rugosidad lateral, lo cual, cuando se trata de la mecanización de agujeros ciegos, se ha de tener presente. 1ormalmente la rugosidad rontal suele ser del orden de + 1r mayor que la lateral. <.&.& As(e"%! de las (ieas e"aniadas (! Ele"%!e!si'n
*l tipo de rugosidad multidireccional que se da en este proceso da a las piezas mecanizadas un aspecto mate, a veces desagradable al operario acostumbrado al aspecto brillante de las piezas mecanizadas por procedimientos convencionales.
Dig. B.+9.= Doto de la rugosidad de una superfcie erosionada 6curre con recuencia que a simple vista las piezas parecen, debido a su aspecto, más rugosas de lo que en realidad son, por lo que es conveniente al menos al principio compararlas con el 0ugotest=patrón. <.< INFLUENCIA DE LOS PARAMETROS ELECTRICOS.
B.B.+ 2n8uencia del tiempo de impulso 3as tablas tecnológicas suelen relacionar el arranque de material EOWG, el desgaste volumétrico relativo EQvG y la rugosidad E1r O)2G con los tiempos de impulso EtiG. )e las tablas tecnológicas se puede deducir lo siguiente$ aG *l arranque de material crece al crecer el tiempo de impulso hasta que llega a un má(imo a partir del cual decrece. bG 'ara tiempos de impulso cortos Eposiciones de puntos bajos de tiG, los desgastes son grandes y disminuyen al aumentar el tiempo de impulso hasta llegar a valores muy peque@os. cG &anto el gap como la rugosidad aumentan al aumentar el tiempo de impulso. <.<.2 In@-en"ia del ni7el de in%ensidad
%simismo, si se mantienen constantes los tiempos de impulso EtiG y de pausa EtoG y se varía el nivel de intensidad EDig. B.+G de los datos de las tablas se pueden obtener las conclusiones siguientes$
Dig. B.+.=Oariación de parámetros en unción de la intensidad aG *l arranque de material y la rugosidad obtenida crecen cuando se aumenta el nivel de intensidad. bG *l desgaste volumétrico relativo disminuye. <.<.3 In@-en"ia del ni7el de in%ensidad
;uando se mantienen constantes todos los parámetros y se hace variar el tiempo de pausa ocurre lo que se relaciona a continuación EDig. B.+-G$
to Dig. B.+-.=Oariación de parámetros en unción del tiempo de pausa aG Si el tiempo de pausa es grande el arranque de material disminuye, debido a que se darán menos impulsos en cada unidad de tiempo. Si to es demasiado peque@o también OW disminuye pues no se da tiempo a eectuar una buena limpieza y se dan muchos cortocircuitos. ;omo resultado e(iste un punto de má(imo arranque, y el tiempo de pausa en el que se da este punto depende de la pareja de materiales a erosionar. bG Si el tiempo de pausa es grande el arranque de material disminuye, debido a que se darán menos impulsos en cada unidad de tiempo. Si to es demasiado peque@o también OW disminuye pues no se da tiempo a eectuar una buena limpieza y se dan muchos cortocircuitos. ;omo resultado e(iste un punto de má(imo arranque, y el tiempo de pausa en el que se da este punto depende de la pareja de materiales a erosionar. cG &anto el gap como la rugosidad total no varían al variar toR es debido a que la energía de los impulsos es la misma aunque se varíe to. Se puede decir apro(imadamente que impulsos que tengan la misma área Ela cual es proporcional a la energía del impulsoG, dan valores de gap y rugosidad igual. U que cuanto mayor es dicha área, mayores son el gap y la rugosidad. = LA LIMPIEZA =.1 DEFINICION
Se defne como limpieza a la circulación del líquido dieléctrico entre el electrodo y la pieza que se está mecanizando. )icho espacio es muy peque@o y ha sido defnido como >gap?. 3a limpieza es muy importante en este procedimiento de mecanizado, ya que de ella depende en gran parte el rendimiento. Si la limpieza es buena se obtiene poco desgaste en el electrodo y buena capacidad de arranque de material. Si por el contrario no se dan buenas condiciones de limpieza subirá el desgaste y disminuirá el arranque de material, dándose por tanto un mal rendimiento de la operación. Sólo con gran e(periencia se consigue determinar la orma de limpieza en cada caso. 3a misión de la limpieza es limpiar el gap de las impurezas que se producen durante la erosión. )ichas impurezas son$ Nases que provienen de la disociación del dieléctrico. 'artículas de carbón que provienen del cra7ing del dieléctrico. 'artículas procedentes de la erosión, que han sido arrancadas de ambos electrodos )ebido a las altísimas temperaturas que se dan en los puntos donde se producen las descargas eléctricas, el líquido dieléctrico sure un proceso de cra7ing, es decir de descomposición. *llo hace que desprendan burbujas de gas y partículas de carbón. 3as partículas de carbón son en general muy fnas y de muy poco peso específco. *llo hace que se queden en suspensión y no sean ácilmente arrastradas por el dieléctrico. 3as burbujas de gas, en general, son evacuadas por el gap. 'ero una concentración de gas e(cesiva hace que no se puedan ormar bien las descargas, perdiéndose rendimiento. *n cuanto a las partículas arrancadas del electrodo y pieza, es decir, lo que se podría considerar como la viruta de la electroerosión, pueden ser de dierentes ormas, seg"n los materiales que componen dichos electrodos. Seg"n esta característica aparecen en varias ormas y tama@os, como son bolas macizas, ormas tetraédricas y otras EOer Dig. F.+G. • • •
Dig. F.+.=Dotograías de residuos de erosión *n general el acero suele dar bolas grandes, bien huecas o macizas, el aluminio ormas espumosas y grandes, el cobre suele aparecer en ormas peque@as y el grafto y metal duro en orma de polvo fno. % veces aparecen Ese puede observar mirando al microscopioG, trozos de material de ambos electrodos mezclados en una misma partícula. =.2 INFLUENCIA ELECTROEROSION
DE
LA
CONTAMINACION
DEL
+AP
EN
EL
PROCESO
DE
!na pregunta que se puede de plantear es si es mejor un gap con mucha contaminación, con poca o con el dieléctrico puro. %l principio del mecanizado el líquido dieléctrico se puede considerar puro, ya que acaba de ser fltrado. 'or ello está totalmente e(ento de las partículas mencionadas en el apartado e(terior.
Dig. F.9.= Nrado de contaminación y dimensión del gap Se sabe que la resistencia que opone un dieléctrico puro al paso de la corriente eléctrica es mayor que la que opone un dieléctrico con cierta cantidad de partículas. 'or ello en los primeros impulsos, el tiempo de retraso del encendido EtdG es grande. !na vez que el dieléctrico está polucionado este tiempo disminuye haciendo la descarga más ácil. %demás de esto cuando hay contaminación el gap aumenta EDig.F.9G. *sto acilita la regulación al disponer de un espacio mayor para ello. Sin embargo si la contaminación es muy grande la resistencia del dieléctrico disminuye mucho y pueden pasar los enómenos siguientes$ aG 3a e(cesiva cantidad de gases puede dar lugar a que no se orme bien el canal de descarga, y que en lugar de ser cilíndrico se ramifque, perdiéndose rendimiento. bG 'ueden darse que parte de la energía se utilice en volver a undir las partículas ya arrancadas, perdiéndose rendimiento. cG !n e(ceso de contaminación puede dar lugar a que se ormen arcos y cortocircuitos que da@en al electrodo y a la pieza. 'or ello este e(ceso de gases y partículas debe ser eliminado del gap por medio de la limpieza, o sea por la circulación del líquido dieléctrico a través de él. 3a limpieza es por tanto tan importante como los parámetros eléctricos Enivel de intensidad, tiempos de impulso y pausa, etc.G, en cuanto se refere a la obtención de un buen rendimiento. 1o debe ser ni e(cesivamente uerte ni e(cesivamente débil, ya que para obtener un buen rendimiento es preciso que el gap se halle algo contaminado. =.3 FORMAS DE LIMPIEZA
&odas las máquinas de electroerosión se hallan equipadas para realizar la limpieza por los procedimientos que a continuación se indican$ =.3.1 Li(iea (! (esi'n
*ste método consiste EDig. F. y F.-G en introducir el dieléctrico en el gap bien a través de la pieza o del electrodo. 3a Dig. F. muestra el caso de limpieza por presión a través de la piezaR ésta se coloca sobre un vaso soporte, al cual llega el tubo que está conectado al mando de presión. *l vaso se llena de líquido que sale hacia el gap, espacio entre el electrodo y la pieza, por medio de un orifcio que se ha practicado con anterioridad en la pieza. Se ha de tener cuidado de que dicho taladro sea realizado con anterioridad al temple en el caso de que la pieza que se ha de erosionar sea de acero templado.
