La Electroerosión 1.1.-Definición Es el proceso de arranque de material por una serie de sucesivas descargas eléctricas muy cortas (2 a 2.000 µs), separadas entre sí un cierto tiempo, que saltan entre dos polos (pieza y electrodo (herramienta)), por lo que ambos deben ser materiales conductores. Las descargas se crean mediante generadores de impulsos eléctricos.
1.2.-Propiedades 1.2.-Propiedades fundamentales fundamentales y
y
Gran
aptitud para el mecanizado de aceros, aleaciones duras o refractarias, aceros templados (materiales estos poco aptos para ser mecanizados por procedimientos convencionales de arranque de viruta), ya que el proceso no depende de las características mecánicas del material sino de sus características térmicas. Gran aptitud para el mecanizado de formas complejas, ya sean pasantes o ciegas, adaptándose la pieza a la forma del electrodo.
1.3.-Tipos de Electroerosión Electroerosión y
Electroerosión por Penetración : Mecanizado de agujeros y formas ciegas, en las que el electrodo tiene la forma que se desea mecanizar. Debe existir un movimiento relativo vertical entre electrodo y pieza, moviéndose el electrodo y manteniéndose fija la pieza.
y
Electroerosión por Hilo : Mecanizado de agujeros pasantes y contornos de formas muy complejas. El electrodo es un hilo continuo, con movimiento en los tres ejes del espacio, que va cortando la pieza.
Corte
por hilo
Electroerosión por hilo
1.4.-Principio físico La erosión de los electrodos se produce mediante el salto de chispas entre ambos a determinada tensión eléctrica, una vez sumergidos en líquido dieléctrico. La chispa es una fuente de calor puntual (20.000 ºC) que provoca la fusión y ebullición del material de ambos electrodos. Estos están separados una pequeña distancia llamada GAP (10 a 200 µm). Por la rapidez del fenómeno no se propaga el calor por el material, por lo que la fusión y evaporación del material deja un cráter en la superficie de la pieza. El volumen del cráter es función del tiempo de duración del impulso eléctrico, la naturaleza del líquido dieléctrico, las propiedades físicas de la pareja de electrodopieza, la polaridad, etc.
La explicación física es compleja. La diferencia de tensión entre electrodo y pieza crea un campo eléctrico entre los mismos (mayor que la rigidez dieléctrica del líquido en el que están inmersos) que acelera los iones y los electrones generando un canal de descarga que se vuelve conductor. Dentro de este canal conductor puntual salta la chispa, provocando colisiones entre iones y electrones y formándose así un canal de plasma. Las colisiones crean altas temperaturas en ambos polos y alrededor del canal de plasma se forma una bola de gas por la vaporización del líquido dieléctrico en la zona. Debido al calor, se genera una presión muy alta dentro de la bola de gas, por lo que aumenta de volumen. Mientras, las elevadas temperaturas funden y vaporizan parte del material de ambas superficies.
Canal
de descarga
Formación del canal de plasma y bola de gas
En esta situación (material fundido, bola de gas grande) se corta la corriente eléctrica. El canal se derrumba, la chispa desaparece, el líquido dieléctrico rompe la bola de gas haciéndola implosionar. Las fuerzas de la implosión arrancan el material fundido de las superficies formándose así los cráteres. El material arrancado se solidifica (viruta de electroerosión) y el líquido dieléctrico lo arrastra fuera del GAP. Efecto de Polaridad Existe diferente desgaste de ambos electrodos cuando son del mismo material. En estos casos, el electrodo positivo se desgasta menos que el electrodo negativo. Si añadimos el efecto de diferentes materiales, entran en juego el punto de fusión y la conductividad térmica. Eligiendo bien la pareja de materiales se puede obtener un desgaste inferior a 0.5 mm3 en un polo por cada 100 mm 3 en el otro. Otra consideración a tener en cuenta es que el GAP lateral (el correspondiente a las superficies paralelas al eje de penetración) es mayor que el GAP frontal (el resto de superficies).
2.-Máquinas y
Generadores
2.1.-Partes de una máquina de Electroerosión por Penetración Consta de los elementos siguientes: y y y y y
Bancada
o armazón que sirve de base para el resto de elementos Cabezal, fijado a la columna del armazón. Mesa de trabajo, sobre la que se dispone la cuba del dieléctrico. Unidad de filtrado, enfriamiento y circulación del dieléctrico. Generador de impulsos (generalmente en un armario aparte).
2.1.1.- Bancada o armazón Constituye el esqueleto de la máquina, debe servir de base de sujeción del cabezal y la mesa de trabajo con la cuba del dieléctrico, facilitando la maniobrabilidad entre las partes,. Suele adoptar la forma de cuello de cisne. El generador va introducido en un armario aparte sobre la bancada.
2.1.2.- Cabezal Elemento esencial para el mecanizado automático. Dispone de mecanismos para su rápida ubicación a diferentes alturas, elementos de medición de la profundidad de trabajo y la velocidad de penetración, y un servomecanismo que actúa sobre el pistón portaelectrodos, con una precisión de micras en toda su carrera.
