O que é usinagem por descarga elétrica (EDM)?

A usinagem por eletroerosão (EDM) é um método utilizado para moldar peças removendo metal por erosão. Essa erosão é causada pela temperatura extremamente alta gerada instantaneamente por uma descarga pulsada que ocorre entre um eletrodo da ferramenta e um eletrodo da peça de trabalho.

O diagrama ilustra o princípio de funcionamento de um sistema de eletroerosão (EDM). Os dois polos de um gerador de pulsos são conectados ao eletrodo da ferramenta e à peça de trabalho, respectivamente. Quando os dois polos são aproximados dentro do fluido de trabalho, a tensão entre eles rompe as ligações químicas do fluido, criando uma descarga elétrica. Essa descarga gera instantaneamente uma enorme quantidade de calor no canal de descarga, atingindo temperaturas muito altas (acima de 10,000 °C). Esse calor intenso faz com que pequenas áreas localizadas da peça e da ferramenta derretam ou até mesmo vaporizem, resultando em erosão que deixa uma minúscula cratera.

À medida que esse processo de descarga se repete várias vezes, a superfície da peça fica coberta por inúmeras crateras minúsculas. O eletrodo é continuamente alimentado para baixo, e o contorno do eletrodo-ferramenta é essencialmente replicado na peça de trabalho, completando a usinagem da mesma.

Componentes de uma máquina de eletroerosão

Uma máquina de eletroerosão (EDM) consiste em uma fonte de alimentação de pulsos, um sistema de controle automático de avanço, o corpo da máquina (a estrutura principal) e um sistema de circulação e filtragem do fluido de trabalho.

Fonte de alimentação de pulso

A função da fonte de alimentação de pulsos é converter a eletricidade CA padrão de 50 Hz em energia pulsada de alta frequência. Essa energia é aplicada ao eletrodo da ferramenta e à peça de trabalho para fornecer a energia necessária para a descarga elétrica. O gerador de pulsos mostrado no diagrama é do tipo fundamental, composto por um resistor (R) e um capacitor (C). Uma fonte de alimentação CC (E) carrega o capacitor (C) através do resistor (R). À medida que a tensão no capacitor aumenta, ela atinge um limite específico no qual a distância entre o eletrodo da ferramenta (cátodo) e a peça de trabalho (ânodo) é rompida, resultando em uma descarga de faísca. Durante a faísca, o capacitor libera sua energia armazenada, a tensão entre os eletrodos cai repentinamente e o fluido de trabalho recupera suas propriedades isolantes. A fonte de alimentação então começa imediatamente a recarregar o capacitor. Esse ciclo se repete continuamente, gerando milhares a dezenas de descargas de pulso por segundo.

A eletroerosão (EDM) deve utilizar descarga pulsada. Durante o intervalo entre cada pulso, o fluido entre os eletrodos precisa de tempo suficiente para restaurar seu estado isolante. Isso é essencial para que o próximo pulso rompa o espaço entre os eletrodos e realize a descarga em um ponto diferente, relativamente mais próximo, evitando a descarga contínua no mesmo ponto, o que formaria um arco elétrico estável. Um arco elétrico estável dura muito tempo, cria uma camada fundida mais profunda e resultaria apenas em soldagem ou corte, impossibilitando a obtenção da precisão e do acabamento liso necessários para usinagem dimensional.

No processo de eletroerosão (EDM), tanto a peça quanto o eletrodo da ferramenta sofrem erosão. No entanto, a taxa de erosão é diferente entre o ânodo (conectado ao terminal positivo) e o cátodo (conectado ao terminal negativo). Esse fenômeno é chamado de "efeito polar". Para reduzir o desgaste do eletrodo da ferramenta e melhorar a precisão da usinagem e a eficiência da produção, é sempre desejável maximizar o efeito polar: a peça deve sofrer erosão o mais rápido possível e a ferramenta o mais lentamente possível. Portanto, uma fonte de alimentação de pulso CC é a escolha ideal para EDM. Se uma fonte de alimentação de pulso CA fosse usada, a polaridade da peça e da ferramenta mudaria constantemente, tornando o efeito polar total nulo. O efeito polar está tipicamente relacionado a fatores como largura do pulso, material do eletrodo e energia de um único pulso, que, em conjunto, determinam a seleção da polaridade ideal para uma determinada aplicação.

Sistema de controle automático de alimentação

O sistema automático de controle de avanço ajusta a velocidade de avanço do eletrodo da ferramenta para manter a distância de descarga necessária entre a ferramenta e a peça de trabalho, garantindo que o processo de descarga pulsada funcione corretamente.

Corpo da máquina

O corpo da máquina é o dispositivo mecânico usado para fixar, prender e movimentar o eletrodo-ferramenta e a peça de trabalho.

Sistema de Circulação e Filtragem do Fluido de Trabalho

O sistema de circulação e filtragem do fluido de trabalho força a passagem de fluido limpo através do espaço entre o eletrodo da ferramenta e a peça de trabalho sob pressão. Isso remove rapidamente as partículas erodidas e, em seguida, filtra o fluido para reutilização contínua. Querosene ou óleo de máquina são os fluidos de trabalho mais comuns usados ​​atualmente.

