Los procesos de mecanizado no tradicionales, como la electroerosión por penetración, destacan en escenarios que exigen una precisión extrema. A diferencia del corte mecánico tradicional que puede inducir tensión y alterar las propiedades del material, estos métodos utilizan otras formas de energía, como la electricidad, para dar forma y eliminar el material.
Este artículo explica uno de esos procesos no tradicionales llamado electroerosión por inmersión. Analizaremos la variedad de materiales que puede mecanizar y sus aplicaciones en diversos sectores industriales.
¿Qué es el mecanizado por electroerosión por penetración?
La electroerosión por penetración es un tipo de Mecanizado por descarga eléctrica (EDM) proceso para crear cavidades ciegas extremadamente precisas mediante una chispa eléctrica en materiales conductores.
Un electrodo personalizado se hunde en un líquido dieléctrico y acerca la pieza de trabajo, pero no hace contacto con ella. A medida que se aplica un alto voltaje, una serie de chispas eléctricas entre el electrodo y la pieza de trabajo comienzan dentro de ese estrecho espacio. Provocan erosión del material debido al intenso calor localizado generado por las chispas.
El mecanizado por descarga eléctrica por inmersión, también conocido como electroerosión por ariete, electroerosión por cavidad, electroerosión por volumen o electroerosión por inmersión, sirve principalmente para crear moldes de inyección de plástico precisos, varias matrices y piezas delicadas. Estas aplicaciones se benefician particularmente de la electroerosión por penetración debido a su incapacidad para soportar la tensión de las fuerzas de corte convencionales. Esta tecnología es crucial en las industrias manufactureras que exigen alta precisión y delicadeza.
¿Cómo funciona una máquina de electroerosión por penetración?
La máquina de electroerosión por penetración utiliza el principio de erosión por chispa para eliminar el metal de una pieza de trabajo. Estos componentes clave facilitan el proceso:
| Componente | Función |
| Fuente de Energía | Suministra corriente pulsada de alta frecuencia. |
| Servomecanismo | Actuadores que mantienen el espacio entre el electrodo y la pieza de trabajo. |
| Fluido dieléctrico | Actúa como aislante y crea un camino para cada descarga. |
| Electrodo (herramienta) | Da forma a la superficie de trabajo. A menudo cobre o grafito. |
| Pieza de trabajo | El material a mecanizar debe ser conductor. |
| Depósito de aceite dieléctrico | Alberga el fluido dieléctrico (aceite de hidrocarburos, agua desionizada o queroseno) |
| Sistema de bomba y filtro | Hace circular y limpia el fluido dieléctrico. |
| Sistema de enfriamiento | Controla la temperatura del aceite para evitar la expansión. |
El proceso y sus pasos iniciales
El proceso comienza sumergiendo la pieza en el tanque de fluido dieléctrico, el cual cuenta con un sistema de recirculación y filtración. Un servomecanismo sostiene la herramienta personalizada con forma de CNC, que es una imagen positiva de la cavidad. Sumerge cuidadosamente la herramienta en el fluido y mantiene constantemente un espacio muy delgado entre la herramienta y la pieza de trabajo, lo que garantiza un mecanizado preciso. El movimiento de la herramienta puede ser horizontal, vertical o en cualquier ángulo, según los requisitos de diseño.
El electrodo y la pieza de trabajo tienen cargas opuestas, positivas o negativas. El fluido dieléctrico es un aislante. Sin embargo, cuando suministramos un alto voltaje a través del fluido dieléctrico se dioniza y crea un camino para la descarga eléctrica.
Esta descarga ocurre en el punto donde el electrodo y la pieza de trabajo están más cerca. La región de descarga se calienta extremadamente, alcanzando más de 8000 ℃. Esto hace que una pequeña porción de la superficie de trabajo se derrita y se vaporice. El material es eliminado por el dieléctrico que fluye, creando una cavidad en la pieza de trabajo que refleja la forma del electrodo.
