¿Qué es el mecanizado por descarga eléctrica (EDM)?

El mecanizado por descarga eléctrica (EDM) es un método utilizado para dar forma a las piezas mediante la eliminación de metal por erosión. Esta erosión se produce por la temperatura extremadamente alta generada instantáneamente por una descarga pulsada que tiene lugar entre un electrodo de herramienta y un electrodo de la pieza de trabajo.

El diagrama ilustra el principio de funcionamiento de un sistema de electroerosión (EDM). Los dos polos de un generador de pulsos se conectan al electrodo de la herramienta y a la pieza de trabajo, respectivamente. Al aproximarse los dos polos dentro del fluido de trabajo, el voltaje en el espacio entre ellos ioniza el fluido, creando una descarga eléctrica. Esta descarga genera instantáneamente una enorme cantidad de calor en el canal de descarga, alcanzando temperaturas muy elevadas (superiores a 10 000 °C). Este intenso calor provoca que pequeñas áreas localizadas de las superficies de la pieza y la herramienta se fundan o incluso se vaporicen, lo que produce una erosión que deja un cráter diminuto.

Al repetirse este proceso de descarga numerosas veces, la superficie de la pieza se cubre con incontables cráteres diminutos. El electrodo desciende continuamente y su contorno se replica prácticamente en la pieza, completando así su mecanizado.

Componentes de una máquina de electroerosión

Una máquina de electroerosión (EDM) consta de una fuente de alimentación de pulsos, un sistema de control de alimentación automático, el cuerpo de la máquina (la estructura principal) y un sistema de circulación y filtración del fluido de trabajo.

Fuente de alimentación de pulso

La función de la fuente de alimentación de pulsos es convertir la electricidad de CA estándar de 50 Hz en energía pulsada de alta frecuencia. Esta energía se aplica al electrodo de la herramienta y a la pieza de trabajo para proporcionar la energía necesaria para la descarga eléctrica. El generador de pulsos que se muestra en el diagrama es de tipo básico y consta de una resistencia (R) y un condensador (C). Una fuente de alimentación de CC (E) carga el condensador (C) a través de la resistencia (R). A medida que aumenta la tensión en el condensador, alcanza un límite específico en el que se produce una ruptura dieléctrica entre el electrodo de la herramienta (cátodo) y la pieza de trabajo (ánodo), lo que genera una descarga de chispa. Durante la chispa, el condensador libera su energía almacenada, la tensión entre los electrodos cae repentinamente y el fluido de trabajo recupera sus propiedades aislantes. La fuente de alimentación comienza entonces a recargar el condensador. Este ciclo se repite continuamente, generando entre miles y decenas de descargas de pulsos por segundo.

La electroerosión (EDM) debe utilizar descargas pulsadas. Durante el intervalo entre cada descarga, el fluido entre los electrodos debe tener tiempo suficiente para recuperar su estado aislante. Esto es esencial para que el siguiente pulso rompa la barrera y se descargue en un punto diferente, relativamente cercano, evitando así la descarga continua en el mismo punto, que formaría un arco eléctrico estable. Un arco eléctrico estable dura demasiado, crea una capa fundida más profunda y solo produciría soldadura o corte, lo que imposibilita lograr la precisión y el acabado liso necesarios para el mecanizado dimensional.

En el proceso de electroerosión (EDM), tanto la pieza de trabajo como el electrodo de la herramienta se erosionan. Sin embargo, la velocidad de erosión difiere entre el ánodo (conectado al terminal positivo) y el cátodo (conectado al terminal negativo). Este fenómeno se denomina «efecto polar». Para reducir el desgaste del electrodo y mejorar la precisión del mecanizado y la eficiencia de producción, es fundamental maximizar el efecto polar: la pieza debe erosionarse lo más rápido posible y la herramienta lo más lentamente posible. Por lo tanto, una fuente de alimentación de pulsos de CC es la opción idónea para EDM. Si se utilizara una fuente de alimentación de pulsos de CA, la polaridad de la pieza y la herramienta cambiaría constantemente, anulando el efecto polar total. El efecto polar suele estar relacionado con factores como el ancho de pulso, el material del electrodo y la energía de un solo pulso, que en conjunto determinan la polaridad óptima para cada trabajo.

Sistema de control de alimentación automático

El sistema de control automático de alimentación ajusta la velocidad de alimentación del electrodo de la herramienta para mantener la distancia de descarga requerida entre la herramienta y la pieza de trabajo, asegurando así que el proceso de descarga por pulsos funcione correctamente.

Cuerpo de la máquina

El cuerpo de la máquina es el dispositivo mecánico utilizado para sujetar, asegurar y mover el electrodo de la herramienta y la pieza de trabajo.

Sistema de circulación y filtración del fluido de trabajo

El sistema de circulación y filtración del fluido de trabajo impulsa fluido limpio a través del espacio entre el electrodo de la herramienta y la pieza de trabajo bajo presión. Esto elimina rápidamente las partículas erosionadas y luego filtra el fluido para su reutilización continua. El queroseno o el aceite de máquina son los fluidos de trabajo más comunes en la actualidad.

