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Cátedra: Tecnología Mecánica Página 1 de 20 Maquinado Electroquímico El proceso Manómetro Servo-Controlado Electrodo continua corriente Fuente de Dieléctrico Depósito Presión de alta Bomba Filtro frecuencia Control de  Amperímetro Voltímetro herramienta Pieza de trabajo Bomba Depósito Intercambiador de Calor Termómetro Flujómetro  Figura 3 El maquinado electroquímico, difiere de otras técnicas de trabajos de metales, en que tanto la energía eléctrica como la química son los filos cortantes de la herramienta aplicados directamente en el maquinado de los metales. En este proceso, la energía eléctrica se usa para obtener una reacción química la cual disuelve el metal de la pieza de trabajo dentro de una solución electrolítica. La remoción del metal se logra por medio del principio de electrolisis descrito por Michael Faraday hacen más de 150 años. Las leyes de Faraday son más conocidas por su aplicación en electrodeposición. Las leyes de Faraday e stablecen b ásicamente que la cantidad de metal removido es directamente proporcional a la corriente que circula". Lo que sucede en el maquinado electroquímico es muy similar a lo que ocurre en galbanotecnia, el metal es removido de un electrodo (pieza en elaboración) sin ser depositado en el otro. Básicamente en el proceso electroquímico la herramienta (cátodo) es colocada muy cerca de la pieza (ánodo). La distancia entre ambas es muy pequeña, entre 0,001 a 0,010  pulgadas. Un voltaje bajo y una gran densidad de corriente continua, circula entre ellas a través de una solución conductora electrolítica. Esta solución es bombeada a través del huelgo entre pieza y herramienta a presiones a menudo tan altas como 300 psi. Esta solución electrolítica es mantenida generalmente a una temperatura entre 100 y 120°F. La
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Maquinado Electroquimico

Oct 30, 2015

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    Maquinado Electroqumico El proceso

    Manmetro

    Servo-ControladoElectrodo

    continuacorriente Fuente de

    Dielctrico

    Depsito

    Presinde altaBomba

    Filtro

    frecuenciaControl de

    Ampermetro

    Voltmetro

    herramienta

    Pieza de trabajo

    Bomba

    Depsito

    Intercambiador de CalorTermmetro

    Flujmetro

    Figura 3

    El maquinado electroqumico, difiere de otras tcnicas de trabajos de metales, en que tanto la energa elctrica como la qumica son los filos cortantes de la herramienta aplicados directamente en el maquinado de los metales. En este proceso, la energa elctrica se usa para obtener una reaccin qumica la cual disuelve el metal de la pieza de trabajo dentro de una solucin electroltica. La remocin del metal se logra por medio del principio de electrolisis descrito por Michael Faraday hacen ms de 150 aos. Las leyes de Faraday son ms conocidas por su aplicacin en electrodeposicin. Las leyes de Faraday establecen bsicamente que la cantidad de metal removido es directamente proporcional a la corriente que circula". Lo que sucede en el maquinado electroqumico es muy similar a lo que ocurre en galbanotecnia, el metal es removido de un electrodo (pieza en elaboracin) sin ser depositado en el otro. Bsicamente en el proceso electroqumico la herramienta (ctodo) es colocada muy cerca de la pieza (nodo). La distancia entre ambas es muy pequea, entre 0,001 a 0,010 pulgadas. Un voltaje bajo y una gran densidad de corriente continua, circula entre ellas a travs de una solucin conductora electroltica. Esta solucin es bombeada a travs del huelgo entre pieza y herramienta a presiones a menudo tan altas como 300 psi. Esta solucin electroltica es mantenida generalmente a una temperatura entre 100 y 120F. La

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    corriente que circula a travs del electrolito debe tener un rango de variacin grande (mquinas que usan hasta 20.000 Amperes y ms son bastante comunes). Como esta corriente pasa de la pieza de trabajo a la herramienta, las partculas metlicas que se encuentran en la superficie de la pieza (iones) / son obligadas a ir en la solucin debido a una reaccin electroqumica. Estas partculas son entonces arrastradas por el flujo de electrolito fuera de la cuba. El Equipo. Un sistema tpico de proceso electroqumico, como el diagramado en la / Figura 4, puede comprenderse mejor cuando se divide el proceso en sus varios elementos y se estudian por separado. Los componentes del sistema son: 1)-Mquina. 2)-Electrolito 3)-Fuente de alimentacin. 4)-Electrodo o herramienta. 5)-Pieza en elaboracin. 6)-Sistema de circulacin del electrolito. 7)-Aparato para la remocin de los sedimentos. Mquina Las mostradas en la figura 4 y 5 son mquinas tpicas para procesos electroqumicos. Figura 4 Figura 5 La figura 4, muestra un tipo de mquina cerrada, que ofrece ptima rigidez y, un muy eficiente contenedor del electrolito. Cada una de estas mquinas (y tambin todas las otras) poseen un mecanismo de avance sencillo, capaz de posicionar la pieza de trabajo o la herramienta, una hacia la otra a una distancia constante ajustable preseleccionada.