Dig. F..=3impieza por presión a través de la pieza 3a limpieza por presión a través del electrodo se muestra en la Dig. F.-.
Dig. F.-.=3impieza por presión a través del electrodo *n este caso el líquido es inyectado por un agujero practicado por el electrodo. 3a limpieza por presión da como resultado agujeros ligeramente cónicos EDig. F.B y F.FG cuando se realizan agujeros con un electrodo de sección constante. *sta conicidad es debida a un eecto de electroerosión, que se puede llamar secundaria, en el gap lateral, a pesar de que como ya se ha dicho, el gap lateral es mayor que el rontal. *sta erosión secundaria es debida a que el paso de las partículas por el gap lateral, crea a veces condiciones idóneas para que se den descargas laterales, lo cual por un lado constituye una pérdida de rendimiento, ya que tales descargas, que se debieran de dar rontalmente, no se dan así, sino lateralmente.
Dig. F.B.=;onicidad en un caso de limpieza por presión a través de la pieza
Dig. F.F.=;onicidad en un caso de limpieza por presión a través del electrodo *ste modo de limpieza puede ser utilizado, y de hecho se utiliza, en el mecanizado de matrices para troqueles, en las cuales se busca intencionadamente una determinada conicidad. Se ha de tener en cuenta entonces que la matriz se ha de disponer para erosionar en el sentido inverso al de su montaje en el troquel, con el fn de obtener la conicidad en el buen sentido. *n el caso de limpieza por presión a través del electrodo se va ormando un cilindro que es parte de la pieza que se está erosionando. Si el agujero a realizar es totalmente pasante, cuando el electrodo llega al fnal, dicho cilindro puede moverse tocando las paredes del electrodo y produciendo un cortocircuito permanente. 'or ello se ha de parar el proceso, con el fn de arrancar el cilindro, y después terminar el proceso. *l movimiento orbital puede ayudar a reducir este problema. =.3.2 Li(iea (! as(ia"i'n
*ste procedimiento consiste en succionar dieléctrico, desde el tanque de trabajo, a través de la pieza por el vaso soporte, o bien a través del electrodo EDig. F.J y F.AG.
Dig. F.J.=3impieza por aspiración con vaso a través de la pieza
Dig. F.A.=3impieza por aspiración a través del electrodo *ste procedimiento de limpieza suele dar, en general, cuando la aspiración se realiza por el electrodo, mejores resultados que si se realiza por la pieza, en lo reerente a capacidad de arranque.
'or otro lado la técnica de limpieza por aspiración, sea por electrodo o por la pieza, permite evitar EDig. F. y F.+CG la erosión lateral secundaria, no ormándose por lo tanto la conicidad que ocurre en el método de presión. *n el caso de limpieza por aspiración a través del electrodo, dicha conicidad se orma en el cilindro interior.
Dig. F..=;onicidad con limpieza por aspiración a través de la pieza 3a depresión de la aspiración no puede llegar a valores altos como en la presión. Se puede llegar solamente a unos C,A 7gcm9, lo cual a veces no da un buen rendimiento.
Dig. F.+C.= ;onicidad con limpieza por aspiración a través del electrodo =.3.3 Li(iea (! lana la%eal
%lgunas veces no se pueden realizar orifcios ni en la pieza, ni en el electrodo por los cuales se pueda introducir el líquido dieléctrico hasta el gap con el fn de eectuar la limpieza.
Dig. F.++.=3impieza con lanza lateral
Dig. F.+9.=3impieza de ranuras *ste es el caso de "tiles de prensa para orjar, medallas, cubiertos, etc. EDig. F.++G y el caso de ranuras proundas y estrechas muy empleadas en la industria del plástico y juguetería EDig. F.+9G. *n la Dig. F.+9 se advierte que la lanza, que envía el dieléctrico a presión, ha de dirigirse con un ángulo determinado, tomando las precauciones siguientes$ aG *l ángulo de entrada de la lanza ha de coincidir en todo lo posible con la entrada del gap lateral. Si no ocurre así EDig. F.++G se orman turbulencias a la entrada del gap, y es muy poca la cantidad de dieléctrico que entra en él, no desarrollándose en este caso una limpieza efcaz. Si el dieléctrico está bien dirigido, la cantidad de dieléctrico que entra en el gap será má(ima. 2ncluso en el caso de matrices de prensa para orja, se han de mecanizar accesos especiales para la entrada del dieléctrico. bG 3a dirección de la lanza es muy importante en el caso de ranuras estrechas y proundas EDig. F.+9G. &eniendo en cuenta que el líquido dieléctrico ha de mojar bien toda la superfcie, si la dirección no es la buena, además de no entrar el dieléctrico en el gap, y dado el poco espesor del electrodo, éste puede llegar a doblarse, corriendo el riesgo de tener continuas vibraciones en el electrodo, e incluso gran n"mero de cortocircuitos. cG *n el caso de ranuras, en particular, y en todos casos, en general, el líquido debe ser introducido por la cara mayor, y lo más repartido posible por dicha cara, con el fn de mojar toda la superfcie, y llegar más ácilmente hasta el ondo. dG *n ning"n caso debe introducirse el líquido dieléctrico por dos lados opuestos EDig. F.+9G, ya que entonces ambas corrientes de dieléctrico quedarían anuladas. eG *ste método de limpieza debe utilizarse siempre combinado con el temporizador, de orma que se eleve el electrodo temporalmente, permitiendo la entrada de líquido dieléctrico limpio en el gap. =.3.& Li(iea "!n %e(!ia"i'n
*l temporizador es un dispositivo que controla el tiempo de erosión, con objeto de retirar brevemente el electrodo del lugar de trabajo, aumentar el volumen del gap, y poder retirar así más ácilmente los residuos de la erosión. *sta es una orma de trabajar sin utilizar ni el sistema de presión ni el sistema de aspiración Eo en ocasiones, combinado con cualquiera de ellosG. )e esta orma no hay que practicar agujeros en el electrodo o en la pieza EDig. F.+G.
