Maquinado Electroquimico

7/16/2019 Maquinado Electroquimico

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Cátedra: Tecnología Mecánica

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Maquinado Electroquímico

El proceso

Manómetro

Servo-ControladoElectrodo

continuacorrienteFuente de

Dieléctrico

Depósito

Presiónde altaBomba

Filtro

frecuenciaControl de

Amperímetro

Voltímetro

herramienta

Pieza de trabajo

Bomba

Depósito

Intercambiadorde Calor Termómetro

Flujómetro

Figura 3

El maquinado electroquímico, difiere de otras técnicas de trabajos de metales, en quetanto la energía eléctrica como la química son los filos cortantes de la herramientaaplicados directamente en el maquinado de los metales. En este proceso, la energíaeléctrica se usa para obtener una reacción química la cual disuelve el metal de la piezade 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. Lasleyes de Faraday establecen básicamente que la cantidad de metal removido esdirectamente proporcional a la corriente que circula".Lo que sucede en el maquinado electroquímico es muy similar a lo que ocurre engalbanotecnia, 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 muycerca 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 deuna 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 soluciónelectrolítica es mantenida generalmente a una temperatura entre 100 y 120°F. La




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corriente que circula a través del electrolito debe tener un rango de variación grande(máquinas que usan hasta 20.000 Amperes y más son bastante comunes).Como esta corriente pasa de la pieza de trabajo a la herramienta, las partículas metálicasque se encuentran en la superficie de la pieza (iones) / son obligadas a ir en la solucióndebido a una reacción electroquímica.

Estas partículas son entonces arrastradas por el flujo de electrolito fuera de la cuba.

El Equipo.

Un sistema típico de proceso electroquímico, como el diagramado en la / Figura 4, puede comprenderse mejor cuando se divide el proceso en sus varios elementos y seestudian por separado.

Los componentes del sistema son:

1)-Máquina.

2)-Electrolito3)-Fuente de alimentación.4)-Electrodo o herramienta.5)-Pieza en elaboración.6)-Sistema de circulación del electrolito.7)-Aparato para la remoción de los sedimentos.

MáquinaLas mostradas en la figura 4 y 5 son máquinas típicas para procesos electroquímicos.

Figura 4 Figura 5

La figura 4, muestra un tipo de máquina cerrada, que ofrece óptima rigidez y, un muyeficiente contenedor del electrolito.Cada una de estas máquinas (y también todas las otras) poseen un mecanismo de avancesencillo, capaz de posicionar la pieza de trabajo o la herramienta, una hacia la otra a una

distancia constante ajustable preseleccionada.




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ElectrolitoEl electrolito es simplemente una solución acuosa que es capaz de conducir corrienteeléctrica. La solución más comúnmente usada es cloruro de sodio (sal de mesa común),

disuelta en agua.

Fuente de alimentación.Como ya lo mencionamos la cantidad de metal removido es proporcional a la corrientecirculante, por lo tanto los procesos de maquinado electroquímico requieren una fuentecapaz de otorgar una alta corriente directa.El voltaje es normalmente bajo, en el rango de los 10 a 20 volts. Las fuentesnormalmente convierten 220 ó 380 volts de bajo amperaje en corriente continua de bajovoltaje y alto amperaje.

Electrodo ó herramienta

Debe ser hecha de un material conductor y estará aislada de manera de mantener laconducción entre herramienta y pieza solo en aquellas partes en que se deba remover elmaterial. En algunos casos poseen un agujero central para permitir el acceso delelectrolito al proceso. La herramienta está conectada al negativo de la fuente dealimentación (cátodo).

Pieza en elaboración.La operación de maquinado debe llevarse a cabo en una pieza conductora deelectricidad la cual está conectada al positivo de la fuente de alimentación (ánodo).