As máquinas de eletroerosão (EDM) estão disponíveis em uma ampla gama de produtos. Com base no método de usinagem, elas podem ser categorizadas em dois tipos principais:

1. Eletroerosão por penetração (EDM por afundamento): Esta máquina utiliza um eletrodo-ferramenta com formato especial para usinar as características correspondentes em uma peça. A eletroerosão por penetração é um processo de fabricação que utiliza o efeito eletroerosivo de descargas pulsadas entre um eletrodo-ferramenta e um eletrodo da peça de trabalho dentro de um meio dielétrico específico. O eletrodo-ferramenta é tipicamente um eletrodo moldado feito de cobre eletrolítico ou grafite, que pode ser fabricado em qualquer geometria desejada. A forma resultante usinada na peça de trabalho é a cavidade negativa correspondente.
2. Eletroerosão a fio (EDM a fio): Esta máquina utiliza um eletrodo de fio para usinar perfis bidimensionais em uma peça. A eletroerosão a fio, ou WEDM, opera com base no princípio fundamental de utilizar um fio metálico fino em movimento contínuo (eletrodo de fio) para remover metal e moldar a peça de trabalho por meio de descargas pulsadas de faísca.
3. O processo é geralmente categorizado em eletroerosão a fio de baixa velocidade e eletroerosão a fio de alta velocidade. Normalmente, utiliza eletrodos de fio com diâmetros que variam de 0.1 mm a 0.3 mm para usinar componentes com superfície regrada e furos passantes, como peças de punção ou cavidades de matrizes.

A eletroerosão a fio (EDM) corta uma peça utilizando erosão elétrica criada por uma descarga pulsada entre um fio metálico em movimento contínuo (o eletrodo-ferramenta) e a peça de trabalho. O fio eletrodo utilizado para o corte a fio é muito fino (tipicamente de 0.04 mm a 0.25 mm de diâmetro) e feito de molibdênio, tungstênio ou cobre. Este processo oferece um alto nível de precisão, com tolerâncias tão rigorosas quanto ±0.005 mm e uma rugosidade superficial (Ra) entre 3.2 μm e 1.6 μm. É capaz de usinar cavidades precisas, estreitas e complexas, sendo utilizado na produção de moldes e ferramentas de conformação.

O diagrama mostra um dispositivo de eletroerosão a fio. O carretel de fio alterna seu sentido de rotação para alimentar o fio. A fonte de alimentação pulsada fornece a energia de usinagem, causando descargas entre o fio em movimento contínuo e a peça de trabalho. A mesa de trabalho CNC que segura a peça pode se mover independentemente ao longo dos eixos de coordenadas X e Y, que são combinados para criar vários percursos de movimento e usinar a peça no formato desejado.

Em comparação com a eletroerosão por penetração (EDM), a eletroerosão a fio (EDM a fio) não requer um eletrodo especializado. Além disso, o fio metálico, que atua como eletrodo, está em constante movimento durante a usinagem, resultando em desgaste praticamente nulo. Para usinar a mesma peça, a quantidade total de material removido pela eletroerosão a fio é menor do que com a eletroerosão por penetração padrão, o que significa uma eficiência de produção muito maior, permitindo que a máquina opere com menor potência.

Características e aplicações da eletroerosão

A eletroerosão (EDM) é adequada para usinar materiais metálicos que são bons condutores elétricos, independentemente da resistência, dureza, tenacidade ou ponto de fusão do material. Isso a torna um método eficaz para usinar materiais que são desafiadores para a fabricação tradicional, como aço resistente ao calor, aço temperado e carboneto cementado.

Como não há contato direto entre a ferramenta e a peça durante o processo, não há forças de corte. Isso significa que o eletrodo da ferramenta pode ser feito de materiais mais macios, como cobre puro ou grafite. Também permite a usinagem de peças de paredes finas, furos pequenos e ranhuras estreitas sem a preocupação de que a rigidez da ferramenta ou da peça seja insuficiente para a operação. Além disso, pode ser usado para a usinagem em uma única etapa de diversas cavidades complexas e superfícies curvas tridimensionais sem a preocupação de que uma grande área de usinagem resulte em forças de corte excessivas.

De acordo com o relatório serviço de usinagem por descarga elétricaUm conjunto de parâmetros elétricos ajustados, como tensão, corrente, frequência e largura de pulso, é chamado de especificação de usinagem. Essas especificações são divididas em dois tipos: desbaste e acabamento, para atender a diferentes necessidades de processamento. A seleção da especificação de usinagem está intimamente relacionada à precisão dimensional e à rugosidade superficial exigidas da peça. Geralmente, o erro dimensional para furação utilizando a especificação de acabamento pode ser tão baixo quanto 0.05 mm, e cerca de 0.1 mm para usinagem de cavidades, com um valor de rugosidade superficial (Ra) variando de 3.2 μm a 0.8 μm. A eletroerosão (EDM) possui uma ampla gama de aplicações, incluindo:

• Usinagem de diversos tipos de furos, como furos para matrizes de estampagem, matrizes de trefilação e fieiras.
• Usinagem de cavidades curvas tridimensionais, como as cavidades em matrizes de forjamento, moldes de fundição e moldes de plástico.
• Executar cortes, seccionamentos, reforço de superfícies, gravações e marcações em placas de identificação e etiquetas.

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