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    Electrolito El electrolito es simplemente una solucin acuosa que es capaz de conducir corriente elctrica. La solucin ms comnmente usada es cloruro de sodio (sal de mesa comn), disuelta en agua. Fuente de alimentacin. Como ya lo mencionamos la cantidad de metal removido es proporcional a la corriente circulante, por lo tanto los procesos de maquinado electroqumico requieren una fuente capaz de otorgar una alta corriente directa. El voltaje es normalmente bajo, en el rango de los 10 a 20 volts. Las fuentes normalmente convierten 220 380 volts de bajo amperaje en corriente continua de bajo voltaje y alto amperaje. Electrodo herramienta Debe ser hecha de un material conductor y estar aislada de manera de mantener la conduccin entre herramienta y pieza solo en aquellas partes en que se deba remover el material. En algunos casos poseen un agujero central para permitir el acceso del electrolito al proceso. La herramienta est conectada al negativo de la fuente de alimentacin (ctodo). Pieza en elaboracin. La operacin de maquinado debe llevarse a cabo en una pieza conductora de electricidad la cual est conectada al positivo de la fuente de alimentacin (nodo). Sistema de circulacin del electrolito. Consiste en caeras, recipientes, vlvulas y bombas necesarias para dirigir y controlar el caudal del electrolito. Los componentes debern soportar presiones del orden de las 300 2lg/ pulb adems todas las partes del sistema deben ser resistentes a la corrosin, teniendo en cuenta la agresividad del fluido. Aparato para la remocin de sedimentos. El maquinado electroqumico causa la ionizacin del material extrado, el cual en una posterior reaccin produce un pesado sedimento o barro compuesto de hidrxidos insolubles. Por cada 3lgpu de material removido se producen 100 3lgpu de sedimentos; el cual debe ser extrado del electrolito para que no obstruya su circulacin, esta se hace por diversas tcnicas como, decantacin filtrado o centrifugado. Ventajas 1)- No produce desgaste de la herramienta. 2)- No produce rebabas. 3)- Se maquinan materiales duros y blandos con la misma facilidad. 4)-Produce una excelente terminacin superficial. 5)-La pieza no est sometida a esfuerzos mecnicos ni trmicos. 6)-En algunos materiales el maquinado electroqumico puede trabajar ms rpido que otros mtodos convencionales. 7)-El proceso se puede automatizar fcilmente.

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    Desbarbado Electroqumico El Proceso El principio bsico es similar al de maquinado electroqumico. Se diferencia solamente en que la pieza y la herramienta mantienen una posicin fija una respecto de la otra.

    M anm etro

    S ervo-C ontro ladoE lectrodo

    continuacorriente Fuente de

    D ie lctrico

    D epsito

    P resinde a ltaB om ba

    F iltro

    frecuenciaC ontro l de

    A m perm etro

    Voltm etro

    herram ienta

    P ieza de trabajo

    Figura 6 Un pequeo radio de acuerdo queda en el lugar donde se encontraba la rebaba. La herramienta es posicionada cerca de la base de la rebaba. Es necesario que la orientacin de la rebaba permita la colocacin de la herramienta, de no ser as deber ser convenientemente orientada. Es un mtodo muy competitivo para este tipo de trabajo. El Equipo Es esencialmente similar al del maquinado electroqumico, tal es as que se puede usar el mismo equipamiento, sin embargo si la nica operacin electroqumica fuese el desbabado el equipo puede ser sensiblemente reducido.