Sistema de circulación del electrolito.Consiste en cañerías, recipientes, válvulas y bombas necesarias para dirigir y controlar el caudal del electrolito. Los componentes deberán soportar presiones del orden de las300 2lg/ pulb además todas las partes del sistema deben ser resistentes a la corrosión,teniendo en cuenta la agresividad del fluido.

Aparato para la remoción de sedimentos.El maquinado electroquímico causa la ionización del material extraído, el cual en una

posterior reacción produce un pesado sedimento o barro compuesto de hidróxidosinsolubles. Por cada 3lg pu de material removido se producen 100 3lg pu de sedimentos;el cual debe ser extraído del electrolito para que no obstruya su circulación, esta se hace

por diversas técnicas como, decantación filtrado o centrifugado.

Ventajas1)- 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 terminación superficial.5)-La pieza no está sometida a esfuerzos mecánicos ni térmicos.6)-En algunos materiales el maquinado electroquímico puede trabajar más rápido queotros métodos convencionales.7)-El proceso se puede automatizar fácilmente.




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Desbarbado Electroquímico

El Proceso

El principio básico es similar al de maquinado electroquímico. Se diferencia solamenteen que la pieza y la herramienta mantienen una posición fija una respecto de la otra.

Manómetro

S ervo-ControladoE lectrodo


Dieléctrico

Depósito

P resiónde altaBomba

F iltro

frecuenciaC ontrol de

Amperímetro

Voltímetro

herramienta

P ieza de trabajo

Figura 6

Un pequeño radio de acuerdo queda en el lugar donde se encontraba la rebaba. Laherramienta es posicionada cerca de la base de la rebaba. Es necesario que laorientación de la rebaba permita la colocación de la herramienta, de no ser así deberá ser convenientemente orientada.Es un método muy competitivo para este tipo de trabajo.

El EquipoEs esencialmente similar al del maquinado electroquímico, tal es así que se puede usar el mismo equipamiento, sin embargo si la única operación electroquímica fuese eldesbabado el equipo puede ser sensiblemente reducido.




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Rectificado electroquímico

El proceso

Manómetro


Depósito

Presiónde altaBomba

Filtro

frecuenciaControl de

Amperímetro

Voltímetro

Pieza de trabajo

RociadoElectrolitico

Herramienta

Figura 7

Es escencia1mente similar al maquinado e1ectroquímico, pero la aplicación esdiferente. Así como en el maquinado e1ectroquímico la herramienta nunca toca la pieza,en el rectificado e1ectroquímico la rueda toca la pieza. Tanto la muela como la piezaestán conectadas a una fuente de corrienteEl e1ectro1ito es rociado delante de la muela, cerca de la pieza de manera que la ruedalo arrastra a la zona de corte.La mayor parte (el 90% aproximadamente) del metal removido es por acción

e1ectroquímica, el resto es extraído por la acción abrasiva de la muela, lo que implicaque la presión sobre la pieza es mucho menor que en los métodos convencionales derectificado. Además se elimina el frecuente rectificado de la piedra.El rectificado electroquímico es mucho más conveniente y rápido 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 estemétodo el ideal para rectificar piezas frágiles que deben ser maquinadas libres deesfuerzos mecánicos y de calentamientos.El e1ectro1ito puede ser una solución de cloruro de sodio o de nitratos de sodio en agua.Esta es preferida en los casos en que rectificadoras convencionales han sido adaptadasal proceso e1ectroquímico. Es evidente que la muela debe ser capaz de conducir laelectricidad.




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A continuación daremos una visión mas profunda de los procesos Electroquímicos.

Principales características.

Ventajas:

1. La cantidad de metal removido por unidad de tiempo, no depende de las propiedades físicas del metal.2. El mecanizado se realiza libre de tensiones mecánicas.3. No existen altas temperaturas, el proceso se lleva a cabo entre 100 y 150ºF.4. No se producen rebabas.5. La terminación superficial es lo suficientemente buena para la mayoría de las

aplicaciones. La terminación superficial puede ser controlada mediante unaelección apropiada de la solución electrolítica.

