Corte EDM: Guía de procesos, materiales, tolerancias y diseño

Explicación del proceso de corte de electroerosión: electroerosión por perforación de alambre, fregadero y orificios « Tolerancias, materiales y cuándo usar cada uno

Especificaciones rápidas « Corte EDM de un vistazo

El corte por electroerosión (mecanizado por descarga eléctrica), o mecanizado por chispa/corte por cable, es un proceso de máquina que utiliza descarga eléctrica en lugar de generar contacto directo para eliminar el material. El corte por electroerosión puede cortar cualquier metal conductor sin importar cuán duro sea y, por lo tanto, es el proceso automatizado elegido para producir cortes en aceros endurecidos para herramientas, carburo de tungsteno y superaleaciones que destruirían las herramientas de corte utilizadas en tareas de mecanizado más tradicionales. Desde perfiles de troquel hasta cavidades profundas del molde y orificios de enfriamiento de microdiámetro, una de las tres variantes de electroerosión hará el trabajo.

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Cómo funciona el corte EDM « El proceso de erosión por chispa

Así es como funciona la EDM como proceso de mecanizado. Consta de dos cuerpos conductores: un electrodo de herramienta y una pieza de trabajo en un fluido dieléctrico. No se produce ninguna acción cuando se suministra voltaje, generalmente entre 40-300 V y 50 A si está en CC, ya que el fluido dieléctrico cubre un aislante que no produce flujo de corriente eléctrica.

El campo eléctrico aumenta a medida que el espacio disminuye a medida que el electrodo se acerca al trabajo. Cuando el espacio de trabajo del electrodo cae a 0,001 «-0,002 « (25-50 m), se produce una ruptura en el dieléctrico. Se forma un canal de plasma entre el electrodo y el trabajo que conduce corriente eléctrica durante un pulso corto (microsegundos).

Temperaturas para el canal de plasma superiores a 8.000 C a 12.000 C, esto está muy por encima del punto de fusión de cualquier metal de ingeniería.

En cada pulso, un pequeño volumen de material de la pieza de trabajo y de la superficie del electrodo comienza a erosionarse a medida que se funde y se vaporiza. Una vez que finaliza el pulso, el plasma colapsa y el dieléctrico entra corriendo en la herramienta, eliminando los restos fundidos en forma de microesferas (generalmente de 1 a 30 µm de diámetro). Este proceso continúa repetidamente a una alta frecuencia de 1 a 500 kHz, por lo que cada chispa extiende una profundidad de corte conocida y confiable.

Dado que el electrodo nunca toca la pieza de trabajo, las fuerzas de corte involucradas en el proceso son nulas. Esto evita cualquier forma de tensión mecánica y desviación de la herramienta, y no se observa distorsión de características delicadas o delgadas. No se produce endurecimiento del material (es fácil moler acero para herramientas HRC 65), ya que las chispas de EDM se producen únicamente sobre características eléctricas y térmicas, no sobre propiedades mecánicas.

El operador mantiene dos parámetros básicos: tiempo de encendido y tiempo de apagado del pulso. Una mayor duración del tiempo de encendido del pulso da como resultado una mayor cantidad de energía entregada a la chispa, lo que da como resultado una MRR alta, una superficie rugosa y una profundidad sustancial de la capa refundida. Una duración más corta del tiempo de encendido del pulso provoca lo contrario.

Tipos de EDM « Perforación de cables, fregaderos y orificios

Estos cuatro tipos de electroerosión utilizan la misma teoría de la erosión por chispa. Su diferencia es: la geometría del electrodo, el dieléctrico y el sistema de movimiento son diferentes para diferentes características.

Edm de alambre

El alambre recubierto o de latón de enrollado constante (generalmente de 0,010 « / 0,25 mm de diámetro) viaja verticalmente a través del trabajo ñesa como una hoja de sierra de cinta ñada, excepto que nunca se toca. El alambre serpenteaba desde un carrete de suministro a través de guías de diamante, sobre la zona de corte y sobre un carrete de recogida. Dado que el cable avanza constantemente, el desgaste de los electrodos no importa; cada sección de alambre se usa solo una vez.

