Unidad 4.-Procesos De Conformado Sin Arranque De Viruta
4.1.-CORTE POR CHORRO DE AGUA Es un proceso de índole mecánica, mediante el cual se consigue cortar cualquier material, haciendo impactar sobre éste un chorro de agua a gran velocidad que produce el acabado deseado. La bomba de alta presión expulsa hasta 3 litros de agua por minuto a través de una boquilla de agua de 0,28 milímetros.
Resulta una herramienta muy versátil y cuya aplicación es extensible a prácticamente todos los trabajos industriales.
Al ser un procedimiento de corte en frío frío resulta especialmente interesante, interesante, ya que esta demandado en todas las aplicaciones en las que el material no se pueda ver afectado por el calor. Corte con agua pura En el corte con agua pura el agua es la herramienta de corte. Mediante este proceso se corta sobre todo material blando, por ejemplo productos de papel, material de sellado, plástico, espuma, textiles o alimentos. El corte con agua pura presenta una precisión extraordinaria. El grosor del chorro de agua puede ser inferior a 0,1 milímetros, lo que permite cortar contornos finos, ángulos afilados y radios estrechos.
Corte con abrasivo Una máquina de corte por chorro de agua también puede cortar materiales duros como metales, minerales, vidrio o cerámica. Para ello es preciso añadir un medio de corte (abrasivo) al chorro de agua, como por ejemplo arena de granate. En este proceso, el chorro con abrasivo es la herramienta de corte. El chorro de agua sirve para acelerar las partículas de abrasivo. El corte por chorro de agua con abrasivo es comparable con un micro mecanizado.
CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO El dispositivo consiste en un chorro de agua a presión, cuyo diámetro de la boquilla oscila entre 0,08 mm a 0,45 mm de diámetro, por el cual, sale una mezcla de agua y abrasivo lanzado a una presión muy elevada.
Uno de los elementos elementos más importantes es la boquilla por la que sale el chorro
De ella depende la cohesión del chorro que condiciona en gran medida la viabilidad técnica de la aplicación, pues si el chorro es cónico se pierde poder de corte, precisión y calidad.
PRESIÓN DEL CHORRO La presión del chorro de agua es otra de las características más importantes del proceso, es aportada por un sistema de una bomba dotada con un intensificador de ultra presión que hacen que ésta pueda llegar hasta 4000 bares de presión. Pero por lo general se trabaja en altas presiones como la de 4000 bares, a pesar de que muchas veces no es necesario por el espesor a cortar, ya que esto le aporta rapidez.
VELOCIDAD DE CORTE La velocidad de corte es de máxima importancia, y esta dependerá de factores como la presión de la bomba y la capacidad del intensificador, diámetro de la tobera, cantidad y calidad de abrasivo y del espesor de la pieza.
En referencia a valores valores de velocidad encontramos encontramos que todo este sistema de aporte de presión permite que el líquido salga por el orificio a una velocidad de 1000 metros por segundo.
El motivo motivo de añadirle abrasivo al agua es debido a que un simple chorro de agua no sería capaz de desarrollar cortes como los actuales en los materiales más duros, por ello se le aporta este abrasivo, mezcla de arcillas y vidrios, que dota al sistema de un aumento de posibilidades de corte infinito.
ESPESOR DE LA PIEZA Se usa desde 5 mm espesor, donde empieza a ser rentable, hasta espesores de 200 mm en cualquier material, llegando incluso a los 400 mm en aplicaciones especiales (se puede cortar fácilmente corcho de dos metros de espesor).
Este chorro de agua puede cortar todo tipo tipo de materiales, desde metálicos hasta blandos como caucho.
Es un proceso en el cual la generación de partículas contaminantes es mínima, no aporta oxidación superficial y la generación de viruta no es un problema en este caso.
MÁQUINA La máquina está dotada de una balsa, sobre la que se proyecta el chorro de agua, y la cual sujeta las piezas mediante una reja que mantiene el material en la superficie de trabajo, pero que permite que la mezcla de agua y el material eliminado se deposite dentro de la misma, evitando así que el líquido proyectado caiga fuera de la zona de corte, e incluso que salpique, pudiéndose reciclar el abrasivo para ser reutilizado de nuevo. El proceso de corte no afecta a los materiales porque no los endurece ni deforma, de esta manera es un método que en diversos casos puede ser más útil que el láser o el plasma cuando los trabajos sea imprescindible un buen acabado.
VENTAJAS: Al no haber herramientas de corte, no existe el problema de desgaste de la misma.
Corte de excelente calidad, en la mayoría de casos no se necesita un acabado posterior.
Universal, ya que la misma máquina puede cortar una enorme variedad de materiales.
Proceso sin aporte de calor (no afecta la zona del material sobre el cual trabaja).