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

voltaje, corriente, presión y temperatura del electrolito, las cuales pueden ser

fácilmente controladas y medidas.8. La tolerancia, precisión y repetibilidad, son suficientes para la mayoría de las

aplicaciones. Estas características dependen de las variables enunciadas en el punto anterior.

9. No se produce fragilización del metal por el hidrogeno presente como en otrastécnicas no convencionales.

Las principales desventajas son:

1. El diseño y construcción de la herramienta puede ser complicado y algo costoso2. Se consume una gran cantidad de energía eléctrica3. No se pueden obtener ángulos vivos inferiores4. La conexión eléctrica de la pieza en elaboración deben hacerse cuidadosamente,

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

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

corrosión por el electrolito.

Esta enumeración de características incluye solo las más significativas, tanto en ventajascomo en desventajas.

Capacidad para mantener la tolerancia del MEQ (Maquinado Electroquímico)

Bajo condiciones ideales, el M.E.Q., es capaz de mantener tolerancias de 0.01 pulg. Ymenores.La repetibilidad del M.E.Q es muy buena, en máquinas 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 yoperaciones.

OPERACIÓN MATERIAL TOLERANCIA TERMINACIONSUPERFICIAL

OBTENIDA RMSAleaciones de alta temperatura 003.0± 20

3046 002.0± 200

Aluminio, superaleaciones de acero 005.0± 16 a 60

Aleaciones de Níquel 5210, 4340 002.0± 65

MAQUINADODE CAVIDADES

4340 0015.0± 20 a 80

Aleaciones de alta temperatura 010.0± 20CORTES ENÁNGULOS 1020 010.0± 125

FORJADO DE

MATRICES

Fundición de acero 002.0± 10

TALADRADO Aluminio, superaleaciones de acero 005.0± 12 a 60

TALADRADOCONELECTRODO

Aluminio, superaleaciones de acero 001.0± 5 a 65

Capacidad de los M.E.Q para la terminación superficialLos M.E.Q, bajo ciertas condiciones pueden producir superficies tan finas alcanzandolas 5 micropulgadas. Esta se logra con la rotación 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 dela herramienta como pueden ser las superficies laterales de un agujero, varían de 50 a125 micropulgadas.Las mejores terminaciones superficiales se obtienen cuando se aplican altas velocidadesde corte, y por lo tanto altas densidades de corriente.En términos generales podemos decir que con los metales más duros se obtiene mayor

terminación superficial; por ejemplo: aleaciones de cobalto dan terminacionesespeculares, mientras que aleaciones e aluminio y cobre, dan terminaciones mate,aplicando en ambos casos la misma herramienta e iguales condiciones de corte.Las terminaciones óptimas se obtienen con un cuidadoso diseño de la herramienta,seleccionando la mayor velocidad de corte sin exceder el límite del electrolito, encuanto a la máxima densidad de corriente.

Cantidad de Metal Removido por Unidad de Tiempo en MEQ

Cuando la herramienta se acerca a la pieza en la elaboración, con el electrolitocirculando entre ambas, disminuye la resistencia del camino de la corriente entre ambas,

lo que produce un aumento de corriente. Esta disminución de la distancia entre pieza yherramienta 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 lade avance de la herramienta.Si la velocidad debe ser reducida, el avance de la herramienta debe ser retardado, lo queaumentará la distancia entre pieza y herramienta disminuyendo la densidad de corrientehasta que se alcance un nuevo equilibrio. Esta relación está definida gráficamente para

una combinación típica material electrolito, en la figura 9.

Figura 9

La tabla siguiente, muestra diferentes operaciones realizadas en varios metales y lavelocidad de penetración. Es de hacer notar que estas velocidades no sonuniversalmente aplicables para todos los casos y ellos varían de acuerdo a la toleranciarequerida y a las terminaciones superficiales, así como las terminaciones superficiales,así como dependen de las condiciones y tipo de máquina usada. La mejor regla paraestimar la velocidad de remoción es considerar que el MEQ, tiene la habilidad deremover 3lg1.0 pu de metal por cada 1000 Amp. Aplicados.