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    Rectificado electroqumico El proceso

    Manmetro

    continuacorriente Fuente de

    Depsito

    Presinde altaBomba

    Filtro

    frecuenciaControl de

    Ampermetro

    Voltmetro

    Pieza de trabajo

    Rociado Electrolitico

    Herramienta

    Figura 7 Es escencia1mente similar al maquinado e1ectroqumico, pero la aplicacin es diferente. As como en el maquinado e1ectroqumico la herramienta nunca toca la pieza, en el rectificado e1ectroqumico la rueda toca la pieza. Tanto la muela como la pieza estn conectadas a una fuente de corriente El e1ectro1ito es rociado delante de la muela, cerca de la pieza de manera que la rueda lo arrastra a la zona de corte. La mayor parte (el 90% aproximadamente) del metal removido es por accin e1ectroqumica, el resto es extrado por la accin abrasiva de la muela, lo que implica que la presin sobre la pieza es mucho menor que en los mtodos convencionales de rectificado. Adems se elimina el frecuente rectificado de la piedra. El rectificado electroqumico es mucho ms conveniente y rpido que el convencional. La cantidad de metal removido depende de la corriente y del e1ectro1ito ap1icado, independientemente de la dureza del materia1. La ausencia de altas temperaturas y de grandes presiones de contacto, hacen de este mtodo el ideal para rectificar piezas frgiles que deben ser maquinadas libres de esfuerzos mecnicos y de calentamientos. El e1ectro1ito puede ser una solucin de cloruro de sodio o de nitratos de sodio en agua. Esta es preferida en los casos en que rectificadoras convencionales han sido adaptadas al proceso e1ectroqumico. Es evidente que la muela debe ser capaz de conducir la electricidad.

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    A continuacin daremos una visin mas profunda de los procesos Electroqumicos. Principales caractersticas. Ventajas:

    1. La cantidad de metal removido por unidad de tiempo, no depende de las propiedades fsicas del metal.

    2. El mecanizado se realiza libre de tensiones mecnicas. 3. No existen altas temperaturas, el proceso se lleva a cabo entre 100 y 150F. 4. No se producen rebabas. 5. La terminacin superficial es lo suficientemente buena para la mayora de las

    aplicaciones. La terminacin superficial puede ser controlada mediante una eleccin apropiada de la solucin electroltica.

    6. el desgaste de la herramienta es casi nulo. 7. El proceso es fcilmente automatizable. Las variables mas importantes son:

    voltaje, corriente, presin y temperatura del electrolito, las cuales pueden ser fcilmente controladas y medidas.

    8. La tolerancia, precisin y repetibilidad, son suficientes para la mayora de las aplicaciones. Estas caractersticas dependen de las variables enunciadas en el punto anterior.

    9. No se produce fragilizacin del metal por el hidrogeno presente como en otras tcnicas no convencionales.

    Las principales desventajas son:

    1. El diseo y construccin de la herramienta puede ser complicado y algo costoso 2. Se consume una gran cantidad de energa elctrica 3. No se pueden obtener ngulos vivos inferiores 4. La conexin elctrica de la pieza en elaboracin deben hacerse cuidadosamente,

    por las grandes corrientes que circulan. 5. La remocin e hidrogeno y la presencia de vapores corrosivos requieren

    equipamiento adicional. 6. Siempre deben ser lavadas las piezas obtenidas para inhibir la posterior

    corrosin por el electrolito.

    Esta enumeracin de caractersticas incluye solo las ms significativas, tanto en ventajas como en desventajas. Capacidad para mantener la tolerancia del MEQ (Maquinado Electroqumico) Bajo condiciones ideales, el M.E.Q., es capaz de mantener tolerancias de 0.01 pulg. Y menores. La repetibilidad del M.E.Q es muy buena, en mquinas en buenas condiciones la repetibilidad de tolerancia puede ser mantenida en 001.0 a .lg002.0 pu

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    En la siguiente tabla se dan ejemplos de tolerancia obtenibles en diversos materiales y operaciones. OPERACIN MATERIAL TOLERANCIA TERMINACION

    SUPERFICIAL OBTENIDA RMS

    Aleaciones de alta temperatura 003.0 20 3046 002.0 200 Aluminio, superaleaciones de acero 005.0 16 a 60 Aleaciones de Nquel 5210, 4340 002.0 65

    MAQUINADO DE CAVIDADES

    4340 0015.0 20 a 80 Aleaciones de alta temperatura 010.0 20 CORTES EN

    NGULOS 1020 010.0 125 FORJADO DE MATRICES

    Fundicin de acero 002.0 10 TALADRADO Aluminio, superaleaciones de acero 005.0 12 a 60 TALADRADO CON ELECTRODO