Inexistencia de tensiones residuales debido debido a que el proceso no genera esfuerzos de corte.
No genera contaminación ni gases.
Permite corta espesores mucho mayores a los del láser.
DESVENTAJAS:
Es más lento en comparación al corte por plasma
EQUIPO NECESARIO:
Balsa de agua, lugar donde se realiza el trabajo de mecanizado.
Boquilla por la que sale el chorro de agua.
Centro de refrigeración, se utiliza para que todo este sistema mecánico utilizado para realizar el mecanizado no sufra de sobrecalentamiento.
Deposito abrasivos, es un deposito exterior desde el cual se añade el abrasivo al agua, ya que sin este no se podría realizar el corte.
Descalcificadora, utilizado para evitar la obstrucción de las tuberías.
Depuradora de abrasivos, una vez el fluido de corte mecaniza la la pieza y se deposita en la balsa, es necesario de una depuradora situada en la base de la balsa que separa el abrasivo del agua, almacenándolo en este gran saco situado al lado de la balsa.
MATERIALES A LOS QUE SE LES APLICA: Sin abrasivo: Caucho, Tapizado de vehículos, Polipropileno, Cartón, Papel, Goma, Espuma, Materiales para empaque, Fibra de vidrio, Cualquier tipo de material suave que no sea metálico.
Con abrasivo: Vidrio, Cerámica, Mármol, Titanio, Granito, Aluminio, Acero, Acero de carbón, Acero inoxidable, Latón, Otros materiales de espesores de un máximo de 200mm .
APLICACIONES
Industria Aeroespacial: Mecanizado de chapas de aleaciones de aluminio
de alta resistencia y aleaciones de titanio.
Industria Automovilística: Corte de los paneles interiores de las puertas
conformados por fibra de madera, realizados por robots. También se aplica al corte de zapatas de freno (elimina el problema de las partículas flotando en el aire).
Industria Textil:
Se utiliza para cortar tela, obteniéndose mejores
resultados que en el corte por calor, y que, en el corte por cizalla, sobre todo en series cortas.
Industria Cerámica : Para el corte de materiales cerámicos donde el uso de
herramientas de metal sufre un gran desgaste y el empleo de discos de diamante no permiten la obtención de contorneados complicados.
Industria del Calzado : Se comienza a emplear para recortar tejidos,
cueros y pieles, y materiales sintéticos como los cauchos empleados en las suelas y en otras partes.
4.2 CORTE POR PENETRACIÓN (ELECTROEROSIÓN) INTRODUCCION: Si se hace pasar una corriente eléctrica continua a través de un material conductor de electricidad, un metal, por ejemplo, el movimiento de los electrones libres, característico de la corriente eléctrica, no producirá ninguna modificación 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 fusión y hasta de evaporación. Una de las características esenciales de esta acción de la corriente eléctrica es que actúa sobre todo el volumen del metal y no permite ninguna concentración preferencial de sus efectos en un lugar determinado de la masa metálica. Sin embargo, si se limita en el espacio y en el tiempo dicho fenómeno del calentamiento como consecuencia del paso de la corriente eléctrica por un material conductor, se puede producir el efecto de un impacto en el momento de su aplicación.
HISTORIA DE LA ELECTROEROSIÓN Desde que la electricidad comenzó a dar sus primeros pasos se observó el efecto destructivo producido por la chispa eléctrica al saltar entre dos contactos en el momento de su separación.
Este efecto incitó a numerosos científicos a profundizar en su investigación, con el fin de evitarlo, y ello, unido a una necesidad de la época de buscar un método nuevo de mecanizado diferente a los convencionales que utilizaban herramientas mecánicas, llevó a la idea de utilizar el citado efecto destructivo como método de reproducción de formas. En 1943, en plena segunda guerra mundial, y dada la escasez de oro y cobre, los científicos soviéticos B.R. y N.I. LAZARENKO investigaban en la búsqueda de materiales que pudieran sustituirlos como contactos de potencia. Los Lazarenko establecieron un plan de pruebas para comprobar la influencia de determinados parámetros en el desgaste de los contactos mediante descargas de condensadores. Un joven científico de su equipo, B.N. Zolotykh, fue encargado de realizar tal tarea con los Lazarenko y fue quien publicó el 23 de Abril de 1943 el primer artículo sobre la electroerosión: "Sobre la inversión del efecto de la erosión eléctrica". Si bien su mayor interés investigador era cómo minimizar el efecto de las descargas, se percataron de que bajo ciertas condiciones el desgaste se maximiza, lo que les llevó a pensar en utilizar esta técnica como una nueva tecnología para el arranque de material. Para ello, pusieron a punto el primer circuito generador de descargas erosivas, también conocido como "circuito Lazarenko", y desde entonces se ha denominado con la palabra "ELECTROEROSIÓN" a esta nueva técnica de mecanización de los metales. La característica más importante de la electroerosión es la posibilidad de erosionar cualquier tipo de material conductor, independientemente de su dureza, ya que los factores que influyen en los resultados no son los puramente mecánicos como dureza, tenacidad, etc. sino los térmicos como conductividad térmica, temperatura de fusión, etc.