Dig. F.+.=3impieza por temporización. *n principio la pieza se halla introducida en el tanque de trabajo lleno de dieléctrico. )urante un tiempo determinado se ejecuta el proceso de erosión, contaminándose el dieléctrico. %l subir el electrodo el volumen del gap aumenta, creándose un vacío que se rellena con el dieléctrico limpio, el cual se mezcla con el líquido contaminado que se halla en el interior %l bajar otra vez el electrodo disminuye el volumen del gap, obligando a salir al e(terior la mayor parte del líquido, el cual arrastra las partículas contaminantes. *sta orma de limpieza se utiliza en el mecanizado de agujeros proundos, permitiendo la erosión en dichos casos, sin circulación orzada de dieléctrico. Si durante la salida del dieléctrico por el gap, no hay tensión entre electrodos, este método no da lugar a conicidades laterales *l sistema de limpieza con temporizador permite programar tanto el tiempo de retroceso del electrodo como el de avance del electrodo y, por tanto, la duración de la erosión entre cada dos retrocesos del electrodo. *n principio la duración de ambos tiempos depende del trabajo a realizar. 'ero como idea general, el tiempo de trabajo erosionado debe de ser lo más largo posible y el de retroceso lo menor posible. *(iste un caso especial de temporización, la temporización sincronizada, que consiste en eectuar la limpieza de la zona de trabajo sólo durante el movimiento de retroceso del electrodo. %sí, la erosión se eect"a sin limpieza, con lo que no e(istirían las limitaciones que una diícil limpieza pudiese ocasionar. =.3.< Li(iea "!n (esi'n in%ei%en%e
;onsiste en una alimentación no continua de 8uido dieléctrico hacia el gap. ;on ello se obtienen desgastes menores en zonas críticas como son las salidas y entradas del dieléctrico en orifcios y en los cambios bruscos de succión. *l desgaste suele ser más uerte en la zona del canal de limpieza, con presión continua que con presión intermitente. *ste hecho se e(plica porque para cierto grado de impureza del líquido el desgaste es más regular y débil. 'or ello lo que se hace es renovar el líquido del gap periódicamente. 3a presión intermitente puede llegar a evitar un segundo electrodo de desbaste.
Dig. F.+-.= 3impieza con presión intermitente. EL LI8UIDO DIELECTRICO .1 MISIONES DEL LI8UIDO DIELECTRICO
Si las descargas eléctricas se diesen en un gas o en aire el eecto erosivo sería muy peque@o, ya que la descarga se ramifcaría, perdiéndose todo su eecto. 3a misión del líquido dieléctrico, que se introduce a presión en el gap, es concentrar la descarga en un punto. ;on ello se logra una capacidad de erosión muy superior a la que se daría si entre ambos electrodos hubiese un gas o aire. 6tra misión del dieléctrico, y tal vez la principal, es la actuar como dieléctrico, es decir, como aislante entre los dos electrodos. 3a principal característica eléctrica de un aislante es su rigidez dieléctrica. %l ir aumentándola tensión entre el electrodo y pieza, llega un momento en que el líquido se ioniza ligeramente permitiendo el paso de una peque@a corriente eléctrica. *sto a su vez hace aumentar la ionización, con lo que la resistencia eléctrica del líquido eléctrico baja bruscamente. *ntonces se da descarga en orma de avalancha, que caracteriza a las descargas erosivas. !na vez terminado el impulso, el líquido debe de desionizarse, y la siguiente descarga podrá darse en el punto en que el campo eléctrico entre electrodo y pieza sea capaz de volver a ionizarlo y de ormar el canal a través del cual se dará la siguiente descarga, ocurriendo así un reparto al azar de las descargas sobre la superfcie a erosionar. %demás el líquido cumple otras dos misiones importantes, que son$ *l arrastre de las partículas ya erosionadas de la zona de trabajo, mediante un procedimiento de limpieza adecuado Ever ;apítulo FG, para evitar problemas de estabilidad en el proceso. 0erigerar el electrodo y la pieza, ya que debido al eecto térmico de las descargas, tienen tendencia a calentarse durante el mecanizado. .2 CARACTERISTICAS 8UE DEBE DE REUNIR UN LI8UIDO DIELECTRICO PARA SER EMPLEADO EN ELECTROEROSION
*stas características deben de ser las siguientes$ aG &ener la sufciente rigidez dieléctrica para soportar los campos eléctricos que crean las tensiones que se aplican a ambos electrodos Eoscilan entre FC y CC voltiosG, que están separados en un gap que oscila entre +C y 9BCC micras, no permitiendo el paso de la corriente si no es orma de descarga. bG )eben tener baja viscosidad y baja tensión superfcial, o sea que moje bien, a fn de penetrar con acilidad hasta el "ltimo rincón del gap y reconstruir allí las condiciones normales de aislamiento. %demás debe de poder pasar por espacios menores a B micras para poder eectuar el arrastre de los residuos de la erosión. cG )eben de ser químicamente neutros, nunca ácidos, con el fn de no atacar al electrodo y pieza, ni a las partes de la máquina con las que se ha de poner en contacto. dG )ada la gran superfcie de contacto entre el líquido y el aire, su volatilidad debe de ser baja, para evitar pérdidas. eG *l punto de in8amación debe de ser lo sufcientemente alto para evitar el peligro de incendio, siempre y cuando se hayan observado las normales medidas de seguridad. G 1o debe de desprender vapores nocivos con olor especialmente desagradable, ni tampoco debe de producir irritaciones en la piel, ni tener ning"n otro riesgo.
gG )ebe tener las características térmicas adecuadas para poder enriar las superfcies erosionadas y evitar posibles variaciones dimensionales que originan las altas temperaturas locales que se dan en ambos electrodos. hG )eben de presentar una mínima ormación de lodos Eresiduos de crac7ingG en las peores condiciones de mecanizado. iG )eben de conservar sus propiedades en todas las condiciones de mecanizado, es decir, que sean mínimamente sensibles a las variaciones de temperatura, a los restos de la erosión y los productos de descomposición resultantes de la acción de las descargas. jG Su precio no debe de ser e(cesivo y la obtención en el mercado debe de ser ácil. *ntre las características enumeradas, hay algunas que ejercen una acción muy importante sobre el rendimiento en el mecanizado. )e ellas la más importante, tal vez, es la desionización del dieléctrico. *ste debe de desionizarse lo más rápidamente posible y volver a su estado inicial para que se puedan dar más descargas. Si la desionización es rápida la velocidad de arranque de material aumenta mucho, mientras el desgaste relativo se reduce considerablemente. .3 TIPOS DE DIELECTRICOS UTILIZADOS
3os líquidos que mejor cumplen con las características antes mencionadas son los hidrocarburos, aunque e(isten ciertas dierencias entre los aceites y el petróleo. .3.1 A"ei%es
3os aceites que mejor se comportan en este proceso son los minerales, ya que su temperatura de in8amación es alta, oscilando entre +9C y +BC] ;, lo cual supone una gran seguridad contra incendios. 3a viscosidad del aceite es elevada, variando entre F y 9 cts., lo cual, junto a la característica antes mencionada Epunto de in8amación altoG, los hace aconsejables para trabajos de desbaste. *n este tipo de trabajos el gap es grande y por ello no suele haber problemas en la circulación del dieléctrico por el gap. Sin embargo no es válido para trabajos de acabado donde el gap es muy peque@o, y debido a su alta viscosidad, el aceite no puede circular por él. .3.2 A#-a
*l agua se utiliza como dieléctrico sólo en algunas ocasiones, como micromecanizados y en general para máquinas de corte por hilo. )ebe de estar totalmente desmineralizada. .& FACTORES 8UE AFECTAN AL MECANIZADO
%demás de todo lo ya citado, hay otros actores que aectan al mecanizado, como son$ &emperatura del dieléctrico Nrado de limpieza 'resión de limpieza • • •
.&.1 Te(ea%-a del diel$"%i"!
*n los aceites, al aumentar su temperatura, aumenta también el rendimiento del mecanizado Ever Dig. J.+G, hasta un cierto punto, a partir del cual vuelve a disminuir. *llo se atribuye a que al aumentar la temperatura baja la viscosidad del aceite Ese hace más líquidoG, y por ello la limpieza es mejor. % partir de ese punto vuelve a disminuir el rendimiento debido a que se crea un e(cesivo desprendimiento de gases, lo cual contrarresta el eecto anterior dando lugar a inestabilidades, que disminuyen el rendimiento.
