taladrado ecm y erosion electroquimica

7/21/2019 Taladrado ECM y Erosion Electroquimica

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Taladrado ECM: disminucin de los costes de herramienta

El taladrado ECM se realiza casi sin desgaste de la herramienta. Incluso en el caso de materiales

duros, el tiempo de duracin de los ctodos de taladrado es muy largo. La velocidad de avance es

de hasta 5 mm/min.

na venta!a decisiva del proceso puede apreciarse tam"i#n en el mecanizado de componentes

comple!os de di$%cil acceso o "ien en la apertura de espacios huecos& El taladrado electro'u%mico

se realiza sin ning(n tipo de re"a"as ni restos de taladrado, con lo 'ue se eliminan por completo

los procesos de des"ar"ado. )dems, se pueden realizar muchos taladros ECM *+ y ms-

simultneamente, como por e!emplo en el caso del mecanizado de un r"ol de levas. En resumen&

el taladrado electro'u%mico proporciona tiempos de ciclo cortos y procesos depurados.

Taladrado ECM de pistones: precisin garantizada

elocidades elevadas, tur"ocompresin e inyeccin directa& detrs de estas pala"ras claves hay

siempre elevadas eigencias en los pistones para motores de turismos y veh%culos industriales. 0or

un lado se $a"rican de aleaciones de gran resistencia para 'ue mantengan el nivel carga de

potencia de $orma duradera. 0or el otro, se demanda una geometr%a de pistones ms comple!a

teniendo en cuenta los nuevos conceptos de motores. Es precisamente en el caso de estas

eigencias donde el taladrado electro'u%mico desarrolla todos sus puntos $uertes.

Taladrado electroqumico: proceso depurado

En el taladrado ECM no solo el desgaste de herramienta es escaso y la dureza del material no

in$luye en las velocidades de avance. )l mismo tiempo no se generan restos de taladrado y se evita

por completo la $ormacin de re"a"as. Esto tiene sus venta!as precisamente en componentes

comple!os como el pistn& se eliminan los su"siguientes procesos de des"ar"ado. )dems, con el

taladrado ECM tam"i#n se pueden e!ecutar de $orma e$icaz taladros de di$%cil acceso y pasos de

mecanizado con cuerpos huecos. 0or e!emplo, la produccin de pistones con canales dere$rigeracin saca un provecho enorme mediante la aplicacin del taladrado ECM.

El mecanizado por descarga elctrica

El proceso de la electroerosin consiste en la generacin de un arco el#ctrico entre una pieza

metlica y un electrodo de gra$ito. 1eparando a am"os hay un medio diel#ctrico, el#ctricamente


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aislante. La intensidad del campo el#ctrico es mayor 'ue la resistencia del diel#ctrico, al menos en

alg(n punto, y la corriente rompe, permitiendo el $lu!o el#ctrico entre los electrodos. Es el mismo

e$ecto 'ue la ruptura de un condensador el#ctrico. La chispa calentar la super$icie de la pieza

hasta una temperatura en 'ue volatiliza el metal, arrancar part%culas de la pieza, y lograr

$inalmente reproducir en la pieza las $ormas del electrodo. La geometr%a t%pica es tridimensional

$ormada por varios ngulos. Las m'uina de electroerosin o$rece variedad de ciclos& vertical,

or"ital, vectorial, direccional, helicoidal, cnico, rotacional, etc. El mecanismo de arran'ue de metal

es un proceso igual t#rmico 'ue mecnico, provocado por la presencia de una $uerza el#ctrica en la

super$icie del electrodo, 'ue puede mecnicamente arrancar la viruta y crear un crter. Este

tam"i#n su$re erosin. 2sicamente se trata de una serie de rupturas y restauraciones del l%'uido

diel#ctrico entre electrodos siguiendo un modelo, produccin de miles de chispas. La pro$undidad

del crter creado depende de la longitud del pulso, a ms longitud la super$icie de aca"ado ser

ms rugosa. El pulso muy corto dar un aca"ado ms $ino. 3urante el intervalo entre pulsos se

renueva el l%'uido diel#ctrico, a mayor intervalo ms l%'uido se renueva en microsegundos, y ms

part%culas de metal sern lanzadas $uera4 con ello se ale!a el peligro del cortocircuito, causado por

las part%culas.