LA ELECTROEROSIÓN: Se podría definir 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 (herramienta de trabajo) y la pieza a mecanizar. La duración de la chispa es muy corta, pues suele variar desde 1 ó 2 microsegundos a 2 milisegundos, según los regímenes de mecanizado, y va acompañada de un gran aumento de temperatura, que suele alcanzar hasta decenas de miles de grados centígrados. Esto supone una concentración del efecto térmico en un volumen muy reducido de material, ya que la rapidez de la chispa no es favorable a la propagación del calor por conducción a través de todo el volumen de la pieza, dando como resultado la fusión e incluso evaporación de dicho volumen de material. Al añadir a esto los efectos dinámicos de la propia descarga y del medio dieléctrico, se obtiene en la pieza un cráter de forma semiesférica, cuyo volumen depende de factores tan diversos como la energía y la duración de la descarga, la naturaleza del dieléctrico y, las propiedades físicas, la polaridad y la naturaleza del material del electrodo y de la pieza. Experiencias prácticas han demostrado, desde los orígenes, que los efectos de la chispa cuando el dieléctrico es líquido (aceites) son mayores que cuando las descargas se producen en un medio gaseoso. Este resultado es completamente lógico pues la descarga en un gas tiende a ramificarse ampliamente mientras que el líquido comprime la descarga impidiendo que se ramifique, concentrándose así su efecto sobre la pieza. También 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 forma de avalancha, dando lugar a efectos más rentables.
PRINCIPIOS DE MECANIZADO POR ELECTROEROSIÓN Este procedimiento de mecanizado se distingue principalmente por dos de sus propiedades. a) Dado que en este proceso el arranque de material no depende de las características mecánicas (dureza, etc.) 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 refractarias, poco aptas para ser mecanizadas por procedimientos convencionales de arranque de viruta. Ello permite el mecanizado de los aceros templados y en general, de materiales de baja maquinabilidad siempre y cuando sean suficientemente conductores b) Otra propiedad fundamental es su gran aptitud para realizar formas complejas, tanto pasantes como ciegas. Fabricando por medios convencionales, u otros, el electrodo que suele ser de cobre o grafito normalmente, se puede realizar la pieza, adaptándose en el mecanizado de ésta a la forma de aquél.
EXPLICACIÓN FISICA DEL FENÓMENO DE LA EROSIÓN POR CHISPA Como ya se ha indicado, el mecanizado por electroerosión se efectúa mediante el salto de descargas eléctricas entre dos electrodos sometidos a una determinada tensión eléctrica y sumergida en un medio dieléctrico. Los diversos fenómenos 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. En efecto, 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.
Pero para poder comprender mejor el desarrollo de la descarga eléctrica, es preciso situarse en el nivel microscópico en que esto se produce. La pieza a trabajar actúa como ánodo (+) y el útil de la forma apropiada a lo que se quiere obtener como cátodo (-). Teniendo en cuenta el reducido espacio entre electrodo y pieza, las variaciones de cota de las superficies de los electrodos, debidas a la rugosidad natural de los materiales, representan variaciones de aproximación del orden de un 20% a un 40% respecto del plano medio de dichas superficies.
Electroerosión por penetración : Esta forma de electroerosión es la más universal. Se basa en el avance continuo, y servocontrolado de un electrodoherramienta que penetra en el electrodo-pieza en presencia de un líquido dieléctrico.
Según la forma del electrodo y según la profundidad que se dé a las formas erosionadas en la pieza, se podrán obtener tanto formas pasantes como formas ciegas de geometrías complicadas.
Fig. 2.11.- Electroerosión por penetración (VDI 3402).