Dig. J.+.= 2n8uencia de la temperatura del dieléctrico en el rendimiento del mecanizado. .&.2 +ad! de li(iea
*l grado de suciedad del dieléctrico in8uye menos en el caso de descargas con intensidades altas, pues en este caso el gap es mayor y la limpieza más ácil. .&.3 Pesi'n de li(iea
;omo ya se ha indicado en el ;apítulo F, dedicado a la limpieza, ésta es una de las operaciones más importantes del proceso de electroerosión. 3ógicamente la presión a que se inyecta el 8uido in8uye en el rendimiento del proceso.
Dig. J.9.= 2n8uencia de la presión del dieléctrico en el rendimiento del mecanizado y el desgaste. *n la Dig. J.9 se aprecia la in8uencia de la presión del 8uido sobre el arranque y el desgaste relativo del electrodo. *n ella se ve como si la presión es e(cesivamente baja el arranque de material disminuye y el desgaste aumenta. *llo es debido a que se acumula con muy baja presión mucha suciedad en el dieléctrico y se dan cortocircuitos. *n el caso de que la presión sea e(cesivamente alta también se da una pérdida de rendimiento. *s debido a que en un dieléctrico e(cesivamente limpio el gap disminuye y también se dan cortocircuitos.
SISTEMAS DE FILTRADO EN ELECTROEROSION .1 INTRODUCCION
)esde el comienzo de la puesta a punto de la electroerosión como sistema de mecanizado, durante el fnal de la década de los -C y la primera mitad de los BC, se vio que el proceso de arranque del metal de una pieza por acción de una descarga eléctrica tan sólo era posible si ésta se producía en un medio dieléctrico líquido. *l eecto que la descarga eléctrica producía era considerablemente mayor si la descarga se realizaba en un medio que hiciese que ésta uese en orma de avalancha, por ello era preciso que uese un medio dieléctrico, y además el hecho de que el dieléctrico uese líquido concentraba la descarga impidiendo que ésta se ramifcase, tal y como ocurría en medios dieléctricos gaseosos. 'or todas estas e(periencias llevadas a cabo antes de la aplicación industrial de la electroerosión, siempre ha sido una característica undamental en esta tecnología la necesidad de un medio dieléctrico líquido en el que estuviesen sumergidos tanto el electrodo como la pieza a mecanizar. %demás de la unción propia que como elemento dieléctrico desarrolla, el líquido dieléctrico sirve para realizar otra unción muy importante y que es la de evacuar los residuos de la erosión que no son otros que el material arrancado a la pieza y el perdido por el electrodo. M"ltiples e(periencias demuestran que la presencia de los residuos de erosión en suspensión en el líquido dieléctrico da lugar a diversos eectos de índole negativa como pueden ser por ejemplo$ !na disminución de la capacidad de arranque. !na mayor propensión a la generación de arcos voltaicos. !na mucha mayor probabilidad de generación de descargas parásitas que puedan da@ar a la precisión de la pieza. 'ara evitar todos estos eectos negativos se hace necesario un sistemas que permita la circulación del líquido dieléctrico por el área de trabajo para avorecer la evacuación de los residuos de la erosión, y sobre todo una unidad de fltrado que permita la separación de tales residuos del líquido dieléctrico. %sí pues la unidad de fltrado del líquido dieléctrico es una parte tan undamental en una instalación de electroerosión, como lo puedan ser el tanque de trabajo, la mesa de coordenadas, el cabezal o el propio generador. • • •
.2 E5OLUCION DEL CONCEPTO DE PRODUCTI5IDAD
*l concepto de :productividad: en la tecnología de la electroerosión por penetración estuvo ligado en los comienzos de la aplicación industrial de la electroerosión a la evolución tecnológica de los generadores. *n eecto, en los orígenes los generadores eran del tipo denominado como :de relajación: y su característica undamental era el gran desgaste que producía en los electrodos. 'osteriormente, ueron sustituidos por los generadores transistorizados que ya aportaban como novedad una drástica reducción de los desgastes hasta prácticamente los niveles actuales, y si bien se puede hablar de dierentes evoluciones entre los generadores transistorizados, también es verdad que los resultados obtenidos en cuanto a :productividad: se refere no han sido muy grandes. 'or todo ello, se puede decir que en la práctica, hacia mediados de la década de los JC se interrumpió una evolución progresiva en la mejora de los valores :productivos: que se podrían defnir básicamente por la capacidad de arranque de material y por el desgaste del electrodo. *n eecto, hasta mediados de la década de los JC la característica undamental para valorar una máquina de electroerosión era la capacidad de arranque medida en milímetros c"bicos por minuto o lo que es lo mismo, cuánto tiempo tardaba en realizar un trabajo concreto. Sin embargo, la realidad era que la pérdida de tiempo en la puesta a punto de los electrodos en la máquina, teniendo en cuenta que había que trabajar con electrodos de desbaste y acabado, tenía una importancia muy superior al valor intrínseco de la :capacidad de arranque: medida en milímetros c"bicos por segundo, por lo cual la mentalidad del concepto :productividad: cambió la unidad de tiempo hacia valores mayores, tal y como la jornada o el día en lugar del segundo.
*s decir, que no se miraba tanto al tiempo requerido para la realización de una pieza sino el n"mero de piezas que una máquina podía hacer por día, con lo que el concepto :productividad: integraba también los tiempos empleados en el intercambio de electrodos y preparación de los trabajos. %nte esta inquietud del mercado, o quizás creando esta inquietud en el mercado surgen, a mediados de la década de los JC, los sistemas de accesorios como un elemento que permite reducir a un mínimo los tiempos de intercambio de los electrodos e incrementar de orma substancial la productividad de las máquinas. 3a importancia en la reducción de tiempos muertos es tal que incluso el concepto de :productividad: vuelve a evolucionar y se comienza a hablar de :capacidad de arranque por unidad de tiempo EdíaG y por operario:. *s decir que el elevado grado de automatización, la larga duración de los trabajos y una adecuada planifcación del trabajo permiten a un sólo operario hacer trabajar y controlar simultáneamente a más de una máquina. *s también en la segunda mitad de la década de los JC cuando surge con uerza una idea antigua, pero que no había sido aceptada por el mercado, y que permitía una importante reducción de costos en la abricación de los electrodos y una gran mejora de las condiciones de trabajo en los regímenes de acabado. *sta idea no es otra que la unción orbital y que, sobre todo, en la década de los AC abre las puertas de la electroerosión a la tecnología del control numérico. 3a evolución en los "ltimos +C a@os es clara y ampliamente conocida, y en ella, la in8uencia del ;1; es total, haciendo variar una vez más el concepto de :productividad: dado que el trabajo totalmente autónomo de las máquinas es una circunstancia normal, gracias a la utilización de sistemas programables intercambiadores de electrodos yo piezas. 2ncluso el término :productividad: se ha visto aectado en el apartado correspondiente a la abricación de electrodos ya que la utilización de sistemas de control numérico y de elementos intercambiadores de electrodos ha permitido el simplifcar de una orma muy importante la producción de éstos. )e hecho, hasta la implantación de las unciones orbitales, los electrodos de desbaste y acabado eran iguales en su orma salvo una peque@a dierencia en sus dimensiones debida a la dierencia de N%' e(istente entre sus respectivos regímenes. ;on la unción orbital, ya se podían empezar a abricar los electrodos de desbaste y acabado con las mismas dimensiones e incluso, dependiendo del tipo de trabajo a desarrollar, era posible el utilizar un sólo electrodo para ambos procesos al encargarse la unción orbital de compensar las medidas del electrodo durante la mecanización en régimen de acabado. 3a abricación de electrodos de ormas complicadas pudo así mismo ser simplifcada hasta un má(imo con el uso de los generadores programables y los cambiadores automáticos de electrodos, ya que se podían descomponer las ormas de aquellos en una serie de electrodos de ormas simples, y por tanto sencillas y baratas de producir, con los que posteriormente se podría obtener la orma deseada por compleja que uese, en una labor mucho más sencilla. &ambién se habla cada vez más de la implementación de máquinas de electroerosión en entornos ;2M E;6M'!&*0 21&*N0%&*) M%1!D%;&!=021NG o en sistemas 8e(ibles de abricación. 'ero si bien todo esto es posible bajo el punto de vista de los generadores, ;1;^s, intercambio de electrodos y de piezas, etc., sin embargo queda un parámetro muy importante en cuanto a que limita de una u otra orma el grado de autonomía de las máquinas y lo hace depender, de un modo más o menos directo, del operario de la máquina. *ste parámetro es el tiempo que la unidad de fltrado puede trabajar sin necesidad de ser a su vez limpiada, o cuando menos atendida en labor de mantenimiento. 'ara poder cuantifcar la in8uencia de las unidades de fltrado en el grado de autonomía de las máquinas de electroerosión habrá que analizar en detalle el modo de trabajo y el tipo de servidumbre que cada uno de los dierentes tipos de sistemas de fltrado actuales precisa. .3 TIPOS DE SISTEMAS DE FILTRADO
%ctualmente se puede hablar de la e(istencia de prácticamente sólo tres sistemas de fltrado que equipan el total de las máquinas de electroerosión instaladas en el mercado tanto en su modalidad de penetración como de hilo.