Tasa de sobrecorte, desgaste de herramientas y eliminación de material en electroerosión
En la electroerosión por inmersión, eres testigo de un sobrecorte. Es una medida de cuánto excede la cavidad mecanizada en la pieza de trabajo el tamaño del electrodo. Ocurre porque el proceso de descarga y erosión del material también se produce a lo largo de los lados de la herramienta. Sin embargo, es mínimo (centésimas de milímetro) y se tiene en cuenta durante el diseño de la herramienta.
El desgaste de las herramientas es una parte inherente del proceso de electroerosión. Las altas temperaturas que derriten la pieza de trabajo también desgastan ligeramente el electrodo. Este desgaste del electrodo se mide como la relación entre el material de trabajo eliminado y el material de herramienta eliminado. El grafito es la mejor opción para los electrodos de electroerosión por penetración debido a su excepcional resistencia al calor y al desgaste.
La tasa de eliminación de material en la electroerosión está controlada por dos parámetros: corriente de descarga y frecuencia. Una corriente y frecuencia de descarga más altas conducen a tasas de corte más altas. Para un acabado superficial óptimo, utilice una frecuencia más alta y una corriente de descarga baja. Matemáticamente, RMR es una función de la corriente y del punto de fusión del material.
RMR(mm³/s)=K×I/Tm
Donde k es la constante de proporcionalidad, con un valor de 664 en unidades SI, I es la corriente suministrada y Tm es el punto de fusión de la pieza.
Beneficios y limitaciones del mecanizado por electroerosión por penetración
El mecanizado por descarga eléctrica es un proceso no convencional muy utilizado, especialmente para trabajos de alta precisión donde la delicadeza de la pieza de trabajo es una preocupación. Los beneficios clave incluyen
Alta precisión
El primer punto destacado del proceso es la exactitud y precisión extremas. Logra esta precisión mediante corte por chispa controlado, con tolerancias tan bajas como 0.0001 pulgadas (0.00254 mm).
Ideal para caries ciegas complejas
La electroerosión por penetración CNC es ideal para crear agujeros ciegos y cavidades en formas irregulares. Utiliza herramientas diseñadas a medida con forma de cavidad, lo que hace posible el mecanizado de diseños complejos que habrían sido difíciles de crear con el mecanizado convencional. También permite perforar agujeros en ángulos agudos con respecto a la superficie, donde los taladros convencionales tendrían dificultades.
Proceso sin contacto con fuerza no mecánica
Dado que el electrodo nunca toca las piezas de trabajo, no actúan fuerzas mecánicas sobre el material. Este aspecto es particularmente beneficioso para piezas delicadas que no pueden soportar la tensión de las fuerzas de corte convencionales.
Aparte de múltiples ventajas, el proceso de inmersión tiene algunas limitaciones:
Alto costo operativo
La descarga eléctrica consume una cantidad importante de electricidad. Además, la necesidad de crear nuevas herramientas personalizadas para cada trabajo único aumenta el costo. Estos factores en conjunto hacen que los costos operativos de este proceso sean más altos que otros procesos de mecanizado.
Sólo funciona en materiales conductores.
El mecanizado por electroerosión está restringido a materiales eléctricamente conductores para la generación de chispas. Por tanto, los materiales no conductores, como los plásticos, no se pueden mecanizar con este método.
Materiales ideales para electroerosión por penetración
En EDM, se selecciona material para dos componentes: electrodo y pieza de trabajo. El electrodo debe tener alta resistencia, resistencia a la temperatura y al desgaste. Las opciones comunes son:
Grafito: La opción más preferida para electrodos debido a su alta resistencia, temperatura y resistencia al desgaste. Ofrece una acción de limpieza a bajas velocidades y es rentable.
Latón: Una aleación de cobre y zinc, utilizada para electroerosión por hilo y pequeños electrodos tubulares. Más fácil de mecanizar que el cobre o el tungsteno pero ofrece menos resistencia al desgaste.