El líquido dieléctrico utilizado en penetración hoy en día es aceite mineral especial para erosión, aunque se pueden encontrar ciertas máquinas que funcionan con agua u otros líquidos especiales. Durante el proceso de electroerosión la pieza y el electrodo se sitúan muy cercanos entre sí, dejando un hueco que oscila entre 0,01 y 0,05 mm, figura 4.9, por el que circula un líquido dieléctrico (normalmente aceite de baja conductividad). Al aplicar una diferencia de tensión continua y pulsante entre ambos, se crea un campo eléctrico intenso que provoca el paulatino aumento de la temperatura, hasta que el dieléctrico se vaporiza. El resultado deseado del proceso es la erosión uniforme de la pieza, reproduciendo las formas del electrodo. En el proceso el electrodo se desgasta, por eso es necesario desplazarlo hacia la pieza para mantener el hueco constante. En caso que el desgaste sea severo, el electrodo es reemplazado. Si se quiere un acabado preciso (tolerancia de forma +-0.05 mm es preciso la utilización de 2 electrodos). La rugosidad superficial (vdi, representa la aspereza producida por la chispa en la superficie mecanizada) que se obtiene en un proceso de electroerosión por penetración puede establecerse previamente, dentro de unos límites, al programar la máquina. Esta rugosidad puede variar entre 48 vdi (acabado muy rugoso) y 0 vdi (acabado sin rugosidad pero imposible de obtener) El electrodo es comúnmente hecho de grafito pues este, por tener una elevada temperatura de vaporización, es más resistente al desgaste. Puede ser trabajado en una fresadora específica con el fin de crear ya sea un electrodo macho o un electrodo hembra, lo que significa que el electrodo tendrá la forma opuesta a la forma deseada y resultante en la pieza de trabajo. Es buena práctica tener un electrodo de erosión en bruto y uno que consuma en forma fina y final, mas esto puede ser determinado por las dimensiones y características de la pieza a ser lograda.
ARQUITECTURA DE LA MÁQUINA DE ELECTROEROSIÓN POR PENETRACIÓN. Mecánicamente está formado por una fresadora u otro tipo de máquina herramienta que trabaje en forma similar. El comando de descenso del husillo porta herramienta es remplazado por un motor eléctrico del tipo paso a paso. En la porta herramienta se coloca la matriz de cobre cuya forma será copiada en el metal trabajado. Sobre la base de la maquina se coloca el tanque de trabajo en el que se apoya la pieza a erosionar y se llena con un líquido dieléctrico. Un generador produce corriente de hasta 35 A con una frecuencia variable entre 400 y 40000 Hz y la tensión de trabajo es de 80 V Para las personas con alguna experiencia en soldadura reconocen que por ejemplo el sistema de soldadura TIG funciona también con una tensión similar y una onda de alta frecuencia ioniza el gas conductor formando el plasma, en este caso lo ionizado es el líquido.
EL LÍQUIDO DIELÉCTRICO MISIONES DEL LÍQUIDO DIELÉCTRICO: Si las descargas eléctricas se diesen en un gas o en aire el efecto erosivo sería muy pequeño, ya que la descarga se ramificaría, perdiéndose todo su efecto.
La misión del líquido dieléctrico, que se introduce a presión en el gap, es concentrar la descarga en un punto. Con ello se logra una capacidad de erosión muy superior a la que se daría si entre ambos electrodos hubiese un gas o aire. Otra misión del dieléctrico, y tal vez la principal, es la actuar como dieléctrico, es decir, como aislante entre los dos electrodos. La principal característica eléctrica de un aislante es su rigidez dieléctrica. Al ir aumentándola tensión entre el electrodo y pieza, llega un momento en que el líquido se ioniza ligeramente permitiendo el paso de una pequeña corriente eléctrica. Esto a su vez hace aumentar la ionización, con lo que la resistencia eléctrica del líquido eléctrico baja bruscamente. Entonces se da descarga en forma de avalancha, que caracteriza a las descargas erosivas. Una 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 formar el canal a través del cual se dará la siguiente descarga, ocurriendo así un reparto al azar de las descargas sobre la superficie a erosionar. Además el líquido cumple otras dos misiones importantes, que son: El arrastre de las partículas ya erosionadas de la zona de trabajo, mediante un procedimiento de limpieza adecuado para evitar problemas de estabilidad en el proceso. Refrigerar el electrodo y la pieza, ya que debido al efecto térmico de las descargas, tienen tendencia a calentarse durante el mecanizado.
MATERIALES PARA ELECTRODOS Aunque al principio cualquier material conductor puede ser fabricado para fabricar electrodos, la experiencia demuestra que hay materiales más idóneos que otros, según el material de que esté constituida la pieza, el tipo de generador que se emplee y principalmente según los resultados que se quieran obtener. Hay diversos materiales que dan buenos resultados como se verá más adelante. Y se ha de tener en cuenta que en el coste de una matriz o molde realizados por
electroerosión, el precio del electrodo puede representar el 55 ó 60% del precio total. Por ello se han de elegir con cuidado tanto los materiales como el método de fabricación de los electrodos.
PROPIEDADES QUE DEBEN DE TENER LOS MATERIALES EMPLEADOS EN LA FABRICACIÓN DE ELECTRODOS. El problema principal de los electrodos es su desgaste. Como ya se ha dicho la erosión se da en ambos polos (electrodo y pieza) pero existe una gran diferencia entre lo que se desgasta uno y otro polo. Por ello se define la erosión en el electrodo como desgaste y se mide porcentualmente con respecto a la erosión de la pieza. Es aconsejable siempre que este desgaste sea mínimo. Y para ello el material debe de tener las siguientes propiedades físicas: • Alto punto de fusión.