El arranque de material se realiza con descargas elctricas controladas, que saltan en un medio

dielctrico entre el electrodo y la pieza, que se fabrica.

La intensidad de la corriente de la chispa depende de la capacitancia del condensador en el circuito

C, una intensidad, 'ue depende de la carga acumulada en el condensador en un momento dado,

y tam"i#n del volta!e normal, constante, del circuito C. En vez del generador C se puede usar un

generador de pulso controlado, ahora me!orado con nuevos componentes electrnicos. El

generador, "asado en un transistor 'ue lo controla, modela el pulso de $orma cuasi rectangular y el

tiempo entre dos pulsos consecutivos.

En la pieza las descargas producen crteres microscpicos, de un tama6o 'ue depende del tipo de

m'uina. 7anto la pieza como el electrodo de"en ser materiales conductores, para 'ue pueda

esta"lecerse el arco el#ctrico para el arran'ue de metal. Cuando cesa el pulso el#ctrico, se inyecta

nuevo l%'uido diel#ctrico en el espacio entre electrodos, y las part%culas metlicas de la pieza, 'ue

han sido arrancadas, son epulsadas, pero slo parcialmente. Esas part%culas pueden cam"iar las

caracter%sticas diel#ctricas del l%'uido, e incluso producir un cortocircuito. Es un pro"lema no

resuelto. La distancia entre am"os electrodos, el espacio de chispa, depende de la m'uina usada,

es un $actor lgicamente central en el proceso. Intolera"le 'ue am"os electrodos entren en

contacto.


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3e nuevo se inicia otra descarga el#ctrica. 1e trata de metales duros, y no hace $alta calentarlos

para disminuir su dureza, para hacer ms $cil el mecanizado. El m#todo tam"i#n sirve para

metales no $#rreos, como titanio, 8astelloy, 9ovar e Inconel y para dar $orma a herramientas

semicristalinas de diamante. Es posi"le incrementar su conductividad.

El 2 sistema de electroerosin es con hilo. El calor se extrae con agua desionizada.

La descarga el#ctrica es un proceso lento, 'ue se emplea en geometr%as no convencionales de

metales duros y $rgiles. 2sicamente hay dos variantes& El electrodo de $orma y el 8ilo metlico.

El primero logra arrancar + cm:/hora, de material, por lo 'ue apareci la nueva variante, mucho

ms rpida, la del hilo. La investigacin comenz en ;5+ el $a"ricante Charmilles cre la primera m'uina de

electroerosin, y $ue ehi"ida en la Epo Europea de M'uina 8erramienta en ;>55. 3e"ido a 'ue

el arran'ue de metal era lento, en ;>> )gie lanz la erosin por electrodo de hilo, controlada por

ordenador.

Electrodo de forma

Es com(nmente hecho de gra$ito, pues #ste, por tener una elevada temperatura de vaporizacin,

es ms resistente al desgaste. 0uede ser tra"a!ado con una $resadora con el $in de crear, ya sea unelectrodo macho u hem"ra. Esto signi$ica 'ue el electrodo tendr la $orma opuesta a la $orma

deseada en la pieza de tra"a!o. Es (til disponer de dos electrodosD$orma, uno para erosin en

"ruto, y el otro para lograr el aca"ado $inal per$ecto. El co"re tam"i#n puede servir como electrodo,

aun'ue su desgaste es ms rpido. El electrodo de co"re es ideal para la per$oracin de hoyos, o

agu!eros redondos y pro$undos. El dimetro de estos electrodos no pasa de algunos mil%metros y

longitudes variadas, y prepara la pieza metlica para la posterior electroerosin por hilo. 1e trata de

agu!eros 'ue el taladro convencional no puede realizar.