Cobre y aleaciones de cobre: Mejor resistencia al desgaste que el latón y altamente conductor. Más difícil de mecanizar y más caro que el grafito. Comúnmente utilizado para mecanizar carburo de tungsteno o aplicaciones de acabado fino.
Molibdeno: Tiene alta resistencia a la tracción y gran conductividad. Ideal para fabricar alambre EDM, especialmente para trabajos con ranuras pequeñas y aplicaciones que requieren radios de esquina pequeños.
Cobre Telurio: Adecuado para aplicaciones de electroerosión que necesitan un acabado fino. Tiene una maquinabilidad similar a la del latón y es mejor que el cobre puro.
Materiales de piezas de trabajo que se pueden mecanizar con electroerosión
Para una pieza de trabajo, necesita un material conductor, uno que conduzca fácilmente la electricidad y se derrita cuando se generan chispas. Puede mecanizar estos materiales con mecanizado por descarga eléctrica con platina:
Aleaciones de acero: Los aceros endurecidos y otros tipos de acero son adecuados para el proceso de descarga por inmersión debido a su dureza, resistencia, durabilidad y resiliencia.
Cobre: Altamente conductor, el cobre es una excelente opción para electroerosión por penetración. Sin embargo, su rápido calentamiento requiere que el proceso sea más lento y controlado, especialmente cuando se trabaja en componentes con paredes delgadas.
Aluminio: Comúnmente aleado con otros metales para mejorar sus propiedades. Su resistencia a la oxidación y la corrosión lo hace muy adecuado para el hundimiento.
Titanio: Con una relación fuerza-peso y una resistencia a la corrosión excepcionales, el titanio se utiliza a menudo en implantes médicos.
Carburo de tungsteno: Conocido por su alta dureza y punto de fusión, el carburo de tungsteno es un desafío para mecanizar de manera convencional. El troquelado es efectivo para este material, utilizando electrodos de cobre con polaridad negativa para una baja rugosidad superficial. Sin embargo, el proceso es más lento debido a la naturaleza del metal.
Aleaciones de níquel: Las aleaciones como Inconel, Hastelloy y Monel tienen una gran resistencia al calor, la corrosión y la oxidación. Estas propiedades los hacen ideales para su uso en aplicaciones de alta temperatura.
Aplicaciones del mecanizado por electroerosión por penetración
La electroerosión por penetración es principalmente mejor para dos casos de uso: crear cavidades de diseño complejo y mecanizar piezas delicadas que no pueden soportar tensiones mecánicas. Vemos estos productos en una variedad de industrias:
| Experiencia | Aplicaciones |
| Motorium | Fabricación de engranajes radiales y helicoidales, componentes complejos del motor. |
| Herramienta y troquel | Troqueles de moldes y componentes de herramientas complejos. |
| Aeroespacial | Componentes de turbinas y estructuras de fuselajes. |
| Médical Scientific | Herramientas quirúrgicas, implantes y dispositivos ortopédicos que requieren alta precisión. |
| Vitrinas y Dispositivos Electrónicos | Conectores y elementos de circuitos detallados. |
| Investigación y Desarrollo | Creación de prototipos de formas complejas |
Electroerosión por penetración vs electroerosión por hilo: comparando sus diferencias
En el mecanizado por electroerosión por platina, un electrodo o herramienta, conformado según la cavidad deseada, se sumerge en la pieza de trabajo. Tanto la pieza de trabajo como la herramienta residen en un tanque dieléctrico. Cuando aplicamos un alto voltaje a través de los dos materiales, la chispa eléctrica erosiona los materiales.