El material del electrodo se desgastará menos cuanto más alto sea su punto de fusión. Dado que este proceso es de tipo térmico, se alcanza en cada impulso, en puntos muy locales, altas temperaturas, que funden pequeñas partículas de ambos electrodos y que luego son arrastrados por el líquido dieléctrico. Es lógico pensar que cuanto más alto sea el punto de fusión del material del electrodo, menos cantidad de él se fundirá y por tanto se desgastará menos. • Buena conductividad térmica
Los materiales de los electrodos han de ser buenos conductores del calor, o lo que es lo mismo de la electricidad. Deben de tener buena conductividad térmica o baja resistividad eléctrica. Como 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 difunda rápidamente por el resto del electrodo. De esta forma no se eleva tanto la temperatura y por tanto se fundirá menos cantidad de electrodo.
d) Deben de tener estos materiales buena estabilidad dimensional. Algunos materiales, debido
a los tratamientos y procesos físicos que sufren hasta su
salida al mercado en formas diversas, quedan afectados de tensiones internas. Estas 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 forma en el electrodo trae consigo automáticamente el mismo cambio en la pieza.
CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES Dichos materiales se pueden dividir en dos grupos principales: • Materiales metálicos • Materiales no metálicos
Entre los primeros se encuentran los siguientes: • Cobre electrolítico. • Cobre al plomo. • Cuprotugstenos. • Aluminio y aleaciones. • Latón. • Acero.
En el segundo grupo se puede considerar al grafito y todas sus variedades.
4.3.-CORTE POR HILO Mediante el sistema de electroerosión se desarrolla el corte por hilo, este método es de mayor precisión y calidad para el corte de todo tipo de metales, tanto en estado normal o con cualquier dureza, sin producir ninguna alteración y con la posibilidad de trabajar desde el aluminio hasta el metal duro. Permitiendo efectuar trabajos sobre piezas de espesores considerablemente altos (Z=300 mm). Como resultado del corte deja por defecto una terminación que no precisa posteriores mecanizados, se convierte en unas de las mejores opciones para la obtención de piezas de geometría complejas con una gran precisión, tanto en el corte cilíndrico como en el corte cónico (4 ejes), permitiendo la fabricación de cualquier forma geométrica en 2D de coordenadas X-Y y U-V independiente
FABRICACIÓN DE HERRAMIENTAS DE CORTE Por medio de este sistema se pueden obtener herramientas de mediadas especiales aún bajo costo y en tiempos de fabricación cortos. Sin la necesidad de fabricar un mínimo, con la posibilidad de reposición inmediata y la seguridad de conseguir un repuesto de la mismas medidas y condiciones deseadas. Sierras Circulares hasta 300 mm. de Diámetro. - Hasta 300 mm. De espesor. -Tamaño de diente de corte según necesidad del cliente. -Cuchilla de corte hasta 350 mm. -Fabricadas sobre el material templado sin sufrir alteraciones.
GENERALIDADES La máquina de electroerosión por hilo es una máquina-herramienta que puede cortar un perfil deseado en una pieza por medio de descargas eléctricas que saltan entre la pieza, que va fijada en la mesa controlada por el control CNC, y el hilo (de cobre o latón), que se desplaza continuamente como herramienta .
MÁQUINA DE HILO La
máquina
de
electroerosión
por
hilo
puede
cortar
una
pieza,
independientemente de su dureza, ya que la mecanización se lleva a cabo por un proceso de arranque eléctrico y termodinámico producido por las descargas. Es por esto que se puede utilizar el acero templado como material para las piezas a mecanizar. El control numérico acciona los motores que mueven la mesa, según el perfil que se quiera cortar por la acción de las descargas enviadas desde el hilo. Las señales de mando de los motores se originan en el CNC a partir de la información almacenada en la cinta perforada que ha sido programada previamente según las dimensiones del plano. El generador proporciona los impulsos eléctricos que darán lugar a las descargas que saltarán entre el hilo y la pieza. Como liquido dieléctrico se utiliza agua desionizada, que se obtiene a partir de agua normal mediante resinas desionizadoras. Este líquido dieléctrico es movido desde su depósito por una bomba que lo envía a la zona de trabajo. Debido a la utilización del hilo comercial de cobre o de latón, el precio del material del electrodo es muy inferior al caso de electroerosión por penetración, en que el electrodo tiene que ser mecanizado para darle la forma necesaria en cada caso. La técnica de electroerosión por hilo no tiene peligro de incendio debido a la utilización
de
agua
y
gracias
al
trabajo
completamente
controlado
automáticamente, es posible dejar la máquina trabajando durante la noche, sin riesgo. La técnica de electroerosión por hilo se utiliza en las siguientes aplicaciones:
Punzones y matrices de corte.