2.1.3.- Mesa de trabajo Es una mesa de coordenadas con precisión de centésimas y diferentes carreras (350 mm). Sobre la mesa se ubica la cuba de líquido dieléctrico donde se efectúa el mecanizado, que debe tener una altura suficiente para que el nivel del mismo esté 100 mm por encima de la superficie de trabajo. En la cuba existe un dispositivo automático para parar el proceso si el líquido desciende de una altura dada.
2.1.4.- Unidad de filtrado Su tamaño varía en función de la potencia del generador. El tanque tiene de 2 a 3 veces el volumen de la cuba. Dispone de una bomba que eleva el líquido en la cuba hasta la zona de trabajo y un equipo de filtrado que permite limpiar el dieléctrico de las partículas procedentes de la erosión.
2.2.- El Servomecanismo El servomecanismo asegura un GAP constante. Debe tener gran rapidez de respuesta y precisión para acercar el electrodo conforme se desgastan pieza y electrodo y para separarlos en caso de que contacten provocando cortocircuitos. El movimiento automático se realiza gracias a la relación directa que existe entre la distancia de separación y la tensión media entre electrodos, usando la desviación de esta tensión como señal de error para el control.
2.3.- El Generador Proporciona
la tensión necesaria para el cebado de la descarga eléctrica y su mantenimiento, esta tensión depende de la pareja de materiales electrodo-pieza y no de la corriente de descarga. También limita la corriente entre descargas, e impone la duración de la descarga y la frecuencia de sucesión de las mismas.
4.1.- LIMPIEZA Definición La limpieza consiste en la circulación del líquido dieléctrico (aceite o petróleo) por el GAP y es muy importante de cara al rendimiento del proceso de mecanizado. Si es buena, se obtiene poco desgaste del electrodo y buena velocidad de arranque del
material. Su misión es la evacuación de impurezas generadas en la erosión, tales como: y y y
Gases que provienen de la disociación del
dieléctrico. Partículas de carbón que provienen del cracking del dieléctrico. Partículas procedentes de la erosión del electrodo y la pieza.
4.3.- Formas de limpieza FORMAS DE LIMPIEZA Podemos encontrar los siguientes procedimientos: y y y y y y
Limpieza por presión Limpieza por aspiración Limpieza por lanza lateral Limpieza por remoción Limpieza por temporizador Limpieza con presión intermitente
4.3.1.- Limpieza por presión Consiste en introducir en el GAP el dieléctrico bien a través de la pieza o del electrodo. En el caso de limpieza por presión a través de la pieza ( Fig. 4.1), esta se coloca sobre un vaso soporte lleno de dieléctrico conectado mediante un tubo al mando de presión, el líquido entra a presión en el gap por medio de un taladro practicado en la pieza; este taladro debe ser efectuado con anterioridad al temple en el caso de que la pieza sea de acero templado.
Fig. 4.1 Limpieza por presión a través de la pieza
En el caso de limpieza por presión a través del electrodo el líquido es inyectado en este de dos formas, bien directamente a través del electrodo (Fig. 4.2), o por medio de un tubo de cobre o acero porta-electrodos.
Fig. 4.2 Limpieza por presión a través del electrodo La limpieza por presión da como resultado agujeros ligeramente cónicos ( Fig. 4.3 y 4.4) cuando se realizan agujeros con un electrodo de sección constante. Esta conicidad es debida a un efecto de Electroerosión que se puede llamar secundaria, en el entrehierro o gap lateral. Esta erosión es debida a que el paso de partículas por el gap lateral provoca descargas laterales, esto constituye una perdida de rendimiento ya que estas descargas deberían producirse frontalmente.
Fig. 4.3 Conicidad creada en el caso de limpieza por presión a través de la pieza
Fig. 4.4 Conicidad creada en el caso de limpieza por presión a través del electrodo
Este método de limpieza se utiliza en el mecanizado de matrices para troqueles en las cuales se busca intencionadamente una cierta conicidad. La matriz se ha de
disponer para erosionar en sentido inverso al de su montaje en el troquel para obtener la conicidad en el sentido correcto. En el caso de limpieza por presión a través del electrodo se va formando un cilindro que es parte de la pieza que se está erosionando. Si el agujero es pasante, cuando el electrodo llega al final, dicho cilindro se mueve tocando las paredes del electrodo produciendo un cortocircuito permanente. Por ello se ha de parar el proceso para arrancar el cilindro y después continuarlo.
4.3.2.- Limpieza por aspiración Consiste en succionar dieléctrico desde la cuba de mecanizado, bien a través de la pieza por el vaso soporte, o bien a través del electrodo (Fig. 4.5 y 4.6 ). Este procedimiento de limpieza suele dar mejores resultados en cuanto a la velocidad de arranque si la aspiración se realiza por el electrodo.
Fig. 4.5 Limpieza por aspiración a través de la pieza
Fig. 4.6 Limpieza por aspiración a través del electrodo
Esta técnica de limpieza por aspiración, bien a través de la pieza, bien a través del electrodo, permite evitar la erosión lateral secundaria, no formándose por tanto la conicidad que ocurre en el método de presión. En el caso de limpieza a través del electrodo esta conicidad se forma en el cilindro interior ( Fig. 4.7).