Velocidades de Penetración Típicas

Material Operación Velocidad de Penetración

Aluminio Agujero hexagonal 0.250” por minutoAluminio 7005 Corte de una cavidad frontal ancha. 0.100” por minuto

Udimet 600 Corte exterior perfilado. 0.235” por minuto

Titanio Perforación interna de refrigeraciónen alabes de turbina.

0.100” por minuto

Titanio Pequeños agujeros de 0.025” a0.050” de diámetro.

0.175”-0.225” por minuto

Acero AusteníticoForjado

Agujeros acanalados de 2.0” dediámetro.

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 característica del MEQ que tanto la terminación superficial y tolerancia mejoranaumentando la velocidad de remoción del metal. Consecuentemente el mas rápido

avance posible no solamente es el mas beneficioso, sino que produce la mejor calidad.En el caso de piezas grandes la velocidad de penetración estará limitada por lacapacidad de la máquina para proporcionar una densidad de corriente apropiada, perogeneralmente la limitación está por el electrolito.Una explicación de esta, es que el electrolito posee una función primaria que es la de

proveer el camino conductor entre la herramienta y la pieza.

Las reacciones químicas involucradas en la disolución del metal son complejas yalgunos de los resultados de estas reacciones interfieren con la función primaria delelectrolito. Podemos decir que el fluido deberá además cumplir una función secundariaque será la de evitar estas interferencias en la función primaria.

En orden de importancia estas funciones son:

1. Remover el hidrogeno gaseoso producido en la superficie del cátodo. Este gasno es conductor eléctrico y acumulado en burbujas produce una interferencialocal al pasaje de la corriente. El metal en esta zona no es removido y alacercarse la herramienta puede producir un arco perjudicial. Teóricamente estasáreas peligrosas ocurren cuando el volumen de hidrogeno excede el 40% delvolumen del electrolito disponible en la operación.

2. Extraer el calor producido por la energía producida en la operación. Si elvolumen de fluido no es el suficiente para extraerlo, es posible que el electrolitose evapore en determinadas zonas produciendo burbujas que causan las áreas

peligrosas del punto anterior.3. el fluido debe ser portador de los precipitados de oxido e hidróxidos, que son los

residuos del MEQ. Estos normalmente no interfieren con la conductibilidad, pero pueden reducir el espacio físico para la circulación del electrolito.

Descripción del proceso de remoción

La disolución de metales llevada a cabo en el mecanizado electroquímico, esta descripta por varias leyes físicas y químicas. Una de estas leyes dice que 1 Faraday (3.7 amp. /hs)

puede disolver un equivalente gramo de metal, siendo un equivalente gramo, el pesoatómico de este metal dividido en su valencia. El proceso será descripto, estudiando loque sucede en tres zonas distintas:

1. La capa exterior de la herramienta (cátodo)2. La capa exterior de la capa en trabajo (ánodo)3. La solución electrolítica

Sucede que en la superficie del ánodo los electrones son removidos por la circulación decorriente, y los enlaces moleculares de la estructura de esta superficie se rompen. Estosátomos ingresan a la solución como iones metálicos. Usando hierro, para un ejemplo,esta reacción se expresa mediante la siguiente ecuación:




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eF F e

O 2−−−−−− ++

Estos iones positivos se mueven a través del electrolito en dirección al cátodo debido ala oposición de cargas. Sin embargo apenas desprendidos del ánodo, estos iones se

combinan para formar un precipitado insoluble que es retirado por la circulación rápidadel electrolito. Simultáneamente en el cátodo los iones hidrogeno presentes por laionización producida por la adicción de sales al electrolito son atraídos por la superficiedel electrodo negativo para neutralizar su carga, produciéndose así hidrogeno atómicoque luego formará hidrogeno molecular, desprendiéndose en la zona del cátodo.