Matrices para plástico.
Matrices metálicas para pulvimetalurgia.
Matrices de extrusión y de embutición.
Prototipos, pequeñas series, piezas de recambio.
Plantillas.
Calibres.
Levas de disco.
Herramientas de troquelado de corte fino y normal.
Electrodos para electroerosión convencional.
Ejemplos de piezas fabricadas mediante electroerosión por hilo.
Mediante la técnica de corte por hilo se puede producir en un solo proceso el producto final, así el plazo de entrega del producto puede ser acortado extremadamente, comparado con el sistema tradicional que se sirve de las máquinas convencionales de arranque de viruta. En la mayor parte de las aplicaciones consideradas, la electroerosión por hilo permite una reducción de costos de fabricación entre el 30 y el 60% en comparación con procedimientos convencionales.
VENTAJAS DE LA APLICACIÓN DE LA ELECTROEROSIÓN POR HILO La electroerosión por hilo presenta, en relación con los métodos convencionales, ventajas en las áreas de concepción de las piezas, preparación del trabajo y mecanizado. Por otra parte, su flexibilidad y las posibilidades que ofrece en cuanto a una integración del trabajo, desde la concepción del mismo hasta la fabricación final, garantizan una organización y resultados muy superiores a los métodos convencionales. A continuación se detallan las ventajas específicas de cada área, así como su justificación.
CONCEPCIÓN DE LAS PIEZAS
Utillajes más compactos, debido a la posibilidad de suprimir chasis de matrices.
Simplificación de piezas, por la posibilidad de realizar matrices más complicadas.
Normalización de elementos, por la utilización de placas normalizadas sobre las que se pueden mecanizar mediante la electroerosión con hilo toda clase de orificios de corte, centrado, etc.
PREPARACIÓN DEL TRABAJO
Preparación rápida del trabajo, no es necesario el estudio de electrodos ni su fabricación.
Puesta en fabricación inmediatamente, el plazo de puesta en fabricación a partir del diseño puede ser inferior a una jornada.
Tecnología simplificada, las variables de trabajo son menos que en el mecanizado convencional.
FABRICACIÓN
Tiempos de fabricación reducidos, volumen de material a arrancar mínimo.
No son necesarios utillajes, el electrodo de hilo es universal y sirve para cualquier configuración de pieza.
Trabajo automático, el trabajo se desarrolla sin vigilancia suplementaria. Alta utilización de la máquina, como consecuencia de la posibilidad de trabajo automático.
Mano de obra sin cualificación especial, porque el mecanizado mediante electroerosión por hilo, no exige conocimientos tecnológicos previos especiales y el operario puede ser formado en poco tiempo.
CALIDAD
Menos rechazos, debido a que el trabajo se desarrolla automáticamente y a la posibilidad de comprobación gráfica previa del programa.
Tiempos de control reducidos, los controles intermedios no son necesarios.
Rebarbas mínimas en las piezas obtenidas con el utillaje, debido a la precisión de ajuste de punzones y matrices.
Se evitan las deformaciones de tratamiento térmico, puesto que el tratamiento se realiza antes del corte.
FLEXIBILIDAD
Facilidad de modificación, los programas pueden ser fácilmente modificables sobre la misma máquina.
Rapidez de puesta a punto, posibilidad de corte rápido de prototipos para su ensayo.
INTEGRACIÓN
Posibilidad de coordinar, de manera sencilla, el diseño, la preparación del trabajo y la fabricación, en virtud de las facilidades ofrecidas por el sistema de corte por hilo y la programación de la máquina.
CLASIFICACIÓN DE LAS PIEZAS En los trabajos de erosión de hilo se pueden encontrar diferentes tipos de piezas, ateniéndose a la geometría. Las diferentes formas geométricas se pueden clasificar en dos grandes grupos: UN CONTORNO + UN ANGULO: Las piezas cuya geometría viene definida por
un contorno (perfil) y una simple inclinación del hilo. Este ángulo de inclinación del hilo se puede considerar bien a derecha o bien a izquierda. Además dicho ángulo, puede ser variado a lo largo del contorno, tanto en su magnitud como en su dirección. Este grupo de piezas puede abarcar más del 99% de la producción habitual. DOS CONTORNOS: Las piezas cuya geometría viene definida por dos contornos
diferentes, los cuales representan los perímetros superior e inferior. Estas piezas no llegan a suponer (salvo en contadas excepciones) el 1% de la producción.
