Tipos de Mecanizado por Electroerosión

Tal como detallamos en un artículo anterior sobre Mecanizado por Electroerosión la electroerosión es un proceso de erosión térmica en el cual se extrae metal mediante una serie de descargas eléctricas recurrentes entre una herramienta de corte que actúa como electrodo y una pieza conductora, en presencia de un fluido dieléctrico. Esta descarga se produce en un hueco (“gap”) de voltaje entre el electrodo y la pieza. El calor de la descarga vaporiza partículas diminutas del material de la pieza y del electrodo, que seguidamente se eliminan del hueco por el dieléctrico que fluye continuamente.

La expansión del mecanizado por electroerosión en los últimos 45 años ha dado origen a los tres tipos principales que se enumeran a continuación, aunque los más utilizados son los dos primeros.

• Electroerosión por penetración
• Electroerosión por hilo
• Electroerosión por perforación (o rectificado por electroerosión)

Electroerosión por penetración

Este es el tipo convencional que emplearon las primeras máquinas electroerosionadoras y se basa en el proceso que ya describimos oportunamente (CITAR ENLACE DEL ARTÍCULO SOBRE MECANIZADO POR ELECTROEROSIÓN). En pocas palabras, el electrodo se une al cabezal de la máquina que está conectado a un polo -por lo general el polo positivo- de una fuente de alimentación pulsada. La pieza de trabajo se conecta al polo negativo y se ubica de manera que haya un hueco entre esta y el electrodo. Posteriormente, el hueco se inunda con fluido dieléctrico. Cuando se conecta la fuente de alimentación, el hueco es atravesado por miles de impulsos de corriente continua por segundo formando chispas y dando comienzo al proceso de erosión tal como lo detallamos en el artículo sobre mecanizado por electroerosión (CITAR ENLACE DEL ARTÍCULO SOBRE MECANIZADO POR ELECTROEROSIÓN). A medida que la erosión continúa, el electrodo avanza sobre la pieza mientras mantiene una dimensión constante del hueco.

Detalle de electroerosion por penetracion

La pieza terminada puede exhibir varias capas distintas. La capa superficial presenta pequeños glóbulos de metal extraído de la pieza, así como partículas del electrodo adheridas que se eliminan fácilmente. La segunda capa se denomina «capa blanca» o «capa refundida«, donde la electroerosión ha alterado la estructura metalúrgica de la pieza. La tercera capa es la zona afectada por el calor o «capa recocida«, la cual ha sido calentada pero no fundida. La distribución, extensión y profundidad de estas capas tienen una influencia muy importante en la calidad del acabado superficial y se ven afectadas por:

• Los ciclos de activación y desactivación del proceso.
• El ciclo de trabajo, que es la relación entre el ciclo de activación y el tiempo de ciclo total.
• La distancia de separación, hueco o «gap» entre la pieza de trabajo y el electrodo.

El electrodo, por lo general de grafito o cobre electrolítico, se fabrica con la imagen inversa o negativa de la pieza que se desea obtener, por lo cual genera cavidades en la pieza.

Electroerosion por penetracion Formacion de cavidades en la pieza

Entre las características principales de la electroerosión por penetración podemos mencionar:

• El fluido dieléctrico es aceite mineral, aunque algunas máquinas pueden usar agua u otros líquidos especiales.
• Pueden obtenerse tanto formas pasantes como formas ciegas de geometrías complicadas.
• Capacidad de extracción en aceros: hasta 2000 mm3/min.
• Rugosidad mínima en aceros: hasta menos de 0,4 μm Ra.
• Aplicaciones: fabricación de moldes y troqueles de embutición.

Electroerosión por hilo

El desgaste del electrodo usado en el sistema por penetración, sumado a los costos para fabricarlo impulsó el proceso de electroerosión por hilo a comienzos de los años ’70. En este proceso, el electrodo de grafito se sustituye por un hilo consumible, cargado eléctricamente y controlado por CNC, capaz de efectuar cortes muy finos e intrincados.

El principio de funcionamiento del sistema por hilo es el mismo que el tipo de penetración, ya que emplea una serie de descargas de corriente continua que forman chispas entre el hilo y la pieza de trabajo, ambos en contacto con el fluido dieléctrico. En algunos casos, el hilo y la pieza se sumergen totalmente en el dieléctrico, aunque esto puede provocar corrosión electrolítica en algunos materiales.

Formacion de la entalla en electroerosion por hilo

La diferencia fundamental entre la electroerosión por hilo y la electroerosión por penetración es que la forma del electrodo no influye directamente en la forma de la pieza a obtener, puesto que lo único que se pretende es realizar un corte en la pieza y no obtener una copia con la forma del electrodo.

Detalle electroerosion por hilo

El proceso es particularmente útil para cortar detalles finos en matrices pre-endurecidas de estampado y troquelado. Un mecanismo de alimentación continua suministra hilo nuevo, de manera que el desgaste del electrodo no es un problema. Los diámetros típicos de hilo van de 0,005 cm a 0,035 cm. Estos hilos producen una entalla un poco más grande que su propio diámetro, por ejemplo, un hilo de 0,03 cm deja una entalla de 0,04 cm. Los hilos para electroerosión pueden funcionar durante largos períodos sin atención del operador.

Entre las características principales de la electroerosión por hilo podemos citar:

• Se generan geometrías únicamente pasantes en la pieza, en función de la trayectoria recorrida por el hilo, pudiendo realizarse cortes rectos y cortes cónicos.
• El fluido dieléctrico es agua desionizada.
• Dado que el hilo es muy delgado, la energía utilizada es limitada y las tasas de extracción son bajas.
• Velocidad de corte en aceros: hasta 500 mm2/min.
• Capacidad de extracción de metal: aprox. 350 cm3/hora.
• Rugosidad mínima en aceros: menos de 0,3 μm (cortes de repaso).
• Aplicaciones: conjuntos punzón-matriz, insertos para moldes, componentes electrónicos, como así también para medicina y relojería.

Electroerosión por perforación (o rectificado por electroerosión)

Un tercer tipo de electroerosión está diseñado para la perforación de orificios pequeños (de entre 0,015 cm y 0,65 cm aprox.) pero muy profundos, con una relación de profundidad a diámetro de 30 a 1, o superior. Para ello, se emplean electrodos rotatorios concéntricos de hasta 30 cm de largo que giran a unas 100 rpm y perforan la pieza de trabajo.

Básicamente los electrodos realizan las mismas funciones que un taladro de columna, excepto que a) la extracción del material se realiza mediante descargas eléctricas sin contacto directo entre electrodo y pieza, b) la dureza del material es irrelevante y c) la precisión del orificio terminado es muy superior a lo que cualquier taladro podría producir. A medida que se generan las descargas eléctricas, la rotación ayuda al lavado y provee un desgaste parejo del electrodo.

Detalle electroerosion por perforacion

Por el momento, el campo de aplicación de la electroerosión por perforación es muy reducido y su uso más común reside en perforar orificios para comenzar la electroerosión por hilo en materiales ya endurecidos, así como orificios muy pequeños y precisos para industrias como la de los equipos médicos y aeroespaciales.

Más adelante en otro artículo veremos las máquinas que se utilizan para los distintos tipos de Mecanizado por Electroerosión.