    Aluminio, superaleaciones de acero 001.0 5 a 65

    Capacidad de los M.E.Q para la terminacin superficial Los M.E.Q, bajo ciertas condiciones pueden producir superficies tan finas alcanzando las 5 micropulgadas. Esta se logra con la rotacin de la pieza o el electrodo. Las superficies obtenidas por la parte frontal de la herramienta en general pueden ser menores que 32 micropulgadas, mientras que superficies obtenidas por el paso total de la herramienta como pueden ser las superficies laterales de un agujero, varan de 50 a 125 micropulgadas. Las mejores terminaciones superficiales se obtienen cuando se aplican altas velocidades de corte, y por lo tanto altas densidades de corriente. En trminos generales podemos decir que con los metales ms duros se obtiene mayor terminacin superficial; por ejemplo: aleaciones de cobalto dan terminaciones especulares, mientras que aleaciones e aluminio y cobre, dan terminaciones mate, aplicando en ambos casos la misma herramienta e iguales condiciones de corte. Las terminaciones ptimas se obtienen con un cuidadoso diseo de la herramienta, seleccionando la mayor velocidad de corte sin exceder el lmite del electrolito, en cuanto a la mxima densidad de corriente. Cantidad de Metal Removido por Unidad de Tiempo en MEQ Cuando la herramienta se acerca a la pieza en la elaboracin, con el electrolito circulando entre ambas, disminuye la resistencia del camino de la corriente entre ambas, lo que produce un aumento de corriente. Esta disminucin de la distancia entre pieza y herramienta y el consecuente aumento de la corriente continua hasta que la densidad de

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    corriente es la suficiente para remover el metal, a una velocidad exactamente igual a la de avance de la herramienta. Si la velocidad debe ser reducida, el avance de la herramienta debe ser retardado, lo que aumentar la distancia entre pieza y herramienta disminuyendo la densidad de corriente hasta que se alcance un nuevo equilibrio. Esta relacin est definida grficamente para una combinacin tpica material electrolito, en la figura 9.

    Figura 9 La tabla siguiente, muestra diferentes operaciones realizadas en varios metales y la velocidad de penetracin. Es de hacer notar que estas velocidades no son universalmente aplicables para todos los casos y ellos varan de acuerdo a la tolerancia requerida y a las terminaciones superficiales, as como las terminaciones superficiales, as como dependen de las condiciones y tipo de mquina usada. La mejor regla para estimar la velocidad de remocin es considerar que el MEQ, tiene la habilidad de remover 3lg1.0 pu de metal por cada 1000 Amp. Aplicados.

    Velocidades de Penetracin Tpicas Material Operacin Velocidad de Penetracin Aluminio Agujero hexagonal 0.250 por minuto Aluminio 7005 Corte de una cavidad frontal ancha. 0.100 por minuto Udimet 600 Corte exterior perfilado. 0.235 por minuto Titanio Perforacin interna de refrigeracin

    en alabes de turbina. 0.100 por minuto

    Titanio Pequeos agujeros de 0.025 a 0.050 de dimetro.

    0.175-0.225 por minuto

    Acero Austentico Forjado

    Agujeros acanalados de 2.0 de dimetro.

    0.350-0.400 por minuto

    Acero duro 4130 Agujeros ovales grandes. 0.185 por minuto

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    Velocidad de avance en el MEQ Seleccionar el avance es mucho menos complicado que en el caso de otros. Es una caracterstica del MEQ que tanto la terminacin superficial y tolerancia mejoran aumentando la velocidad de remocin del metal. Consecuentemente el mas rpido avance posible no solamente es el mas beneficioso, sino que produce la mejor calidad. En el caso de piezas grandes la velocidad de penetracin estar limitada por la capacidad de la mquina para proporcionar una densidad de corriente apropiada, pero generalmente la limitacin est por el electrolito. Una explicacin de esta, es que el electrolito posee una funcin primaria que es la de proveer el camino conductor entre la herramienta y la pieza. Las reacciones qumicas involucradas en la disolucin del metal son complejas y algunos de los resultados de estas reacciones interfieren con la funcin primaria del electrolito. Podemos decir que el fluido deber adems cumplir una funcin secundaria que ser la de evitar estas interferencias en la funcin primaria. En orden de importancia estas funciones son:

    1. Remover el hidrogeno gaseoso producido en la superficie del ctodo. Este gas no es conductor elctrico y acumulado en burbujas produce una interferencia local al pasaje de la corriente. El metal en esta zona no es removido y al acercarse la herramienta puede producir un arco perjudicial. Tericamente estas reas peligrosas ocurren cuando el volumen de hidrogeno excede el 40% del volumen del electrolito disponible en la operacin.