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0ara la electroerosin la pieza y el electrodo se sit(an muy cercanos entre s%, de!ando un espacio

'ue oscila entre ,; y ,5mm, por el 'ue circula un l%'uido diel#ctrico, normalmente aceite de

"a!a conductividad, en 'ue est sumergida la pieza. n generador de corriente continua y pulsante

crea un campo el#ctrico intenso entre electrodo y pieza, 'ue provoca el paulatino aumento de

temperatura, hasta 'ue el diel#ctrico se vaporiza. )l desaparecer el aislamiento del diel#ctrico salta

la chispa, y se incrementa la temperatura, hasta etremos de +. C, se vaporiza un pe'ue6o

material de la pieza y del electrodo4 se $orma una "ur"u!a 'ue act(a de puente. )l cesar el pulso

el#ctrico, el puenteD"ur"u!a se rompe, y se ale!an las part%culasDgas del metal arrancado. Ese gas

se solidi$ica al contacto con el diel#ctrico, y es $inalmente arrastrado. Ese ciclo completo se repite

miles de veces por segundo, seg(n la m'uina. 7am"i#n se puede cam"iar la polaridad electrodoD

pieza. La erosin uni$orme de la pieza reproduce las $ormas del electrodo. ) medida 'ue el

electrodo se desgasta hay 'ue ir acercndolo la pieza, para mantener el hueco constante. Los

pe'ue6os crteres de la herramienta erosionan gradualmente el electrodo.

Electroerosin por hilo. Esquema.

8ay 'ue contrarrestar ese desgaste de la geometr%a del electrodo& una posi"ilidad es ir

remplazndolo durante la operacin, algo $cil si usamos la electroerosin por hilo, empu!arlo

cuidadosamente hacia a"a!o. Como es o"vio, cuando el desgaste es severo el electrodo es

remplazado. 1i es de gra$ito, se corrige el desgaste con un generador digital, controla"le al

milisegundo, 'ue invierte la polaridad mientras act(a la electroerosin. Es un e$ecto similar al

recu"rimiento de la plata, 'ue continuamente deposita part%culas de gra$ito hacia atrs, hacia el

electrodo, hasta lograr el desgaste cero.

La erosin de la pieza var%a desde nanmetros hasta centenares de micras en super$icies rugosas.0ara un aca"ado preciso, F,5 mm, son necesarios + electrodos, o ms, una prctica com(n,

cuando la herramienta reproduce en negativo la $orma deseada. La herramienta avanza en

direccin (nica hacia a"a!o, el e!e G. Cuando utilizamos un solo electrodo de $orma simple, hay 'ue

moverlo en diversas direcciones, e incluso usar su rotacin para moler. El desgaste logrado

depende de la polaridad, corriente mima y volta!e aplicado. La rugosidad super$icial *1- puede

variar entre ?H 1 *aca"ado muy rugoso- y + 1 *aca"ado casi per$ecto-. 1 es un aca"ado sin

rugosidad, casi imposi"le de conseguir.


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Con el electrodo de $orma no se generan $uerzas de corte, como en los procesos de mecanizado,

torneado y taladrado. 0or ello resulta aplica"le a metales $rgiles. 1e pueden producir agu!eros

muy inclinados en super$icies curvas, sin pro"lemas de deslizamiento4 as% como de elevada

relacin& cociente entre la longitud y el dimetro. El pe'ue6o dimetro y gran pro$undidad no son

posi"les con un taladro convencional. Las tolerancias 'ue se o"tienen son muy a!ustadas& desde

F,+5 hasta F,;+< mm, y se logran comple!as con$iguraciones, antes imposi"les. Bo hace $alta

un ata'ue de cido, para lograr un aca"ado rugoso. Con el cido el aca"ado es per$ecto,

disminuyen los costes y el tiempo de mecanizado, satis$actorio en la mayor%a de ocasiones. Como

la geometr%a de algunas piezas es comple!a y el tra"a!o de corte necesario es di$%cil de posicionar,

se usan arte$actos espec%$icos de acero inoida"le con el $in de su!etar la pieza durante el proceso.

1e procura 'ue el ciclo de manu$actura sea lo ms "reve posi"le, el aca"ado de la pieza tenga la

aspereza y calidad deseada y 'ue la precisin en dimensiones y tolerancias geom#tricas sean las

planeadas. Las piezas 'ue hay 'ue tra"a!ar han de estar ordenadas con el $in de 'ue durante la

mecanizacin re'uieran una atencin m%nima. Como no hay contacto directo entre herramienta y

pieza, se pueden mecanizar metales "landos, sin causar ninguna distorsin. "viamente la

proteccin y seguridad del operador es importante, pues las chispas pueden saltar $uera del

contenedor y el uso de corriente el#ctrica de alto volta!e presenta un peligro de electrocucin.

