Introducción a las Máquinas para Electroerosión

El mecanizado por electroerosión es un proceso no convencional de mecanizado de metales por el cual una herramienta descarga miles de chispas sobre una pieza metálica. Este proceso es aplicable a piezas resistentes a los procesos comunes de mecanizado, a condición de que sean eléctricamente conductoras, por lo general, no ferrosas, del tipo de acero, titanio, super aleaciones, latón y muchos otros metales. En lugar de cortar el material, la electroerosión lo funde o vaporiza, generando una línea de corte sumamente precisa y con escasa formación de escoria. La aceptación general del mecanizado por electroerosión ha posibilitado no sólo una multiplicidad de aplicaciones, sino también ha dado lugar a una oferta que abarca una diversidad de máquinas electroerosionadoras.

En los comienzos, todas las máquinas para electroerosión se basaban en el método más antiguo, es decir, el de electroerosión por penetración. No obstante, con el advenimiento del control numérico computarizado (CNC) a fines de los ’70, la aparición de las primeras máquinas para electroerosión por hilo las fue ubicando en el lugar de privilegio del que gozan actualmente, aunque ambos tipos de máquinas son hoy completamente automatizados y cuentan con CNC.

De acuerdo con el fundamento diferente de los procesos de electroerosión por penetración y por hilo, las máquinas que emplean cada uno de estos procesos pueden obtener una cavidad tridimensional mediante un electrodo (penetración) o bien cortar la pieza según parámetros introducidos en el equipo de CNC (hilo).
Sin embargo, a pesar de sus diferencias que también incluyen la naturaleza del fluido dieléctrico y el número de ejes, las máquinas para electroerosión responden, en general, a un diseño que comprende los mismos componentes básicos. Veamos cuáles son en el siguiente esquema típico.

Esquema y partes de una máquina para electroerosión

En la figura de arriba observamos, en primer lugar, el sistema de ejes que responde a la norma alemana VDI 3402, la cual define los distintos ejes de cualquier máquina para electroerosión.

También podemos apreciar un armazón general que, en algunos casos como el de la figura, aunque no necesariamente, adopta la conocida forma de “cuello de cisne” que ya hemos visto en otro tipo de máquinas. Dicho armazón constituye el esqueleto de la máquina, tiene que ser robusto y debe servir de sujeción para la mesa de trabajo, el tanque de dieléctrico, el generador de potencia y todos los elementos y dispositivos necesarios para el proceso de electroerosión, por ejemplo, los que se emplean para accionar los sistemas de portaelectrodo (penetración) o de movimiento y guía del hilo (hilo).

Una parte integrante de ese armazón es la columna, donde normalmente se encuentra alojado el generador de potencia o generador de impulsos. Este componente es esencial para cualquier máquina electroerosionadora, por cuanto es el que origina el diferencial eléctrico entre el electrodo y la pieza mediante una descarga en forma de pulsos de duración efímera, ya que puede producir varias decenas de miles de pulsos por segundo. Existen varios tipos, pero, por lo común, el generador de potencia está compuesto por:

• un circuito
• un sistema de encendido y apagado transistorizado de alta frecuencia
• una resistencia o equipo de protección eléctrica
• un estabilizador oscilante

Las máquinas más modernas no incorporan el generador de potencia en el armazón, sino en un gabinete aparte junto al armazón. Esto obedece a razones de diseño y al hecho de mantener la máquina libre de fuentes de calor que podrían producir distorsiones en las partes mecánicas.

Otro componente fundamental que distinguimos en la figura es el cabezal, que gobierna el sistema de mecanizado automático, posibilitando los movimientos sobre los ejes, y cuyas características son diferentes según el tipo de electroerosión empleado. En el sistema por penetración, el cabezal aloja los servomotores de control que mantienen la separación o gap constante y que actúan sobre el portaelectrodos para asegurar el desplazamiento vertical del electrodo sobre el mismo eje. En el sistema por hilo, el cabezal aloja los motores de paso, ya que cuenta con un sistema de rodillos y boquillas por donde pasa el hilo y también cumple la función de tensionar el hilo.

La mesa de trabajo o mesa de fijación de la pieza es, como lo indica su nombre, la unidad en la que se monta la pieza para su mecanización. Dependiendo del diseño de la máquina, el elemento móvil puede ser esta mesa o bien el electrodo. Alrededor de la mesa de fijación se ubica el tanque de trabajo, que contiene el fluido dieléctrico y cuyo volumen depende del tamaño de la pieza y la potencia del generador de impulsos, pudiendo variar de unos 30 a 3.000 litros. En las máquinas por penetración, el fluido dieléctrico siempre cubre la pieza, mientras que en las máquinas por hilo la pieza puede o no estar sumergida totalmente y en ambos casos hay presencia permanente de chorros de fluido dieléctrico.

El tanque de trabajo descansa sobre la bancada, una pieza rígida que es la parte inferior del armazón y es en la que se encuentran las guías de los ejes X e Y, reguladas por servomotores.

Sistema de una máquina de electroerosión

Además de todos los componentes que acabamos de mencionar, las electroerosionadoras, tanto por penetración como por hilo cuentan con otros dispositivos esenciales, como la unidad de filtrado que vemos en la figura de arriba. Esta unidad limpia el fluido dieléctrico de los residuos del material arrancado durante el proceso de electroerosión. Está provista de un sistema de filtrado y enfriamiento del dieléctrico, como así también de los dispositivos necesarios para asegurar la circulación del dieléctrico, impulsado por bombas hidráulicas, hacia el tanque de trabajo y ejecutar los distintos tipos de limpieza de la zona de trabajo.

Por otra parte, el control numérico computarizado (CNC) instalado en la gran mayoría de las máquinas actuales permite elevados niveles de automatización, lo que asegura una mínima intervención humana. Su sofisticada red de transmisión de datos se conecta con la computadora, la cual transmite el programa de corte, previamente elaborado, a través de una interfaz.

Finalmente, las máquinas para electroerosión por perforación, también provistas con CNC, se están imponiendo lentamente en el trabajo de producción que comprende la perforación de orificios de pequeño diámetro, particularmente para aspas de turbinas, inyectores de combustible, conductos de venteo de moldes plásticos o de enfriamiento en herramientas de corte, etc. Si bien las máquinas de electroerosión por penetración también pueden perforar orificios, son mucho más lentas que estas perforadoras diseñadas específicamente para esta función.

Sistema de electroerosión

El principio de funcionamiento de una máquina para electroerosión por perforación es el mismo que en el sistema por penetración. Una chispa producida en un gap entre el electrodo y la pieza, y cuya dimensión es mantenida por un servomotor, erosiona un material conductor. Como el electrodo es hueco, el dieléctrico fluye a través de este y la rotación ayuda a producir la concentricidad y facilitar el proceso de limpieza. Puesto que las partículas removidas son conductoras, es esencial eliminarlas del orificio perforado para evitar cortocircuitos entre el electrodo y la pieza. Si se produce un cortocircuito, el servomotor retrae el electrodo, fija nuevamente la correcta dimensión del gap y se inicia nuevamente el proceso.

Máquina de electroerosión por hilo

Máquina de electroerosión por penetración

Máquina de electroerosión por perforación