2 H H H

H e H

OO

O

−−−−−+

−−−−−++

La pérdida de grandes cantidades de iones de hidrogeno causa otra reacción en el cátodo

que da como resultado la formación de iones hidroxilos:

( ) 22 222 H OH eO H +−−−−−+−

Estos iones hidroxilos se combinan con el ión Fe en el seno de la solución electrolítica ,formando el precipitado de hidróxido de hierro.

( ) ( )22 OH F OH F ee +−−−−−+−++

Como dijimos anteriormente hay varias leyes físicas involucradas en el MEQ, las masaplicadas son la 1º y 2º ley de Faraday.

1º_ La masa de sustancia desprendida en una electrolisis es proporcional a la cantidadde corriente que circula.

2º_ La masa de sustancia desprendida es proporcional al equivalente químico del ión,esto es la masa atómica del ión dividida en su valencia.Vemos que el metal removido es función de la composición química del material de la

pieza y directamente proporcional a la corriente; luego aplicando estas leyes, el metalremovido en la unidad de tiempo “t” está expresado por la siguiente ecuación:

t densidad valencia

o pesoatómic

F

I V *

1** ⎟

⎠

⎞⎜⎝

⎛ ⎟ ⎠

⎞⎜⎝

⎛ =

donde:

I = corrienteF = Faraday expresado en Coulomb ( un Faraday = 96500 Coulomb)Peso Atómico expresado en gramosDensidad expresada en gramos/cm3

V = cm3 removidos por segundo




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Ley de ohm en MEQ

[ ]Volts E Donde

R I E

=

=

:

*

[ ]. Amp I =

[ ]Ohm R =

La variable que mas afecta a la remoción de material es la densidad de corriente, estágobernada en una gran medida por el espacio que debe recorrer entre pieza yherramienta, como ambas poseen una resistencia constante y como la diferencia de

potencial entre ambas también es constante, vemos que la variable que afecta realmentea la densidad de corriente, es la resistencia del espacio existente entre pieza yherramienta.

Examen profundo de la operación MEQ.

Figura 10

Figura 10Referente a la figura 10, examinaremos más profundamente lo que ocurre cuando segenera un agujero o perfil en la pieza en elaboración.Teniendo en cuenta lo dicho en el párrafo anterior, es de suponer que las velocidadesmáximas de penetración, estarán dadas para los mínimos espacios que se pudieranlograr entre pieza y herramienta, pues como en este caso la resistencia sería menor, ladensidad de corriente aumentaría.

En la práctica este incremento de densidad de corriente se ve perjudicado por l apariciónde mayor cantidad de hidrógeno gaseoso,( producto también de la mayor remoción dematerial ), el que disminuye la conductividad de la zona de trabajo, estableciéndose asíuna menor densidad de corriente. En definitiva podemos decir que cada operación deMEQ, posee una máxima velocidad de penetración particular, gobernada por una seriede variables.

Huelgo:

Sabemos que para producir un agujero de un determinado diámetro la herramienta quelo ejecutará, tendrá un diámetro menor que la perforación a producir, esta diferencia de




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diámetros se llama huelgo. Para el cálculo del huelgo se deberán tener en cuenta muchasvariables, entre ellas la experiencia. Existen tablas que recomiendan distintos huelgos

para determinadas operaciones, y bajo distintas condiciones de operación. Otro de loscaminos para controlar el huelgo es a través de la regulación del voltaje, del avance y dela velocidad del electrolito.