Bo todo son venta!as, pues tiene ms resistencia a la $atiga una pieza aca"ada por arran'ue de

viruta *$resadora, torno, plani$icadora- 'ue una pieza aca"ada por penetracin el#ctrica,

electroerosin. La energ%a consumida es alta.

Electroerosin con hilo

La lentitud del electrodo de $orma ha tra%do el proceso de electrodo por hilo, nacido en los a6os de

la d#cada de los setenta, con una capacidad de arran'ue de metal de unos @5 cm:/hora. La

velocidad depende de muchos $actores, como el dimetro del hilo, el volta!e y ampera!e aplicados,

el grosor y metal de la pieza. El aca"ado deseado a$ecta al tiempo del ciclo de manu$actura, pues

posteriormente ser me!orado con pases semirepetitivos de corte. El hilo puede ser de latn o de

zinc *y moli"deno en m'uinas de hilo recirculante-, y puede ser reciclado. 0rocede de una "o"ina,

y $unciona por control num#rico. na "o"ina de H Ag de peso, de un hilo de ,+5 mm de dimetro

tiene una longitud de ;> Am. El dimetro puede ser de slo + micras para tra"a!os de precisin

geom#trica de F; micra. Eisten dimetros de ,+5 y ,@ mm. El electrodoDhilo est sumergido en

el l%'uido diel#ctrico, el cual suele ser agua desionizada, de resistividad el#ctrica controlada. El

agua arrastra el metal arrancado, su caudal es proporcional al espesor de la chapa 'ue se per$ora.

Las gu%as del hilo tienen una precisin de ,? mm. El hilo puede cortar un agu!ero de un

dimetro de ,;+ mm, aun'ue el dimetro del hilo electrodo es de ,; mm. Cortar un dimetro

mayor 'ue el del hilo se eplica, por'ue saltan chispas laterales del hilo, 'ue causan erosin en la

pieza. El hilo se ad'uiere en rollos y a peso. La tensin mecnica eacta del hilo es importante

para lograr un corte e$ectivo. 1i nos ecedemos, so"retensin del hilo, aca"ar en ruptura, algo

"astante com(n, y a veces necesaria. Con un encendedor vulgar se puede romper el hilo. Laposicin de una ca"eza superior y otra in$erior, por las cuales pasa el hilo, re'uiere un alineamiento

vertical conc#ntrico.

) di$erencia de las m'uinas de electrodo de $orma en las 'ue la polaridad aplicada puede ser

invertida, el electrodo hilo no lo permite, es constante& la mesa donde la pieza es mecanizada es

tierra4 o sea, es de polaridad negativa.


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Arriba !esde el electrodo fluye hacia aba"o, a la pieza un flu"o de chispas elctricas, que crean uncr#ter en la pieza. $n l%quido dielctrico separa el electrodo de la pieza.

Aba"o El material fundido es arrastrado en forma de bolas por el l%quido dielctrico a derecha e

izquierda. &as 'irutas de la electroerosin.

El hilo, por consiguiente, es positivo. En la m'uina el hilo es tensionado en $orma vertical *G- para

producir cortes y movimientos en aiales J e K. La mayor%a de las m'uinas por hilo tienen

capacidad de mover sus componentes, para a!ustar el hilo vertical, y producir cortes con un ngulo

limitado *aiales y -. 3os ca"ezales de diamante su!etan al hilo. 0uede producir en una chapa

un ori$icio 'ue es, por e!. cuadrado por arri"a y circular por a"a!o. El corte interno de la pieza

presupone un agu!ero previamente taladrado. El electrodo hilo est su!eto por los etremos yrealiza un movimiento de vaiv#n, como el de una sierra, y va socavando la pieza hasta lograr la

$orma geom#trica deseada. 1i el corte es en el eterior de la pieza, el hilo empieza el movimiento

desde el per%metro eterior hasta provocar el arco. Contin(a su movimiento hasta conseguir la

peri$eria deseada.