% estos sistemas se les puede a@adir uno nuevo, del cual se hablará un poco más adelante, y que aporta unos resultados muy interesantes en cuanto a operatoria y con una calidad de fltración e(actamente igual a los otros. .3.1 Unidades de *l%ad! edian%e "a%-")!s
*stas unidades fltran el líquido dieléctrico por el simple método de hacerlo pasar a través de un cartucho de papel fltrante que retiene los residuos de la erosión, obteniendo una buena calidad de fltrado. 3os cartuchos están construidos mediante un papel especial EDig. A.+G dispuesto en una orma ondulada para poder concentrar en un volumen reducido el má(imo de superfcie fltrante, ya que la vida o duración activa de este tipo de fltros va directamente ligada a la superfcie fltrante. 'or el centro del cartucho pasa un tubo perorado con el fn de recoger el líquido limpio y poder ser canalizado al punto deseado. *stos cartuchos suelen ir dispuestos en unas botellas metálicas a las cuales llega el líquido dieléctrico sucio impulsado por una bomba, orzando esta presión el paso del líquido a través del papel y su posterior salida del cartucho hacia el depósito de líquido limpio, si lo hubiera, o hacia la zona de erosión en el tanque de trabajo.
*stas unidades de fltrado están siendo utilizadas tanto para fltrar aceites en las máquinas de electroerosión por penetración como para fltrar agua en las máquinas de electroerosión por hilo, y el n"mero de cartuchos utilizado dependerá directamente de la cantidad de residuos de erosión que la máquina genere y del tiempo que se desee que la unidad de fltrado pueda trabajar sin necesidad de reemplazar los cartuchos. *stos cartuchos, a medida que van fltrando los residuos de la erosión, van perdiendo gradualmente la capacidad de fltración y el paso del dieléctrico por el cartucho es cada vez más diícil, haciendo que se produzca un descenso en la cantidad de líquido fltrado con el riesgo de ocasionar alguna difcultad al trabajo de erosión. 3a vida normal de estos sistemas suele ser de unas 9CC a CC horas de trabajo estando esta cira muy in8uenciada por el tipo de trabajo desarrollado, ya que como es evidente, la generación de residuos de erosión es mucho mayor en un régimen de desbaste que en uno de acabado. %l fnal de la vida normal de los cartuchos es preciso parar la máquina para proceder a su sustitución por otros nuevos, labor ésta desagradable por la suciedad de los residuos de erosión empapados en dieléctrico, que hace que muchas veces los operarios intenten prolongar al má(imo la utilización con una clara in8uencia negativa en el trabajo de erosión. !na vez e(traídos los cartuchos vendrá una nueva difcultad, planteada por las normativas de protección del medio ambiente, para su desecho. )e todas ormas esta problemática aecta a todos los sistemas de fltrado ya que siempre e(istirán unos residuos de erosión empapados en el aceite dieléctrico.
'or "ltimo y para terminar con este sistema de fltrado, también hay que citar otro tipo de cartuchos en los cuales, si bien todo lo dicho hasta ahora es válido, el sistema de movimiento del líquido es dierente. *n eecto, estos cartuchos reciben el líquido dieléctrico por el tubo metálico perorado dispuesto en su interior y lo fltran hacia auera, lo cual hace que todos los residuos permanezcan en su interior y la labor de sustitución sea algo menos desagradable. .3.2 Unidades de *l%ad! edian%e aandelas de (a(el
*stas unidades se caracterizan por la e(istencia de una serie de elementos fltrantes que están ormados por un elevado n"mero de arandelas de papel dispuestas en un tubo metálico perorado y que se encuentran comprimidas mediante un muelle situado en el interior de dicho tubo EDig. A.9G.
Dig. A.9.= ;onstrucción interna del fltro de arandelas de papel. *l n"mero de elementos fltrantes será mayor o menor en unción directa de la potencia má(ima del generador.
)urante el trabajo normal del fltro, el dieléctrico sucio llega por el e(terior de los elementos fltrantes EDig. A.G y la presión de la bomba le hace pasar por entre las arandelas de papel que retienen las suciedad gracias a la uerza de unión que el muelle les proporciona, permitiendo que el líquido que llegue al tubo central esté limpio y pueda ser utilizado en el trabajo de erosión. *l tiempo que estos elementos fltrantes pueden aguantar en trabajo es reducido, pero la gran característica de este sistema de fltrado es que los elementos pueden ser limpiados de orma que se puedan restablecer las condiciones iniciales de trabajo. Seg"n recomendaciones del abricante, cada A horas conviene limpiar los elementos fltrantes, aunque esta cira podría variar de acuerdo con la cantidad de residuos generados y por tanto, seg"n el tipo de régimen de generador utilizado.
)e todas ormas, A horas es una jornada laboral y nada cuesta al fnal de la jornada laboral el utilizar B minutos en eectuar la limpieza del fltro, ya que esta labor no requiere más tiempo. 3a primera precaución es la de eectuar esta limpieza cada A horas y, al terminar la operación de limpieza, asegurarse de llenar de líquido dieléctrico la bombona que contiene los elementos fltrantes, ya que si el papel de éstos se seca, se perdería el poder fltrante del sistema y se podría hablar de la muerte del sistema. 3a otra precaución es cuidar que el aire que eectuará la limpieza a contra corriente deberá estar perectamente seco, ya que el agua es el otro actor que puede hacer inservible el sistema. )e este "ltimo dato se puede deducir que este sistema de fltrado tan sólo sirve para las máquinas de electroerosión de penetración, ya que sólo puede fltrar aceites y no agua. *ste sistema de fltrado podría ser susceptible de automatizarse de orma que la limpieza del fltro pudiera eectuarse sin la necesidad de la presencia del operador. *l desecho de los residuos en este tipo de fltro implica tan sólo a los propios residuos y no a@ade ning"n elemento ajeno como podría ser el cartucho en el caso anterior. .3.3 Unidades de *l%ad! de (e"a(a /%iea de dia%!eas
*l sistema de fltrado en este tipo de unidades es totalmente dierente a los anteriormente analizados ya que el medio fltrante, la tierra de diatomeas, se mezclará con el líquido a fltrar en una operación previa de preparación del sistema. 3a unidad de fltrado está compuesta por una bombona que contiene unos elementos tubulares EDig. A.BG fjados en un disco y en cuya parte superior hay un pistón que golpeará al disco durante la labor de e(tracción de los residuos de erosión, como se verá más adelante.