INCLINACIÓN DEL HILO Tal como ha quedado dicho en el punto anterior, las piezas cuya geometría se engloba en el primer grupo (un contorno + un ángulo), se pueden definir por una inclinación del hilo a derechas o a izquierdas. Para aclarar lo que representa inclinar el hilo a derechas o a izquierdas, se dispone de la figura que se muestra a continuación.
Inclinación del Hilo
Para aclarar con más detalle cómo se determina si el hilo se inclina a derechas o a izquierdas, se puede recurrir al siguiente método: se ha de observar el hilo en la dirección de avance en el momento de cortar la pieza, después se ha de prestar atención a la parte del hilo que queda por encima de la pieza; pues bien, si la parte superior del hilo se desplaza hacia la derecha, esto significa que el hilo se está inclinando a derechas, mientras que si el desplazamiento lo lleva a cabo hacia el lado izquierdo, esto significa que el hilo se está inclinando a izquierdas.
SOBRE-ESPESOR: Estos parámetros varían en función del material a mecanizar, la calidad del mecanizado a obtener, etc...; los valores de dichos parámetros es frecuente encontrarlos en la información entregada por el fabricante de la máquina, en algunos casos en los manuales de usuario y en otros casos incorporados en el propio control numérico. Offset: El offset es un valor igual al radio del hilo más el "GAP". Esto es, un hilo de 0.25 mm de diámetro realiza una ranura al mecanizar, de mayor tamaño. La diferencia entre la anchura de la ranura realizada al cortar y el diámetro del hilo, es a lo que se llama "GAP". El valor del GAP varía en función de ciertos parámetros. Algunos de estos parámetros son: material a mecanizar, mecan izar, condiciones tecnológicas seleccionadas para el corte, etc...
TIPOS DE MECANIZADO La diversidad de piezas a cortar por erosión de hilo puede conllevar diferentes tipos
de
mecanizado.
Uno de los modos de clasificar, de una forma sencilla, los tipos de mecanizados que se pueden realizar es el siguiente:
MECANIZADOS DE UN SOLO CONTORNEADO (UNA SOLA PASADA). MECANIZADOS DE VARIAS PASADAS (DESBASTE Y ACABADO): Esto es posible debido a la posibilidad de dejar cuellos (pestañas) inicialmente. Estos cuellos se cortan una vez que se ha terminado de mecanizar el contorno. Este tipo de mecanizado suele requerir que se modifiquen los parámetros de corte (tanto los de potencia, como el offset) entre las diferentes pasadas de contorneado. Los mecanizados con cuellos se llevan a cabo debido a dos principales causas: con el fin de conseguir mayor calidad en la pieza final, tanto en lo referente a conceptos dimensionales, como superficiales. Por otro lado cabe destacar que cuando se está generando un programa CN, es exactamente igual generar un código de inclinación a derechas de un ángulo especificado, que generar el código de inclinación a izquierdas con el valor inverso (negativo) del mismo valor del ángulo. Esto es, el control numérico entenderá de igual modo un código de inclinar 5 grados a derechas que -5 grados a izquierdas, y viceversa.
PARÁMETROS DE CORTE En la tecnología del corte por hilo se han de tener en cuenta varios parámetros, los cuales están continuamente relacionados entre sí. A continuación se enumeran algunos de estos parámetros:
PARÁMETROS DE POTENCIA: - Tensión del Hilo - Velocidad del Hilo - Pausas
Con el fin de poder cortar más de un contorno en un mismo programa cuando la máquina dispone de sistema de enhebrado automático.
4.4.-CORTE POR PLASMA -En 1954 se descubre que aumentando el flujo del gas y reducir la abertura de la boquilla utilizada en TIG, se obtiene un chorro de plasma: capaz de cortar metales, proceso de corte por plasma.
Antorcha para el corte por plasma.
Fundamentos físico-químicos En la naturaleza la materia se encuentras en forma sólida, líquida o vapor:
El plasma es el cuarto estado de la materia.
A muy elevadas temperaturas, los electrones tienen suficiente energía como para salir de su órbita del núcleo del átomo, generando iones de carga positiva.
Calentando un gas a temperaturas cercanas a 50.000 ºC los átomos pierden electrones.
Estos electrones electrones libres se colocan en los núcleos que han perdido sus propios electrones, convirtiéndose así en iones.
De esta forma el gas se convierte en plasma: plasma: un conductor eléctrico gaseoso con alta densidad de energía.