    2. Extraer el calor producido por la energa producida en la operacin. Si el volumen de fluido no es el suficiente para extraerlo, es posible que el electrolito se evapore en determinadas zonas produciendo burbujas que causan las reas peligrosas del punto anterior.

    3. el fluido debe ser portador de los precipitados de oxido e hidrxidos, que son los residuos del MEQ. Estos normalmente no interfieren con la conductibilidad, pero pueden reducir el espacio fsico para la circulacin del electrolito.

    Descripcin del proceso de remocin La disolucin de metales llevada a cabo en el mecanizado electroqumico, esta descripta por varias leyes fsicas y qumicas. Una de estas leyes dice que 1 Faraday (3.7 amp. /hs) puede disolver un equivalente gramo de metal, siendo un equivalente gramo, el peso atmico de este metal dividido en su valencia. El proceso ser descripto, estudiando lo que sucede en tres zonas distintas:

    1. La capa exterior de la herramienta (ctodo) 2. La capa exterior de la capa en trabajo (nodo) 3. La solucin electroltica

    Sucede que en la superficie del nodo los electrones son removidos por la circulacin de corriente, y los enlaces moleculares de la estructura de esta superficie se rompen. Estos tomos ingresan a la solucin como iones metlicos. Usando hierro, para un ejemplo, esta reaccin se expresa mediante la siguiente ecuacin:

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    eFF eO 2 ++

    Estos iones positivos se mueven a travs del electrolito en direccin al ctodo debido a la oposicin de cargas. Sin embargo apenas desprendidos del nodo, estos iones se combinan para formar un precipitado insoluble que es retirado por la circulacin rpida del electrolito. Simultneamente en el ctodo los iones hidrogeno presentes por la ionizacin producida por la adiccin de sales al electrolito son atrados por la superficie del electrodo negativo para neutralizar su carga, producindose as hidrogeno atmico que luego formar hidrogeno molecular, desprendindose en la zona del ctodo.

    2HHHHeH

    OO

    O

    +++

    La prdida de grandes cantidades de iones de hidrogeno causa otra reaccin en el ctodo que da como resultado la formacin de iones hidroxilos:

    ( ) 22 222 HOHeOH ++ Estos iones hidroxilos se combinan con el in Fe en el seno de la solucin electroltica , formando el precipitado de hidrxido de hierro.

    ( ) ( )22 OHFOHF ee ++ ++ Como dijimos anteriormente hay varias leyes fsicas involucradas en el MEQ, las mas aplicadas son la 1 y 2 ley de Faraday. 1_ La masa de sustancia desprendida en una electrolisis es proporcional a la cantidad de corriente que circula. 2_ La masa de sustancia desprendida es proporcional al equivalente qumico del in, esto es la masa atmica del in dividida en su valencia. Vemos que el metal removido es funcin de la composicin qumica del material de la pieza y directamente proporcional a la corriente; luego aplicando estas leyes, el metal removido en la unidad de tiempo t est expresado por la siguiente ecuacin:

    tdensidadvalencia

    opesoatmicFIV *1**

    =

    donde: I = corriente F = Faraday expresado en Coulomb ( un Faraday = 96500 Coulomb) Peso Atmico expresado en gramos Densidad expresada en gramos/cm3 V = cm3 removidos por segundo

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    Ley de ohm en MEQ

    [ ]VoltsEDondeRIE

    ==

    :*

    [ ].AmpI = [ ]OhmR = La variable que mas afecta a la remocin de material es la densidad de corriente, est gobernada en una gran medida por el espacio que debe recorrer entre pieza y herramienta, como ambas poseen una resistencia constante y como la diferencia de potencial entre ambas tambin es constante, vemos que la variable que afecta realmente a la densidad de corriente, es la resistencia del espacio existente entre pieza y herramienta. Examen profundo de la operacin MEQ.

    Figura 10

    Figura 10 Referente a la figura 10, examinaremos ms profundamente lo que ocurre cuando se genera un agujero o perfil en la pieza en elaboracin. Teniendo en cuenta lo dicho en el prrafo anterior, es de suponer que las velocidades mximas de penetracin, estarn dadas para los mnimos espacios que se pudieran lograr entre pieza y herramienta, pues como en este caso la resistencia sera menor, la densidad de corriente aumentara. En la prctica este incremento de densidad de corriente se ve perjudicado por l aparicin de mayor cantidad de hidrgeno gaseoso,( producto tambin de la mayor remocin de material ), el que disminuye la conductividad de la zona de trabajo, establecindose as una menor densidad de corriente. En definitiva podemos decir que cada operacin de MEQ, posee una mxima velocidad de penetracin particular, gobernada por una serie de variables. Huelgo: Sabemos que para producir un agujero de un determinado dimetro la herramienta que lo ejecutar, tendr un dimetro menor que la perforacin a producir, esta diferencia de