La electroerosión por alambre produce las tolerancias más estrictas de cualquier proceso de electroerosión utilizando una serie de pasadas de deslastre (pasadas de acabado ligeras que eliminan cada vez menos material). Pasos típicos: corte en bruto Ra 3 m, primer deslastre Ra 1,6 m, segundo Ra 0,8 m, tercer Ra 0,1 m. Cada desnatado aumenta el tiempo de mecanizado, pero produce dimensiones más finas y una mejor superficie.

Edm del fregadero (EDM del carnero)

Sinker EDM emplea un electrodo preformado -gonado de grafito o cobre -lanzado que se sumerge en el trabajo para producir una cavidad dura con imagen especular. La forma del electrodo se toma directamente sobre la pieza de trabajo, lo que convierte a Sinker EDM en el proceso de referencia para cavidades de moldes de inyección, matrices de forja y herramientas de fundición a presión. Las formas tridimensionales profundas con una relación profundidad-anchura superior a 20:1 se mecanizan fácilmente.

Edm de perforación de agujeros

La electroerosión de perforación de orificios (también llamada electroerosión de orificios rápidos o de orificios pequeños) alimenta un electrodo de tubo de latón en espiral a través del trabajo. El fluido dieléctrico se derrama a través del centro hueco y elimina los residuos del fondo del orificio. Diámetros de los orificios de 0,010 « a 0,118 « (0,25-3,0 mm) se perforan en acero de hasta 12 «de profundidad, titanio y carburo de tungsteno; cualquier trabajo conductor siempre es la misma operación -, por supuesto, la perforación siempre se suma a otras operaciones de mecanizado. Con frecuencia hace puntos de inicio de orificios para las rutas de mecanizado de cables ED.

Materiales y tolerancias de EDM « Lo que EDM puede (y no puede) cortar

La capa refundida -ñam, también llamada capa blanca -ñam, se desarrolla cuando el material fundido se vuelve a congelar en la superficie en lugar de fluir. La capa frágil endurecida tiene valores de microdureza 30-50% mayores que el sustrato. Especificaciones como AMS 2628 exigen la eliminación completa de la capa refundida para componentes aeroespaciales y médicos.

La tasa de eliminación de material varía enormemente según el material de la pieza de trabajo. El acero, por ejemplo, normalmente tarda entre 160 y 400 mm/h en la electroerosión de la platina, mientras que el carburo de tungsteno cae a sólo 40-100 mm/h con parámetros de proceso aproximadamente idénticos. El titanio se mecaniza rápidamente mediante electroerosión por cable, ya que el agua desionizada evita la pesadilla de oxidación asociada con el mecanizado tradicional del mismo. La electroerosión funciona con cualquier material conductor independientemente de su dureza, lo que constituye una gran ventaja frente a otros procesos de mecanizado.

Fresado por electroerosión versus CNC versus corte por láser

Elegir entre EDM, Servicii de mecanizare CNC, y el corte por láser depende de la dureza mínima del material, la forma y el tamaño de las características, las tolerancias y el volumen de producción. Cada proceso tiene una ventana operativa distinta.

Consejo de decisión: lo más costoso por característica para materiales endurecidos que HRC 45 y que requiere características internas de 0,001 « o más apretadas es EDM. Para metales más blandos con geometría abierta, Servicii de fresă CNC será más rápido y económico por pieza.

Numerosos procesos de pares de piezas de alta precisión. Por ejemplo, CNC mecaniza un par de bases de molde para dar forma y terminar la geometría externa, luego usa electroerosión de platina para terminar las cavidades internas y ofrecer esquinas afiladas. Este proceso híbrido aprovecha el fresado más rápido para las características y la forma externas, y luego agrega la precisión geométrica de la electroerosión. Para piezas de múltiples lados que requieren configuraciones indexadas, Mecanizado CNC de 4 ejes puede reducir la manipulación antes de que la pieza pase a la celda EDM.