Las máquinas de electroerosión (EDM) están disponibles en una amplia gama de productos. Según el método de mecanizado, se pueden clasificar en dos tipos principales:

1. Electroerosión por penetración (EDM por penetración): Esta máquina utiliza un electrodo de herramienta con una forma especial para mecanizar las características correspondientes de una pieza. La electroerosión por penetración es un proceso de fabricación que aprovecha el efecto electroerosivo de las descargas pulsadas entre un electrodo de herramienta y un electrodo de pieza de trabajo dentro de un medio dieléctrico específico. El electrodo de herramienta suele ser un electrodo conformado de cobre electrolítico o grafito, que puede fabricarse con cualquier geometría deseada. La forma resultante, mecanizada en la pieza de trabajo, constituye la cavidad negativa correspondiente.
2. Electroerosión por hilo (EDM por corte por hilo): Esta máquina utiliza un electrodo de hilo para mecanizar perfiles bidimensionales en una pieza. La electroerosión por hilo (WEDM) funciona según el principio fundamental de utilizar un hilo metálico delgado en movimiento continuo (electrodo de hilo) para eliminar metal y dar forma a la pieza mediante descargas de chispas pulsadas.
3. El proceso se clasifica generalmente en electroerosión por hilo de baja velocidad y electroerosión por hilo de alta velocidad. Normalmente utiliza electrodos de hilo con diámetros de entre 0.1 mm y 0.3 mm para mecanizar componentes con superficies regladas con orificios pasantes, como piezas de punzón o cavidades de matriz.

La electroerosión por hilo corta una pieza mediante erosión eléctrica generada por una descarga pulsada entre un hilo metálico en movimiento continuo (el electrodo) y la pieza de trabajo. El hilo del electrodo utilizado es muy fino (normalmente de 0.04 mm a 0.25 mm de diámetro) y está fabricado de molibdeno, tungsteno o cobre. Este proceso ofrece una alta precisión, con tolerancias de hasta ±0.005 mm y una rugosidad superficial (Ra) entre 3.2 μm y 1.6 μm. Permite mecanizar cavidades precisas, estrechas y complejas, y se utiliza en la producción de moldes y herramientas de conformado.

El diagrama muestra una máquina de electroerosión por hilo. El carrete de hilo alterna su sentido de giro para alimentar el hilo. La fuente de alimentación de pulsos proporciona la energía de mecanizado, provocando descargas eléctricas entre el hilo en movimiento continuo y la pieza de trabajo. La mesa de trabajo CNC que sujeta la pieza puede moverse independientemente a lo largo de los ejes X e Y, cuya combinación permite crear diversas trayectorias de movimiento y mecanizar la pieza hasta obtener la forma deseada.

En comparación con la electroerosión por penetración, la electroerosión por hilo no requiere un electrodo especializado. Además, el hilo metálico, que actúa como electrodo, está en constante movimiento durante el mecanizado, lo que prácticamente elimina el desgaste. Para mecanizar la misma pieza, la cantidad total de material eliminado con electroerosión por hilo es menor que con la electroerosión por penetración estándar, lo que se traduce en una mayor eficiencia de producción y permite que la máquina funcione con menor potencia.

Características y aplicaciones de la electroerosión

La electroerosión (EDM) es idónea para mecanizar materiales metálicos con buena conductividad eléctrica, independientemente de su resistencia, dureza, tenacidad o punto de fusión. Esto la convierte en un método eficaz para mecanizar materiales que presentan dificultades para la fabricación tradicional, como el acero resistente al calor, el acero endurecido y el carburo cementado.

Dado que no existe contacto directo entre la herramienta y la pieza durante el proceso, no se generan fuerzas de corte. Esto permite que el electrodo de la herramienta se fabrique con materiales más blandos como cobre puro o grafito. Asimismo, posibilita el mecanizado de piezas de paredes delgadas, orificios pequeños y ranuras estrechas sin preocuparse de que la rigidez de la herramienta o la pieza sea insuficiente para la operación. Además, se puede utilizar para el mecanizado en una sola etapa de diversas cavidades complejas y superficies curvas tridimensionales sin temor a que una gran área de mecanizado genere fuerzas de corte excesivas.

En la sección servicio de mecanizado por descarga eléctricaUn conjunto de parámetros eléctricos ajustados, como voltaje, corriente, frecuencia y ancho de pulso, se denomina especificación de mecanizado. Estas especificaciones se dividen en dos tipos: desbaste y acabado, para adaptarse a diferentes necesidades de procesamiento. La selección de la especificación de mecanizado está estrechamente relacionada con la precisión dimensional y la rugosidad superficial requeridas de la pieza. Generalmente, el error dimensional para el taladrado de agujeros con la especificación de acabado puede ser tan bajo como 0.05 mm, y de aproximadamente 0.1 mm para el mecanizado de cavidades, con un valor de rugosidad superficial (Ra) que oscila entre 3.2 μm y 0.8 μm. La electroerosión (EDM) tiene una amplia gama de aplicaciones, entre las que se incluyen:

• Mecanizado de diversos tipos de agujeros, como agujeros para troqueles de punzonado, troqueles de trefilado y hileras.
• Mecanizado de cavidades curvas tridimensionales, como las cavidades en matrices de forja, moldes de fundición a presión y moldes de plástico.
• Realizamos cortes, seccionamientos, refuerzo de superficies, grabados y marcados de placas de identificación y etiquetas.

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