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    dimetros se llama huelgo. Para el clculo del huelgo se debern tener en cuenta muchas variables, entre ellas la experiencia. Existen tablas que recomiendan distintos huelgos para determinadas operaciones, y bajo distintas condiciones de operacin. Otro de los caminos para controlar el huelgo es a travs de la regulacin del voltaje, del avance y de la velocidad del electrolito. Otro factor para considerar es la razn por la cual no se pueden lograr ngulos rectos en el fondo de agujeros o cavidades, siempre debe ser redondeado, de manera de permitir una circulacin sin turbulencias del electrolito; esto hace que en el agujero tallado se produzca este redondeamiento que posee el electrodo. Sin embargo si el electrodo terminase en ngulo vivo el agujero producido tendr sus ngulos redondeados con un radio igual al del huelgo. Otro de los problemas que pueden aparecer es la presencia de terminaciones superficiales no uniformes o la aparicin de ralladuras o estras en las paredes laterales del agujero. Esto se debe a que el huelgo es mayor que la distancia entre la cabeza de la herramienta y la pieza; luego el electrolito introducido a presin por el agujero central del electrodo encuentra en el huelgo una zona de mayor rea que hace que se creen corrientes o venas fluidas hacia el exterior. Es debido a la presencia de estas venas que se producen ralladuras en concordancia con ellas. Hay algunos mtodos para contrarrestar este efecto, como colocar cortinas deflectoras en el extremo del electrodo que restringen la descarga del electrolito en la cavidad, pero tiene el inconveniente de que aumenta la presin necesaria de todo el sistema para una velocidad fija de fluido. Otro mtodo es el de aplicar un movimiento rotatorio o vibratorio a la herramienta o a la pieza, el que rompe las venas fluidas. Cortocircuitos y Chisporroteo El chisporroteo y corto se producen cuando la herramienta avanza mas rpidamente que la capacidad del electrolito para remover el material o cuando el electrolito mal filtrado arrastra partculas metlicas capaces de causar cortocircuito. Ambas situaciones son indeseables y producen severos daos a la herramienta y/o a la pieza, es por esto que la instalacin debe tener un rel de cortado rpido. Ataque Intergranular Bajo ciertas condiciones puede ocurrir que en un proceso de MEQ aplicado a materiales exticos se presente el fenmeno de arranque intergranular. Esto significa una disminucin de la resistencia del material en una capa de 0.01 a 0.02 pulg. de espesor. Esto sucede por que el ataque intergranular produce puntos de iniciacin de fractura. Una de las primeras variables del proceso para corregir este efecto es la composicin del electrolito; cambiando la sal disuelta es posible es posible mejorar la performance. Algunas veces la disminucin de la temperatura y de la diferencia de potencial, disminuye el ataque. Las variables del MEQ. Las variables que estarn dentro de las opciones de control del operador en orden de su importancia relativa son:

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    1. Velocidad de avance 2. Voltaje 3. Concentracin del electrolito ( conductividad ) 4. Temperatura del electrolito ( conductividad ) 5. Presin del electrolito (velocidad en el extremo de la herramienta).

    Las cuatro primeras tienen efecto en la medida del espacio de equilibrio en el frente de la herramienta y por lo tanto en el huelgo; la quinta es secundaria. Los efectos de las primeras cuatro son similares, lo que hace que se puedan considerar como un grupo en la evaluacin de sus relaciones, respecto de la terminacin superficial y las tolerancias. Observaciones prcticas han demostrado que variaciones lentas en alguna de estas cuatro variables producen desviaciones dimensionales apreciables, en tanto variaciones rpidas, dan menos imperfecciones.

    Figura 11 Desde luego estos cuatro parmetros estn sujetos a pequeas desviaciones. Si representamos el total de estas variaciones por medio de una banda X en la figura 11, veremos que cuando las variaciones ocurren a bajas densidades de corriente y bajas velocidades de penetracin el ancho de X produce desviaciones en el maquinado de aproximadamente 0.001 de pulg. Cuando la misma banda est aplicada a altas densidades de corriente y altas velocidades de penetracin, las desviaciones son del orden de la 0.00015 pulg. Esto verifica observaciones empricas: que altas velocidades de penetracin dan mejor terminacin superficial y tolerancia. Si mantenemos constante tres de los cuatro parmetros, los efectos que se producen por la variacin del cuarto son:

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    Velocidad de penetracin

    Un gran avance disminuye la distancia entre pieza y herramienta, resultado: un mejoramiento de la terminacin superficial y tolerancia; y viceversa.