;ada elemento tubular consiste en un muelle EDig. A.F%G con una cubierta e(terior de malla metálica y se caracteriza por una gran 8e(ibilidad. 3os espacios que deja la malla metálica, si bien no son lo sufcientemente peque@os como para retener las partículas que componen los residuos de erosión, sí lo son como para no dejar pasar el fno polvo que constituye la tierra de diatomeas disuelta en el líquido dieléctrico. *l principio de uncionamiento de este tipo de sistema de fltrado consiste en hacer circular el líquido dieléctrico conteniendo la tierra de diatomeas a través de los tubos del depósito de fltrado cuya malla metálica impide el paso de la tierra de diatomeas EDig. A.F/G ormándose de este modo una capa alrededor de los elementos tubulares. *sta capa de tierra de diatomeas tiene la característica de no permitir el paso de los residuos de erosión EDig. A.F;G, con lo cual el conjunto se comporta como una eectiva unidad de fltrado.
3a acumulación de los residuos de erosión en la capa fltrante de tierra de diatomeas hará precisa una limpieza del sistema en un tiempo determinado. *sta unción se lleva a cabo mediante el pistón de la parte superior de la bombona que al golpear al disco que soporta los tubos metálicos hará que estos, gracias a su 8e(ibilidad, hagan caer la capa de tierra de diatomeas mezclada con los residuos de erosiónEDig. A.F)G. 'ara volver a iniciar el ciclo de trabajo habrá que a@adir tierra de diatomeas al líquido dieléctrico para poder volver a preparar la capa fltrante sobre los elementos tubulares metálicos. *ste tipo de fltro se caracteriza por su gran capacidad de absorción de residuos, lo que le hace ser muy utilizado en máquinas de gran capacidad de arranque o en sistemas centralizados de fltración. 3a cantidad de tierra de diatomeas utilizada cada vez es reducida, no suele superar los 5g. y además es de destacar el reducido costo de la tierra de diatomeas. 3a evacuación de los residuos es similar al caso anterior, aunque en este caso los residuos propios de la erosión estarán mezclados con la tierra de diatomeas. *ste sistema de fltrado se utiliza tanto para aceite como para agua, y aunque las aplicaciones desarrolladas para agua diferen en la orma, el principio de uncionamiento es siempre el mismo. )e todos modos, las tendencias de respeto a la seguridad laboral y al medioambiente han impuesto la no utilización de las tierras de diatomeas, dado su carácter contaminante, lo cual ha llevado a la aparición de otros productos sustitutivos de las tierras de diatomeas. .3.& Unidades de *l%ad! edian%e (!l7! ineal
*ste tipo de sistema, desarrollado y patentado por 61% destaca por su gran capacidad de ser automatizado, lo que le hace idóneo para las nuevas aplicaciones en trabajos totalmente automáticos. *l principio de uncionamiento es muy sencillo, y se basa en un depósito lleno con el polvo mineral al cual entra por su parte superior el líquido sucio y, tras dejar los residuos en el polvo mineral, sale por la parte inerior el líquido limpio para su posterior utilización en la máquina de electroerosión EDig. A.JG. %l saturarse la capacidad fltrante, hecho detectado por un presostato, bien manualmente o bien automáticamente se lava el polvo mineral a contra corriente con líquido dieléctrico limpio de modo que por la parte superior de la bombona salgan todos los residuos acumulados hacia un depósito de decantación.
)esde este depósito de decantación se podrá recuperar el líquido empleado en el lavado y tras su fltrado, volver a ser utilizado en el trabajo normal mientras que los residuos permanecen en tal depósito en espera de que sean e(traídos para su desecho, labor que puede eectuarse tan sólo una vez al mes y sin que haya que parar la máquina para ello. &res circunstancias caracterizan a este tipo de fltro, y son$ aG 3a primera es que al lavar a contra corriente el polvo mineral que contiene los residuos, tan sólo se e(traen los residuos y no el polvo, con lo que al no perderse el elemento fltrante la vida de este fltro no tiene fn. bG 3a segunda característica, y tan importante como la anterior, es que la operación de lavado a contra corriente dura tan sólo unos B minutos, y que tal operación puede eectuarse durante el normal trabajo de la máquina. )e este modo, el tiempo transcurrido entre lavado y lavado no tiene ninguna importancia y, lo que es a"n más importante, el operador de la máquina no tiene por qué saber cuándo se eect"a el lavado, y su labor de mantenimiento en el fltro se reduce a vaciar del depósito de decantación los residuos acumulados tras algunas semanas de trabajo. cG 3a tercera característica es que el elemento fltrante es válido tanto para algunos aceites utilizados en las máquinas de electroerosión por penetración como para el agua utilizada en las máquinas de electroerosión por hilo. 3a problemática de evacuación y desecho de los residuos de erosión es la misma que en el caso del sistema de fltrado mediante discos de papel. .& CONCLUSIONES
;omo se ha visto, si prosigue la tendencia actual de automatización má(ima e integración en sistemas ;2M, es de esperar alg"n tipo de evolución en los sistemas de fltrado de orma que las labores propias de mantenimiento no puedan aectar al normal trabajo de las máquinas. %demás el actor ecológico y toda la servidumbre que el desecho de los productos inutilizables que generan las unidades de fltrado serán argumentos decisivos para la utilización de unos u otros sistemas por los dierentes abricantes de máquinas de electroerosión. CARACTERISTICAS DE LAS SUPERFICIES MECANIZADAS POR ELECTROEROSION
;omo ya se ha e(plicado, en electroerosión cada impulso produce una descarga eléctrica en una zona ionizada del gap, creándose un arco eléctrico entre ambos electrodos. 3as variables que in8uyen en cada descarga son dos principalmente$ 2ntensidad y tiempo de impulso, los cuales defnen la energía de cada descarga. *sta energía se reparte de orma no determinada entre los electrodos, transormándose en calor, llegándose, en la zona de la descarga en ambos electrodos, a temperaturas altísimas Ese sabe que se pueden sobrepasar los +C.CCC ];G, mayores que las temperaturas de usión de ambos materiales.
)ebido a la corta duración de las descargas Ede 9 a 9.CCC TsG, su acción térmica es muy localizada, lo cual hace que el calor no se transfera, por conducción, hacia las capas más internas de metal. )ebido a la naturaleza del proceso, las características de las superfcies mecanizadas por electroerosión son dierentes a las obtenidas en los mecanizados convencionales, principalmente en dos aspectos$ *l primero se refere a la rugosidad obtenida, que como ya se ha dicho no es unidireccional como en los procesos convencionales Etorneado, resado, etc. G sino multidireccional. *n segundo lugar, las altas temperaturas que se dan hacen que en las capas superfciales de las piezas aparezcan transormaciones metal"rgicas, tensiones internas y en alg"n caso, incluso, microfsuras superfciales. *n realidad al mecanizar los materiales por medio de los sistemas convencionales también aparecen da@os en las superfcies mecanizadas. *n todo caso, al mecanizar por electroerosión, los cambios estructurales que aparecen dependen de la pareja de materiales electrodopieza que se estén utilizando, pudiéndose llegar el caso, en unción de diversos actores, en que no se presenten tales cambios estructurales. *stos cambios de estructura han sido objeto de muchos estudios, y en algunas aplicaciones como la aeronáutica, deben tomarse precauciones a fn de reducir sus consecuencias. 'or el contrario, se ha comprobado que algunos "tiles mecanizados y acabados por electroerosión, tienen una vida más larga que los mecanizados por otros procedimientos. •
•
.1 ANALISIS METALO+RAFICO
3a Dig. .+ muestra la sección de una superfcie normal mecanizada por *)M, en la que se pueden apreciar las modifcaciones estructurales más habituales que se presentan como consecuencia del proceso.
