Sistemas de Electroerosión (EDM)

Componentes Clave del Sistema de Electroerosión

• Electrodo (Herramienta de Forma): Se fabrican mediante fundición, mecanizado o sinterizado en materiales como el grafito, latón, cobre, cobre-tungsteno, entre otros. El de cobre-tungsteno se desgasta menos, pero es más difícil de mecanizar. Los de grafito y cobre son los más versátiles y utilizados. Los de grafito tienen un tamaño de grano muy pequeño que origina un menor desgaste y un acabado muy bueno en la pieza. Como inconveniente, destaca su fragilidad.
• Fuente de Potencia: Transforma (mediante un rectificador) la corriente alterna en una corriente continua que luego se convierte en una corriente pulsada (ondas cuadradas) a través de un circuito oscilador.
• Dieléctrico: Actúa como aislante hasta que la tensión es suficientemente alta, enfría la zona de mecanizado y arrastra las partículas erosionadas. Se usan habitualmente aceites minerales, aunque el queroseno y el agua destilada o desionizada también pueden emplearse en algunas aplicaciones.
• Sistema de Control: Controla el tiempo de descarga, la intensidad de corriente y el avance del electrodo sobre la pieza con el fin de mantener un gap (espacio) constante.

Materiales Mecanizables por Electroerosión

Se puede mecanizar cualquier material conductor de la electricidad, incluyendo: Aluminio (Al), Cobre (Cu), Zinc (Zn), Estaño (Sn), Bronce (Br), Silicio (Si), Titanio (Ti), aceros inoxidables, Oro (Au), Plomo (Pb), Plata (Ag), Hierro (Fe), Cobalto (Co), Níquel (Ni), Tungsteno (W), entre otros.

Precisión y Acabado Superficial en EDM

El acabado de la superficie depende directamente de la energía de las chispas eléctricas. Una mayor energía origina un peor acabado, pero un proceso más rápido. Por el contrario, una baja energía produce un mejor acabado y un proceso más lento. Se consiguen acabados especulares del orden de 0,05 μm (Ra), aunque lo más habitual es de 0,8 a 3 μm. Las tolerancias obtenidas son también muy estrechas, pudiendo alcanzarse los 5 μm.

Desventajas de la Electroerosión

• Baja relación de material arrancado por unidad de tiempo.
• Consumo de electrodos.
• Limitación a piezas conductoras de la electricidad.
• Afectación térmica del material.

Aplicaciones Industriales de la Electroerosión

• Fabricación de moldes y matrices.
• Mecanizado de piezas complejas.
• Industrias como la automoción, aeroespacial y de implantes médicos.
• Mecanizado de aceros para herramientas endurecidos (materiales que no pueden ser fresados por métodos convencionales). La electroerosión permite mecanizarlos después del endurecimiento, evitando los cambios dimensionales que ocurren en el fresado si se mecanizan antes del tratamiento térmico.

Variantes del Proceso de Electroerosión

Electroerosión por Hilo (Wire EDM)

Esta variante utiliza como electrodo un hilo muy fino capaz de cortar cualquier perfil siguiendo una trayectoria programada a través de la pieza. Permite cortar grandes espesores (hasta 300 mm). El hilo se fabrica habitualmente en latón, cobre, tungsteno o molibdeno, y también se utilizan hilos recubiertos. El diámetro del hilo oscila entre 0,2 y 0,3 mm. El hilo se mueve a una velocidad constante entre 0,15 y 9 m/min. La velocidad de corte se expresa habitualmente en superficie mecanizada por unidad de tiempo (ej.: 45.000 mm²/h para 150 mm de espesor de Aluminio). Como dieléctrico, es habitual el uso de agua desionizada, debido a su baja viscosidad y alto poder refrigerante. Dado que el hilo se renueva constantemente, su elevado desgaste al usar agua desionizada como dieléctrico no representa un problema significativo. Se obtiene una alta precisión y un excelente acabado superficial, lo que permite su aplicación en la fabricación de matrices de estampación, matrices de extrusión e incluso en la fabricación de electrodos para electroerosión por penetración.

Rectificado por Electroerosión (EDM Grinding)

En esta modalidad, la rueda de rectificado se fabrica de latón o grafito y no contiene partículas abrasivas, lo que las convierte en herramientas de bajo coste. El material se desprende por efecto de la electroerosión entre la rueda (electrodo negativo) que gira y la pieza (electrodo positivo), ambas sumergidas en el dieléctrico. El giro de la rueda asegura un flujo constante y uniforme del dieléctrico. Al no haber contacto directo entre la pieza y la herramienta, este proceso es muy utilizado en el rectificado de materiales muy frágiles.

Corte por Plasma

El corte por plasma es un proceso de tipo térmico basado en la fusión del material por la acción de un gas plasma (gas ionizado por una corriente eléctrica) a muy alta temperatura (hasta 30.000ºC).

Características del Corte por Plasma

• Permite el corte de una amplia gama de materiales metálicos.
• Se utiliza habitualmente para cortar materiales (como aceros inoxidables, aleaciones de aluminio, etc.) que no pueden ser cortados eficientemente por procesos como el oxicorte.
• Es posible usar varias boquillas simultáneamente para aumentar la productividad.

Mecanismo de Remoción de Material en el Corte por Plasma

Una fuente eléctrica ioniza un gas que, al pasar por una boquilla de pequeñas dimensiones a una presión elevada, alcanza una velocidad (hasta dos veces la del sonido) y una temperatura muy elevadas. Esto se debe a que, al disminuir el paso del gas, se aumenta la resistencia al flujo de corriente. Para mantener la misma cantidad de corriente, es necesario aumentar la tensión, lo que consecuentemente eleva la temperatura del gas.

El arco eléctrico, que se genera por el paso de corriente a través del gas, se produce entre un electrodo (cátodo) situado en el interior de la boquilla y la propia pieza a cortar (ánodo).

Componentes del Sistema de Corte por Plasma

• Fuente Eléctrica de Potencia: La intensidad de corriente depende del espesor del material a cortar.
• Gas de Corte: Su elección depende del material a cortar. Por ejemplo: el O₂ o el aire pueden usarse para cortar acero; el N₂ para cortar aceros inoxidables; y mezclas de Argón (Ar) e Hidrógeno (H₂) para cortar aleaciones de inoxidables de grandes espesores.
• Gas de Protección: Fluye alrededor de la boquilla y sirve para proteger la zona de corte, mejorar la calidad del corte y permitir una mayor velocidad de proceso. El tipo se elige según el material a cortar. Por ejemplo: O₂ y aire para aceros; N₂ para aceros inoxidables y aleaciones de aluminio.
• Sistema de Refrigeración: Puede ser por aire o agua.
• Antorcha de Corte.
• Sistema de Control: Controla el flujo de gases y las presiones.