El hilo tiene sus venta!as, pues, no precisa el mecanizado previo del electrodo, es de alta precisin

para $ormas comple!as, y el resultado es constante. 1eg(n la capacidad de la m'uina, el tra"a!o

con alam"re puede incluir angularidad varia"le controlada, o geometr%a independiente *?N e!e-. 1e


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pueden mecanizar placas hasta @ cm de espesor, metales previamente templados, y as% evitar las

de$ormaciones producidas por un tratamiento t#rmico, despu#s de terminada la pieza. El arrastre

de part%culas de metal por agua desionizada re'uiere poca energ%a.

!os tipos de cr#ter. El de la izquierda a menor 'olta"e. El de la derecha a mayor 'olta"e.

1us aplicaciones ms importantes las encontramos en la $a"ricacin de moldes, master, para la

estampacin de !oyas, plata, monedas, etc. 0roduccin rpida, en menos de ; segundos, de

prototipos de componentes en la industria del automvil, aeroespacial, electrnica. Las hileras de

agu!eros microscpicos en el "orde de salida de los la"es de tur"inas de aviacin, para inyectar

gas en el motor, permiten el $uncionamiento a muy alta temperatura. La alta relacin dimetroD

longitud del agu!ero no es posi"le con la tecnolog%a convencional de per$oracin.

Erosin electroqumica

Es el m#todo de mecanizar materiales no conductores, por e!., los pol%meros. Es anlogo a la

electroerosin. 1e trata de un proceso en 'ue el material se elimina por disolucin andica delmismo en una corriente rpida de electrolito. Es "sicamente un proceso en el 'ue la herramienta

es el ctodo y la pieza el nodo. El ctodo podr ser un electrodo de $orma, o un electrodo de hilo.

)l aplicar una corriente el#ctrica se producen chispas en la super$icie del ctodo, 'ue llevarn a

ca"o la mecanizacin. )m"os electrodos han de ser conductores, y el electrolito arrastra los lodos

hasta un $iltro de decantacin. La herramienta avanza hacia la pieza a una velocidad constante,

adaptada a la velocidad de disolucin de los electrodos, manteniendo entre am"os electrodos una

distancia de ,


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La velocidad de mecanizado variar. 1i la tensin del hilo es "a!a, producir un mal aca"ado de la

pieza, pero si hay so"retensin se puede romper el hilo.

El electrolito es agua con sales conductoras, como BaCl, 9Cl, B@Ba, a una temperatura de @D5

C, con velocidades de $lu!o de corriente de ;5D m/s y con presiones de ;5 "ares. La pieza es

metal de gran dureza, y no su$re alteracin de su estructura cristalina. La pieza 'ueda li"re de

ra"a"as, por lo 'ue no hace $alta ninguna operacin de aca"ado. La tensin es de corriente

continua, de a @5 . La corriente muy intensa, entre ; y ;. ). La densidad de corriente es

de +,@D@,; )/mmP. La velocidad del proceso es de ;,5D+, cm:/minuto/;. ). La velocidad de

penetracin es de +,5 mm/minuto en aleaciones duras. 1e consiguen tolerancias de F,+5 mm de

precisin dimensional.

El material erosionado tiene forma de bolas microscpicas.

Existen variantes:

(ulido electroqu%micoes el mismo proceso, pero sin avance. Con velocidades de

electrolito y densidades de corriente menores, con lo 'ue se logran super$icies de aca"ado

muy $ino, con valores del orden de ,+5D,@ micras.

)aladro electroqu%mico0ara agu!eros de dimetro muy pe'ue6o. 0ara ello se emplea un

volta!e elevado y un electrolito cido. La herramienta es una "o'uilla de vidrio estirado, conelectrodo interior. El intersticio es de ,@D, mm. 0resenta la venta!a de 'ue se pueden

mecanizar simultneamente m(ltiples agu!eros. En metales como el Bi y Co se o"tienen

agu!eros de ,;D,


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provocan el mecanizado electro'u%mico. Las re"a"as desaparecen, y producen un

pe'ue6o cam"io dimensional en la pieza.

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