Se denomina :zona térmicamente aectada: a la zona de la pieza que se encuentra entre su superfcie e(terior y la matriz Ematerial baseG. *n esta zona aectada pueden distinguirse las siguientes capas$ a Ca(a 6-ndida s!lidi*"ada
3a capa undida y solidifcada Emartensita no templadaG producida durante el proceso *)M se conoce también como :capa blanca? puesto que, en general, durante la preparación metalográfca no sure el ataque químico. *s una capa solidifcada rápidamente, en donde se han ormado cristales largos en orma de columna, directamente de la superfcie de metal durante la solidifcación. !na ractura producida en esta capa sigue invariablemente la dirección de los cristales. *n un primer corte llevado a cabo en condiciones normales, el espesor de esta capa puede variar apro(imadamente entre +B y BC Tm dependiendo de dierentes actores, entre los cuales se encuentra el material de pieza.
; Ca(a e%e(lada
*n la capa retemplada, la temperatura ha aumentado por encima del nivel de austenización EtempleG y ha ormado martensita. *sta martensita es dura y rágil. " Ca(a e7enida
*n la capa revenida el acero no ha sido calentado en un grado tal como para alcanzar la temperatura de temple y lo "nico que se ha producido es un nuevo eecto de revenido. *l eecto disminuye naturalmente hacia el n"cleo del material, tal y como muestra la curva de dureza de la Dig. .+. 3a capa delgada de austenita no aparece más que en los procesos de desbaste con altos valores de intensidad, por encima de los C %, o en procesos de desbaste de menor intensidad, como puedan ser a +A %, pero con tiempos de impulso por encima de los 9CC Ts. *l espesor de las dierentes capas varía en unción de la energía del impulso, es decir, del producto de la intensidad del impulso por el tiempo de duración de éste. 'or ejemplo, para una pareja de materiales como el cobre E_G y el acero DB9+ E=G aparecen los siguientes valores, medidos en Tm, en la capa blanca$
3a Dig. .9 muestra el espesor de las diversas capas en unción del tiempo de impulso para el caso de +A %. de intensidad en una pareja de materiales cobre=acero.
+C 9C BC +CC 9CC BCC +CCC &iempo de impulso ETsG Dig. .9.= *spesor de las capas en unción del tiempo de impulso .2 ANALISIS DE DUREZAS
3a Dig. . muestra un estudio de las durezas de las dierentes capas que corroboran lo dicho anteriormente. Se trata del mismo caso e(puesto en la Dig. .+. &ambién se debe observar que en caso de que no aparezca la austenita, la curva iría por la línea de puntos.
Dig. ..= Oariación de la dureza en las capas superfciales .3 FISURAS
*n los procesos uertes de desbaste, más de -C %, y en los de semiacabado, +A %, con tiempos altos de impulso, superiores a +C Ts, aparecen isuras que van hacia el interior de la pieza y que tienen una proundidad de alrededor del doble de la suma de las capas modifcadas. 'ara paliar esta difcultad es sufciente con la dierencia que marcan las tablas tecnológicas entre las operaciones de desbaste y acabado. Si el acero está sin templar, no aparecen grietas en ning"n caso. *n este caso, además, la capa blanca es más uniorme y no aparecen el resto de las capas. .& ELIMINACION DE LAS CAPAS SUPERFICIALES
*n los pocos casos en que sea preciso eliminar principalmente la capa blanca y todas las modifcaciones metal"rgicas superfciales basta con$ Y )ejar entre desbaste y acabado una ranja sufciente para eliminar totalmente la capa dejada por el régimen de desbaste. Y 'ulir la pieza después de la operación de acabado. 1.1 PROPIEDADES 8UE DEBEN DE TENER LOS MATERIALES EMPLEADOS EN LA FABRICACION DE ELECTRODOS
*l problema principal de los electrodos es su desgaste. ;omo ya se ha dicho la erosión se da en ambos polos Eelectrodo y piezaG pero e(iste una gran dierencia entre lo que se desgasta uno y otro polo. 'or ello se defne la erosión en el electrodo como desgaste y se mide porcentualmente con respecto a la erosión de la pieza. *s aconsejable siempre que este desgaste sea mínimo. U para ello el material debe de tener las siguientes propiedades ísicas$ %lto punto de usión. *l material del electrodo se desgastará menos cuanto más alto sea su punto de usión. )ado que este proceso es de tipo térmico, se alcanza en cada impulso, en puntos muy locales, altas temperaturas, que unden peque@as partículas de ambos electrodos y que luego son arrastrados por el líquido dieléctrico. *s lógico pensar que cuanto más alto sea el punto de usión del material del electrodo, menos cantidad de él se undirá y por tanto se desgastará menos. /uena conductividad térmica 3os materiales de los electrodos han de ser buenos conductores del calor, o lo que es lo mismo de la electricidad. )eben de tener buena conductividad térmica o baja resistividad eléctrica. ;omo el calor se da muy locamente y en tiempos muy cortos, una buena conductividad hará que el calor, que la descarga ha concentrado en un punto, se diunda rápidamente •
•
por el resto del electrodo. )e esta orma no se eleva tanto la temperatura y por tanto se undirá menos cantidad de electrodo. 3as dos propiedades citadas defnen la aptitud de un material para ser empleado como electrodo en este proceso 6tro aspecto a tener en cuenta son las propiedades mecánicas de estos materiales, que a continuación se citan$ aG )eben de ser ácilmente mecanizables, ya que muy a menudo son construidos por métodos convencionales Etorneado, resado, etc.G. *sta propiedad se tendrá muy en cuenta cuando se vaya a elegir el material del electrodo. bG )eben de tener su coefciente de dilatación lo más peque@o posible. )ado que los electrodos se calientan durante el proceso, si el material tuviera un alto coefciente de dilatación, aumentarían las medidas del electrodo, con lo cual aumentarían automáticamente las dimensiones de la pieza. cG 3os materiales para electrodos deben de tener bajo peso específco, ya que a veces el volumen del electrodo a emplear es grande. dG )eben de tener estos materiales buena estabilidad dimensional. %lgunos materiales, debido a los tratamientos y procesos ísicos que suren hasta su salida al mercado en ormas diversas, quedan aectados de tensiones internas. *stas tensiones se liberan normalmente al calentar dichos materiales, y ello trae consigo normalmente cambios en sus dimensiones, que en el proceso de electroerosión son perjudiciales, ya que el cambio de orma en el electrodo trae consigo automáticamente el mismo cambio en la pieza. 3a elección fnal del material del electrodo se realizará teniendo en cuenta las propiedades ísicas y mecánicas. 0elacionadas con estas propiedades se encuentran otros actores como la orma a realizar, el n"mero de electrodos a mecanizar, dimensiones del electrodo, etc., intervendrán en la elección. Será importante también el precio y la acilidad de adquisición en el mercado. 1.2 CLASIFICACION DE LOS MATERIALES
)ichos materiales se pueden dividir en dos grupos principales$ Y Materiales metálicos Y Materiales no metálicos *ntre los primeros se encuentran los siguientes$ Y ;obre electrolítico. Y ;obre al plomo. Y ;uprotugstenos. Y %luminio y aleaciones. Y 3atón. Y %cero. Y ;uprograftos. *n el segundo grupo se puede considerar al grafto y todas sus variedades. 1.3 COBRE ELECTROLITICO
*s tal vez el material más empleado en electroerosión para abricar electrodos. Su pureza debe ser del , por +CC. Sus propiedades ísicas son$ Y &emperatura de usión$ +.CA ]; EbajaG. Y 0esistividad eléctrica$ C,C+J V mm9m Emuy buenaG. *n cuanto a sus propiedades mecánicas se puede decir que $ Y 1o es ácilmente mecanizable. Y &iene un coefciente de dilatación lineal E+FY+C=F ];G que puede ser considerado alto con respecto al del grafto, pero sufciente para el empleo en electroerosión. Y &iene alto peso específco EA,B 5gdmG, por lo que no sirve para electrodos voluminosos. 1.3.1 M$%!d!s de 6a;i"a"i'n de ele"%!d!s de "!;e
*l cobre electrolítico se emplea como material de abricación de electrodos, además de las propiedades citadas, porque se presta a muchas alternativas de abricación. )ichos electrodos se pueden abricar por deormación en río y caliente, por e(trusión, por undición, por
procedimientos químicos como lo es la galvanoplastia, por medio de procedimientos Econ arranque de virutaG y por ataque con ácido. *n el caso de deormación por prensa, se pueden dar los casos de deormación en río o caliente, pero se ha de disponer de moldes apropiados para realizar las operaciones. 3a mayor pega de estos casos suele estar en las tensiones interiores que quedan en el electrodo debido al proceso de deormación. 'or ello se ha de recocer el electrodo. 'or este procedimiento se obtienen electrodos con tolerancias bastante estrechas. 'or procedimientos de e(trusión se obtienen electrodos de perfl constante y de ormas muy diversas. *n muchos casos se puede abricar el electrodo por medio de máquinas=herramienta convencionales. *n torneado, planeado y resado es importante la lubricación a base de taladrina o aceite. *l rectifcado es diícil, pero se consigue con abrasivo de ;arborundum y alta velocidad de la muela abrasiva. 1.3.1.1 Red-""i'n de l!s ele"%!d!s de "!;e de á"id!