PROCESO DE CORTE CON PLASMA El fundamento del corte por plasma se basa en elevar la temperatura del material a cortar de una forma muy localizada y por encima de los 30.000 °C, llevando el gas hasta el plasma. El procedimiento consiste en provocar un arco eléctrico estrangulado a través de la sección de la boquilla del soplete, sumamente pequeña, lo que concentra la energía cinética del gas, ionizándolo, lo que le permite cortar. El chorro de plasma lanzado contra la pieza penetra la totalidad del espesor a cortar, fundiendo y expulsando el material. La ventaja principal de este sistema radica en su reducido riesgo de deformaciones debido a la compactación calorífica de la zona de corte.
CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO
Es usable para el corte de cualquier material metálico conductor, y más especialmente en acero estructural, inoxidables y metales no ferrosos.
Como proceso complementario en trabajos especiales: producción de series pequeñas, piezas tolerancias muy ajustadas, mejores acabados, baja afectación térmica del material (alta concentración energética).
El comienzo del corte es prácticamente instantáneo y produce una deformación mínima de la pieza.
Permite cortar a altas velocidades y produce menos tiempos muertos, (no se necesita precalentamiento para la perforación).
Permite espesores de corte de 0.5 a 160 milímetros, con unidades de plasma de hasta 1000 ampers.
Una de las características características más reseñables es que se consiguen cortes cortes de alta calidad y muy buen acabado.
EQUIPO NECESARIO
Generador de alta frecuencia alimentado por energía eléctrica.
Gas para generar la llama de calentamiento, calentamiento, y que más tarde se ionizará (argón, hidrógeno, nitrógeno).
Electrodo y portaelectrodo que dependiendo del gas puede ser de tungsteno, hafnio o circonio.
Pieza a mecanizar.
VARIABLES DEL PROCESO
Gas empleado.
Caudal y presión del gas.
Distancia boquilla pieza.
Velocidad del corte.
Energía empleada o intensidad del arco.
Caudal, presión, la distancia boquilla-pieza boquilla-pieza y la velocidad del corte se pueden ajustar en las máquinas según cada pieza a cortar.
GAS-PLASMA Los principales gases que se utilizan como gases plasmágenos son, argón, nitrógeno (calidad del corte y garantiza una durabilidad de la boquilla) y aire, o mezcla de estos gases.
EL CHORRO DEL GAS –PLASMA SE COMPONE DE DOS ZONAS:
Zona envolvente, que es una capa anular anular fría sin ionizar que envuelve la zona central (permite refrigerar la boquilla, aislarla eléctricamente y confinar el arco).
Zona central, se compone compone por dos capas, una periférica constituida por un anillo de gas caliente no suficientemente conductor y la columna de plasma o el núcleo donde el gas-plasma presenta su más alta conductividad térmica, la mayor densidad de partículas ionizadas y las más altas temperaturas, entre 10.000 y 30.000 ºC.
ARCO ELÉCTRICO
El arco generado en el proceso de corte por plasma se denomina arco transferido (se genera en una zona y es transferido a otra).
Por medio de un generador de alta frecuencia conseguimos generar un arco entre el electrodo y la boquilla, este arco calienta el gas plasmágeno que hay en su alrededor y lo ioniza estableciendo un arco-plasma.
Gracias a la conductividad eléctrica es transferido hasta la zona de corte, mientras que el arco generado inicialmente, denominado arco piloto, se apaga automáticamente.
Una vez el arco-plasma está está establecido, la pieza se carga positivamente mientras el electrodo se carga negativamente, lo que hace mantener el arco-plasma y cortar la pieza.
TIPOS DE CORTE POR PLASMA
Corte por plasma por aire
Corte con inyección de agua
Corte con inyección de oxígeno
Corte con doble flujo
CORTE POR PLASMA POR AIRE
En 1963 se introduce.
El oxígeno oxígeno del aire aumenta las velocidades de corte en un 25 por ciento en relación con el corte tradicional por plasma seco
Desventaja: superficie de corte corte muy oxidada y una rápida erosión del electrodo que está dentro de la boquilla de corte.
CORTE CON INYECCIÓN DE AGUA
En 1968, Dick Couch, inventa inventa el corte con con inyección de agua, un proceso que implicaba inyectar radialmente agua en la boquilla.
El resultado final fue corte mejor y más rápido, así como con menos escoria.
Este proceso también utiliza como gas nitrógeno, pero como protector utiliza una capa de agua.
CORTE CON INYECCIÓN DE OXÍGENO
En 1983 se desarrolla una nueva técnica que que implica implica la utilización de oxígeno como gas de corte y la introducción de agua por la punta de la boquilla.
Este proceso denominado “corte por plasma con inyección de oxígeno”
ayuda a solucionar los problemas del rápido deterioro de los electrodos y la oxidación del metal.
CORTE CON DOBLE FLUJO
Este es el sistema convencional o estándar, de alta velocidad que utiliza como gas-plasma nitrógeno y como gas protector puede emplearse bióxido de carbono o bien oxígeno.