Por el contrario, los Alambre EDM Utiliza un alambre delgado como electrodo que se mueve continuamente desde un carrete a través de la pieza de trabajo, también sumergido en fluido dieléctrico. Este alambre corta el material de la misma manera que en el método de inmersión. La diferencia es la herramienta (electrodo) y las capacidades de corte. La electroerosión por hilo es para cortes precisos, mientras que la electroerosión por penetración es para cavidades ciegas complejas.
| Electroerosión por inmersión | Alambre EDM | |
| Electrodo | Electrodo de forma personalizada | Alambre fino de cobre/latón |
| Movimiento | Principalmente en un eje | en dos dimensiones |
| El dieléctrico | aceite de hidrocarburos | Agua desionizada |
| Aplicaciones | cavidades ciegas | Cortes nítidos y precisos |
Orientación para principiantes: elección de una máquina de electroerosión por penetración
Para aquellos que quieran comprar una máquina de inmersión, consideren estos factores antes de realizar la compra:
Escala de producción
Las máquinas de electroerosión por penetración se utilizan a menudo para troqueles y moldes específicos y personalizados. Si su negocio requiere principalmente producciones únicas y únicas, la subcontratación puede ser una solución más rentable. Sin embargo, si su operación implica producción por lotes y fabricación en gran volumen, o si planea ofrecer servicios de electroerosión comercialmente, puede invertir en una máquina de electroerosión por inmersión.
Tipo De Material
Recuerde que el proceso de electroerosión por penetración trabaja exclusivamente con metales conductores. Los materiales adecuados incluyen aleaciones de acero, cobre, carburo de tungsteno, titanio, aleaciones de níquel y aluminio. Para plástico u otros materiales no conductores, este proceso no funcionará.
Complejidad de las piezas
Si sus productos requieren geometrías complejas, alta precisión o detalles intrincados, Sinker EDM brinda la capacidad de cumplir con estas exigentes especificaciones con precisión y eficiencia. Sin embargo, no opte por este método, si un método simple de mecanizado CNC también podría hacer ese trabajo.
Recomendaciones de máquinas de plomo
Al comprar, asegúrese de hacerlo a fabricantes acreditados que cuenten con una excelente atención al cliente. Aquí hay tres marcas recomendadas:
Mitsubishi: Es un nombre muy conocido y confiable en la industria del mecanizado eléctrico. Las máquinas de electroerosión Mitsubishi Sinker están automatizadas con tecnología de inteligencia artificial, son adaptables y completamente cerradas para mayor seguridad. Tienen cinco series de productos en fundición: serie SV-P, serie SG, serie EA-S, serie EA-V y serie EA.
Soluciones de mecanizado GF: GF Machining Solutions (anteriormente Agie Charmilles) es popular por sus máquinas de alto rendimiento. En la categoría de fundición ofrecen cuatro series de modelos: Serie x para requisitos de precisión extrema, Serie P para mejorar la productividad, Serie S para microperfiles y Serie Económica E.
Makino: Las máquinas de electroerosión por inmersión de Makino son conocidas por sus tecnologías innovadoras que ofrecen alta precisión y calidad de superficie. Al igual que el mecanizado GF, existe una amplia gama de máquinas de electroerosión por platina, desde las de pequeño tamaño (Serie EDAC) hasta las de gran escala (Serie EDNC).
Alternativas a poseer una máquina de electroerosión por penetración: optar por servicios de electroerosión
Puede optar por servicios externos de electroerosión en lugar de invertir en una máquina de alto coste, especialmente para proyectos específicos o puntuales. Elimina la necesidad de contar con experiencia interna en tecnología EDM, ya que obtiene acceso a profesionales capacitados. La reducción de costes es otra ventaja. Además, obtiene la flexibilidad de manejar varios proyectos sin el compromiso y el mantenimiento asociados con ser propietario de una máquina.
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Conclusión
La electroerosión por penetración es un proceso complejo que implica la generación controlada de chispas para mecanizar materiales, independientemente de su dureza. Su punto fuerte es la extrema precisión y la eliminación del material sin estresarlo. Esto hace que el proceso sea ideal para fabricar herramientas, troqueles y moldes personalizados.
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