*s un procedimiento económico de obtención de electrodos de desbaste a partir de los electrodos de acabado. *l método consiste en introducir en una solución de ácido nítrico diluido y a cierta temperatura, la parte del electrodo que se quiera reducir de dimensiones. ;uanto más concentrada es la solución, más rápidamente se produce el ataque, sobre todo en aristas y ángulos vivos en los cuales el ataque se acent"a más. 1o obstante este inconveniente no tiene importancia en los electrodos de desbaste. Si hubiese que tratar con ácido los electrodos de afnado debe de hacerse con soluciones muy diluidas. *l ácido nítrico utilizado normalmente suele ser del FBH de concentración y se mezcla con agua con proporciones apro(imadamente iguales. 3a velocidad de ataque de esta solución a unos -C ]; de temperatura, da una reducción diametral de apro(imadamente B centésimas en un minuto. 1.3.2 C!(!%aien%! del "!;e en Ele"%!e!si'n
)e las tablas y gráfcos de tecnología se pueden e(traer las conclusiones siguientes$ *n condiciones de trabajo normales se llega a desgastes volumétricos ineriores al C,BH, en operaciones con intensidades menores a AC %. 'ara intensidades de unos +A %, se llegan a conseguir también desgastes ineriores al C,BH, pero a costa de una disminución de la capacidad de arranque. *n intensidades de acabado, los desgastes son mayores, situándose entre el + y el BH. *n cuanto a los procesos de desbaste los arranques no son tan altos como en el caso del grafto, pero sin embargo las rugosidades son mucho más bajas en los procesos de acabado. 'or ello a veces este material se quedará prácticamente como "nico elegible en el caso que se necesite una rugosidad baja de acabado. %demás este material no es caro y se adquiere en el mercado bajo muchas ormas dierentes. *l ácido nítrico es muy peligroso y por ello se han de tener las precauciones siguientes$ aG *n la preparación de la solución no se debe de verter nunca el ácido sobre el agua, sino al revés. bG Se debe de evitar de respirar los vapores emanados de la reacción. cG Si el ácido o vapor de nítrico mancha la piel de una persona, se ha de lavar la piel con agua muy abundante durante al menos 9C minutos. dG Se deben de llevar gaas protectoras y guantes. ;on respecto a las máquinas se han de tomar los cuidados siguientes$ aG 0ealizar la reducción lejos de la máquina para que los vapores de ácido no le da@en. bG ;omo se ha de medir continuamente, se ha de tomar la precaución de lavar con cuidado el electrodo con el fn de no estropear los instrumentos de medida. 1.& COBRE AL PLOMO
3a aleación de cobre con una peque@a cantidad de plomo, cromo o telurio E+=9HG, tiene como fnalidad mejorar mucho la maquinabilidad del cobre. 1o obstante baja el rendimiento, subiendo el desgaste y bajando el arranque. Se puede reducir por ácido. 1.< CUPROTU+STENO
*s un material muy interesante para la realización de piezas de gran precisión, empleándose en la erosión de microorifcios en la industria de aviación, y en general en aquellos casos en que se han de hacer orifcios proundos.
*(isten tres calidades más utilizadas$ Y *l tungsteno`cobre con JB=9B por +CC respectivamente. Y *l cobre=tungsteno, con gran proporción de cobre. Y *l tungsteno=plata, con peque@a proporción de plata. 3as ventajas más destacables son$ a. 0endimiento Ealta relación arranquedesgasteG, Ever tablasG. b. *stabilidad dimensional. c. Solidez. d. Muy bajo desgaste Ever tablasG. e. 'osibilidad de abricación de electrodos por procedimientos galvánicos. . *s apto para erosionar piezas con acabados muy fnos Ever tablasG Sus inconvenientes son$ aG 'recio muy elevado bG 'eso específco elevado E+B=9C 5gdmG. cG )imensiones muy reducidas de material en el mercado. dG 1o pueden ser abricados por estampación. 1.= ALEACIONES DE ALUMINIO
Se utilizan solamente en casos de electrodos muy grandes que se han de abricar por undición. )a como resultado superfcies muy rugosas, grandes desgastes y peque@os arranques. 1. LATON
1o se utiliza apenas. &iene muy buena maquinabilidad, pero da muy bajos rendimientosR altos desgastes y bajos arranques de material. 1. ACERO
Se utiliza solamente en casos límite. 6bservando las tablas de &ecnología y comparando con el caso de cobre se llega a las conclusiones siguientes$ Y /ajo rendimiento Erelación arranque desgasteG. Y %ltos desgastes. Y 0ugosidades muy altas %demás tiene un alto peso específco EJ,A 5gdmG y muy poca estabilidad dimensional. 1. +RAFITO
*s también uno de los materiales más empleados como material para los electrodos. *n realidad no e(iste un solo grafto, sino muchos tipos de grafto que se utilizan en electroerosión. 3a naturaleza y propiedades de las materias primas y la granulometría de las mismas, así como la técnica empleada en el proceso de abricación, tienen gran in8uencia sobre las propiedades ísicas y el rendimiento del grafto durante el proceso erosivo. Sus propiedades ísicas son$ Y &emperatura de sublimación$ .FCC= .JCC] ;, EaltaG. Y 0esistividad eléctrica$ +9=+F V mmm Emuy altaG. Se pueden observar dos puntos$ a. 1o se da un sólo valor para cada característica, pues éstas varían con el tipo o calidad del grafto. b. Se da la temperatura de sublimación. *llo es debido a que el grafto no se unde, sino que se sublima, es decir, pasa del estado sólido directamente a vapor. Sus propiedades mecánicas son$ aG *s muy ácilmente mecanizable. bG &ienen un coefciente de dilatación lineal de =- +C=F] ;. )e - a B veces menos que el cobre. cG *l peso específco es bajo. )e +,JB a +,AB 5gdm, por lo que sirve para electrodos de gran volumen. dG &iene gran estabilidad dimensional. 3a gran dierencia con el cobre, es que los electrodos de grafto sólo pueden ser obtenidos por mecanización en máquinas=herramienta, aunque con altas velocidades de mecanizado. 1..1 C!(!%aien%! del #a*%! an%e el e"aniad!