    Voltaje

    Bajos voltajes disminuyen la distancia entre pieza y herramienta, resultado: un mejoramiento de la terminacin superficial y tolerancia; y viceversa.

    Concentracin del Electrolito

    Pequeas concentraciones disminuyen la distancia entre pieza y herramienta, resultado: un mejoramiento de la terminacin superficial y tolerancia; y viceversa.

    Temperatura del Electrolito

    Bajas temperaturas disminuyen la distancia entre pieza y herramienta, resultado: un mejoramiento de la terminacin superficial y tolerancia.

    Herramientas tcnicas y Ejemplos Como hemos explicado previamente, la herramienta para obtener perforaciones circulares se consiguen con facilidad en el comercio, sin embargo para comprender alguna de las tcnicas aplicadas al diseo de herramientas hacemos una sntesis de su evolucin.

    Figura 12 La figura anterior muestra el resultado de la aplicacin de una herramienta en su forma mas primitiva, es decir que es simplemente un tubo conductor de la electricidad; el resultado de su trabajo est viciado de do factores fundamentales. El primero de ellos es la conicidad, se presenta por el hecho de que no solo hay una diferencia de potencial, entre la cabeza de la herramienta y el fondo de la perforacin que se est tallando, sino que tambin existe diferencia de potencial entre los costados de la herramienta y las paredes del agujero ya tallado; de esta manera la parte de la pieza que mayor tiempo est expuesta al proceso es el extremo por donde comenz la operacin de maquinado.

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    El segundo es la presencia de ralladuras debidas a la circulacin no laminar del electrolito, causada por los ngulos vivos en el extremo de la herramienta. Figura 13 figura 14 El primero de los problemas fue resuelto mediante la adicin en los costados de la herramienta como muestra la figura 13. Posteriormente se redondearon los bordes de la extremidad para uniformar el flujo del electrolito. (ver fig. 14). Figura 15 Una mejora adicional, en cuanto a la circulacin del electrolito, se logra con el dispositivo toroide, colocado en el extremo de la herramienta, como muestra la figura 15; se nota fcilmente que al aumentar significativamente el huelgo, luego de superado el labio de maquinado el fluido puede circular con mayor facilidad.

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    Otra tcnica de buen resultado es la de hacer circular el electrolito ingresando por el huelgo y descargando por la herramienta, esta disposicin produce excelente terminacin y un mnimo de conicidad, pero requiere utilajes especiales como muestra la figura 40, se debe hacer notar que no se puede aplicar este mtodo con herramientas descriptas en el punto anterior. Materiales para herramientas y Aislacin Cualquier material conductor puede ser utilizado para herramientas, pero debido a la naturaleza corrosiva del electrolito, la mayora de las herramientas se construye con materiales de tipo inoxidables, como acero inoxidable y bronce. Otro de los factores a considerar en la seleccin del material son: maquinabilidad del mismo, conductividad trmica, rigidez y resistencia elctrica. Examinndolos de a uno la maquinabilidad es particularmente importante en aquellas herramientas que tengan perfiles complejos, la conductividad trmica debe ser considerada pues es factible que en una mala operacin se produzcan chispas o cercos, cuyo calor debe ser rpidamente evacuado. La tabla que sigue muestra la relacin de estas propiedades de los seis materiales de uso mas comn, para herramientas.

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    Propiedades de Materiales para Herramientas del MEQ