El corte por láser se dirige al perfilado de chapa metálica de alta velocidad (1000 pulgadas/min o 25 m/min en acero de calibre delgado), pero no puede ofrecer tolerancias de electroerosión estrictas ni cortar secciones gruesas. Si bien el corte por láser está limitado a menos de 1 « (25 mm) de espesor de lámina para la mayoría de los metales, el electroerosión con alambre puede cortar 12 « (300 mm) con una precisión constante de arriba a abajo.

Aplicaciones industriales para el corte de electroerosión

Aeroespacial

La demanda de componentes de motores de turbina representa una gran parte de la demanda de electroerosión. Los álabes de turbina Inconel 718 requieren cientos de orificios de refrigeración (0,2-0,5 mm de diámetro) perforados a través de material endurecido a HRC 44. La electroerosión perforadora ofrece una precisión de proceso de 0,005 mm para estas características en miles de álabes, lo que resulta en un ahorro de tiempo de 40% en comparación con la perforación tradicional. La electroerosión por cable también da forma a las raíces de los abetos en los discos de turbina con una precisión de 0,0003 « a través de perfiles interrumpidos. Explore más en mecanizado CNC aeroespacial.

Dispositivos médicos

Los accesorios de implantes ortopédicos de titanio utilizan electroerosión por sinker para generar texturas superficiales regulares que promueven la osteointegración. Las precisiones de 0,005 mm garantizan dimensiones de poro idénticas. Las piezas de instrumentos médicos, por ejemplo microtijeras y pinzas de biopsia, utilizan electroerosión con alambre para producir características de perfil donde los bordes sin rebabas no son opcionales pero sí esenciales. Leer sobre mecanizado CNC de dispositivos médicos para un contexto más amplio.

Moldear y morir

Las cavidades para moldes de inyección con relaciones de aspecto superiores a 20:1, nervaduras de sección de 0,030 « de espesor y un acabado de espejo son de alta aplicación para la electroerosión de plomada. Los electrodos de grafito en máquinas de molienda de alta velocidad transfieren geometría 3D compleja a aceros para herramientas H13 o S7 endurecidos de HRC 48-52. Las herramientas de múltiples cavidades suelen combinar el mecanizado en bruto CNC (eliminación de material 80%) con el acabado de electroerosiones posteriores.

Electrónica y Semiconductores

Wire EDM produce pines de microconectores con secciones transversales inferiores a 0,5 mm, herramientas de marco de plomo semiconductor con tolerancia de paso de 0,003 mm y cavidades de molde para paquetes de circuitos integrados. No existen fuerzas de corte, por lo que las piezas frágiles no se deforman.

Directrices de diseño para piezas EDM

El diseño para electroerosión es diferente al diseño para mecanizado convencional. Úselos para ahorrar tiempo, dinero y revisiones en sus proyectos.

• Radio de esquina interna: mínimo=radio del cable + sobrecorte de 0,002®; con cable mínimo de 0,010®=radio interno de 0,006®. Cable más barato=radios mínimos más grandes; cable más caro = radios mínimos más pequeños.
• Grosor de pared: tan bajo como 0,020 « (0,5 mm) para la electroerosión del alambre, 0,040 « (1 mm) para la electroerosión del fregadero. Adelgazarse lo deja vulnerable a la deflexión de la presión de lavado dieléctrico.
• Acceso a rosca de alambre: abra un borde o proporcione un orificio de inicio (mínimo 0,040 «) por donde se pueda pasar el alambre. Si no existe un borde abierto, incluya una operación EDM simple de perforación de orificios en su plan de proceso.
• Ángulos cónicos: soportados hasta 30 ángulos por guías independientes del eje UV encima y debajo de la pieza de trabajo. Indique el ángulo de conicidad y la altura de referencia en sus dibujos.
• Llamada de pase desnatado: indique el número de pases desnatados que se utilizarán. 1 pase desnatado=0,0005® superficie; 3 pases desnatados=0,0002® superficie. Más pases desnatados = mejor tolerancia pero 15-25% más tiempo de proceso por pase.
• Permiso de capa refundida: espacio para la capa de 0,0002 «-0,001 « (2-10 micropulgadas). Para eliminar la capa refundida, incluya 0,001 «-0,002 « adicionales por lado para moler.