    Materiales

    Propiedades

    Cobre Bronce

    Acero Inoxidable

    Titanio

    Berilio Cobre Berylco Aleac.25

    Cobre Tungsteno

    Resistividad Elctrica

    1

    4

    53

    48

    3

    8

    Rigidez

    1.6

    1

    1.9

    1.1

    1.1

    2.2

    Maquinabilidad

    6

    8

    2.5

    1

    5

    1.8

    Conductividad Trmica

    25

    7.5

    1

    2.6

    20

    10

    En cuanto a la aislacin los materiales mas usados son: porcelana y vinilos, fenlicos, tefln, epoxi, etc.; estos son usualmente aplicados por spray o inmersin. De todos los materiales nombrados el mas usado es el epoxi en aerosol. Otro factor a tener en cuenta en la aislacin es aquel caso en que el frente del material aislante enfrenta directamente al caudal a alta presin del electrolito (figura 40). Otra de las consideraciones a tener en cuenta en el diseo de la herramienta es la de tener en cuenta los esfuerzos causados por la presin del electrolito. En aquellos casos en que la herramienta es perfectamente circular, los efectos no son significativos, pero cuando la configuracin no es simtrica, las solicitaciones de una presin desbalanceada, puede comprometer las zonas frgiles. En el caso de pequeos agujeros realizados con el MEQ el efecto de autocentrado por la presin anteriormente descrito es la causa que permite obtener una gran precisin con herramientas muy finas. A continuacin damos una serie de datos acerca de agujeros realizados en condiciones normales y podemos observar que el huelgo es extremadamente pequeo.

    Medida de la Herramienta

    Medida del Agujero

    036.0 pulg. 042.0 pulg. 355.0 pulg. 375.0 pulg.

    0.976 pulg.2 1.00 pulg.2 0.904 pulg.2 1.006 pulg.2

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    Algunas tcnicas en desarrollo en el MEQ Las figuras siguientes muestran operaciones en desarrollo, aplicadas fundamentalmente a materiales extremadamente duros que con las tcnicas usuales de corte de materiales son muy difciles de realizar. Debemos hacer notar que adems de las ventajas enunciadas, este mtodo, no somete el material a esfuerzos (trmicos ni mecnicos) que pudieran modificar la estructura molecular ntima, lo que lo hace un mtodo muy idneo para el seccionamiento de probetas para ensayos. Figura 18

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    Comparacin de las Caractersticas entre Electroerosin y Electroqumico ELECTROEROSIN ELECTROQUIMICO

    Aplicaciones Tpicas

    Maquinado de:

    1) Matrices (estampado, forjado, inyeccin). 2) Herramientas de carburo. 3) Metales exticos. 4) Obtencin de piezas libres de rebabas5) Agujeros y cavidades de perfiles diversos. 6) agujeros profundos de pequeos dimetros. 7) Materiales duros y resistentes 8) Cortes muy angostos (0.002 a 0.012 pulg.).

    Maquinado de: 1) Piezas forjadas. 2) Ruedas de turbinas con alabes integrados. 3) Albes aerodinmicos. 5) Desbarbado de todo tipo de piezas. 6) Agujeros y cavidades de perfiles diversos. 7) Agujeros poco profundos. 8) Materiales duros y resistentes.

    Tolerancias

    Practica: "0005.0 Posible: "0001.0

    Practica: "002.0 Posible: "0005.0

    Superficie

    La terminacin depende de la velocidad de remocin: 0.010 pulg3/HR - 30 RMS 0.5 pulg3/HR - 200 RMS 0.3 pulg3/HR - 400 RMS Zona afectada por calor: 0.0001 a 0.0005 pulg.

    Entre 4- 50 RMS, puede ser obtenida. No hay efectos de temperatura ni rebabas. RMS: Radio Medio Superficial

    Velocidades de Remocin

    Aprox.: 0.00025 pulg.3/Amp./Min. Hasta 10 pulg.3/hora

    0.1 pulg.3/Min./1000Amp. 1 pulg.3/Min./1000Amp.

    Caractersticas De Maquinado

    El proceso produce conicidad, ngulos redondeados y diferencia (huelgo) entre cavidad y herramienta. Valores tpicos: Conicidad: 0.001 a 0.005 pulg./pulg. Radio de los ngulos: 0.001 a 0.2 pulg. Huelgo: 0.002 a 0.005 pulg. Relacin de desgaste de la herramienta Electrodo metlico 3/1 - Cobre Electrodo Carbn 5-50/1 - Grafito Temperatura: C8000 a C12000 Frecuencia: 500 a 1000 Hz Tensin: 20 a 200 volts Corriente: 25 a 400 Amp.

    El proceso no produce tensiones de maquinado. No hay desgaste de la herramienta. Se producen conicidades y ngulos redondeados. Temperatura: 100 a 120 F Tensin: 10 a 20 volts Corriente: 20000 Amp Presin: 300 psi (lb./pulg.2)

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    Para finalizar este resumen es necesario hacer notar que el proceso de maquinado Electroqumico es mas competitivo que los comerciales en tanto la irregularidad de los perfiles que se deben obtener aumenta (ver fig.19).

    Figura 19 Debemos decir que este proceso no es una panacea para todos los problemas del

    maquinado de metales; pero ha sido un gran avance en el campo de los maquinados de metales muy duros, tratados trmicamente y frgiles.