Preguntas frecuentes

¿cómo funciona el corte de electroerosión?

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El corte por electroerosión es un proceso de mecanizado a pequeña escala que elimina el metal mediante una rápida descarga de chispas eléctricas a través de un fluido dieléctrico. Cada descarga de chispa alcanza entre 8.000 y 12.000 C, coquizando una pequeña cantidad de metal. La herramienta y la pieza no están en contacto físico, lo que no proporciona al proceso fuerzas de corte ni efecto de dureza de la pieza.

¿cuáles son los diferentes tipos de corte EDM?

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Existen tres tipos principales de electroerosión. EdM de alambre, que utiliza un alambre de latón delgado (0,004-0,012 «) para cortar formas 2D, con tolerancia de 0,0002 «. EDM de fregadero (o EDM de ariete) donde se ata un electrodo conformado de grafito o cobre a la pieza de trabajo, creando cavidades 3D, con tolerancia de 0,0005 «. EDM de perforación de orificios, donde se envía un electrodo de tubo hueco a través de la pieza de trabajo para formar un orificio pasante, de 0,010-0,118 de diámetro.

¿cuáles son los cuatro parámetros de proceso de la electroerosión cortada con alambre?

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Los cuatro parámetros principales del proceso son: (1) el tiempo de encendido del pulso (duración de la chispa y energía entregada); (2) el tiempo de apagado del pulso para permitir que el dieléctrico se recupere y se expulsen los residuos; (3) la tensión del cable (800-2400 gramos) que afecta la deflexión del cable y la rectitud del corte; (4) la velocidad del cable (2-15 metros/min.) para mantener el cable fresco en la zona de corte en todo momento.

¿qué materiales se pueden mecanizar mediante electroerosión?

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La electroerosión de cualquier material eléctricamente conductor es posible incluso con una dureza muy alta. Las piezas de trabajo típicas son: acero para herramientas (hasta HRC 65), Inconel, aleaciones de cobre y aluminio, carburo de tungsteno, titanio. Los materiales no conductores, incluidos cerámicas, vidrio y plásticos, no se pueden mecanizar.

¿qué acabado superficial se consigue con EDM?

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El acabado depende del tipo de electroerosión y del número de pasadas de acabado. La electroerosión por alambre produce Ra 0,1 m a partir de 3 pasadas desnatadas (acabado de espejo), a partir de Ra 3 m, curvatura en bruto de corte fino. Rango de fregadero Ra 0,4 m (ajustes de corte fino, acabado) Ra 12,5 m (curva en bruto). Rango de electroerosión de perforación de agujeros Ra 0,3 m (ajustes de corte fino, acabado) Ra 3,2 m (curva en bruto). Los acabados más finos se obtienen con menores energías de descarga y largos tiempos de mecanizado.

¿cómo se compara el corte por electroerosión con el corte por láser?

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Los acabados Ra 0,0002 y Ra 0,1 m se obtienen en secciones gruesas de EDM (>12®), Ra 1,6 m (corte por láser) con tolerancia máxima de 0,004® y Ra 1,6 m; El mejor resultado con chapa de <1®, rápido para perfiles delgados. Para secciones más gruesas, la electroerosión es más lenta, pero factible y mejor para metales endurecidos, con características internas inaccesibles para los cortadores láser.