Otro factor para considerar es la razón por la cual no se pueden lograr ángulos rectos enel fondo de agujeros o cavidades, siempre debe ser redondeado, de manera de permitir una circulación 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 ángulo vivo el agujero producido tendrá susángulos redondeados con un radio igual al del huelgo.Otro de los problemas que pueden aparecer es la presencia de terminacionessuperficiales no uniformes o la aparición de ralladuras o estrías en las paredes lateralesdel agujero. Esto se debe a que el huelgo es mayor que la distancia entre la cabeza de laherramienta y la pieza; luego el electrolito introducido a presión por el agujero central

del electrodo encuentra en el huelgo una zona de mayor área que hace que se creencorrientes o venas fluidas hacia el exterior. Es debido a la presencia de estas venas quese producen ralladuras en concordancia con ellas.Hay algunos métodos para contrarrestar este efecto, como colocar cortinas deflectorasen el extremo del electrodo que restringen la descarga del electrolito en la cavidad, perotiene el inconveniente de que aumenta la presión necesaria de todo el sistema para unavelocidad fija de fluido.Otro método 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 rápidamente quela capacidad del electrolito para remover el material o cuando el electrolito mal filtradoarrastra partículas metálicas capaces de causar cortocircuito. Ambas situaciones sonindeseables y producen severos daños a la herramienta y/o a la pieza, es por esto que lainstalación debe tener un relé de cortado rápido.

Ataque Intergranular

Bajo ciertas condiciones puede ocurrir que en un proceso de MEQ aplicado a materiales

exóticos se presente el fenómeno de arranque intergranular.Esto significa una disminución 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 deiniciación de fractura.Una de las primeras variables del proceso para corregir este efecto es la composición delelectrolito; cambiando la sal disuelta es posible es posible mejorar la performance.Algunas veces la disminución de la temperatura y de la diferencia de potencial,disminuye el ataque.

Las variables del MEQ.

Las variables que estarán dentro de las opciones de control del operador en orden de suimportancia relativa son:




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1. Velocidad de avance2. Voltaje3. Concentración del electrolito ( conductividad )4. Temperatura del electrolito ( conductividad )

5. Presión del electrolito (velocidad en el extremo de la herramienta).Las cuatro primeras tienen efecto en la medida del espacio de equilibrio en el frente dela 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 evaluación de sus relaciones, respecto de la terminación superficialy las tolerancias.Observaciones prácticas han demostrado que variaciones lentas en alguna de estascuatro variables producen desviaciones dimensionales apreciables, en tanto variacionesrápidas, dan menos imperfecciones.

Figura 11

Desde luego estos cuatro parámetros están sujetos a pequeñas 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 bajasvelocidades de penetración el ancho de X produce desviaciones en el maquinado deaproximadamente 0.001 de pulg. Cuando la misma banda está aplicada a altasdensidades de corriente y altas velocidades de penetración, las desviaciones son delorden de la 0.00015 pulg. Esto verifica observaciones empíricas: que altas velocidadesde penetración dan mejor terminación superficial y tolerancia.Si mantenemos constante tres de los cuatro parámetros, los efectos que se producen por la variación del cuarto son:




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Velocidad de penetraciónUn gran avance disminuye la distancia entre pieza yherramienta, resultado: un mejoramiento de la terminaciónsuperficial y tolerancia; y viceversa.

VoltajeBajos voltajes disminuyen la distancia entre pieza yherramienta, resultado: un mejoramiento de la terminaciónsuperficial y tolerancia; y viceversa.

Concentración delElectrolito

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

Temperatura delElectrolito

Bajas temperaturas disminuyen la distancia entre pieza yherramienta, resultado: un mejoramiento de la terminaciónsuperficial y tolerancia.

Herramientas técnicas y Ejemplos

Como hemos explicado previamente, la herramienta para obtener perforacionescirculares se consiguen con facilidad en el comercio, sin embargo para comprender alguna de las técnicas aplicadas al diseño de herramientas hacemos una síntesis de su

evolución.

Figura 12

La figura anterior muestra el resultado de la aplicación de una herramienta en su formamas primitiva, es decir que es simplemente un tubo conductor de la electricidad; elresultado de su trabajo está viciado de do factores fundamentales. El primero de ellos esla 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 perforación que se está tallando, sinoque también 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

está expuesta al proceso es el extremo por donde comenzó la operación de maquinado.




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El segundo es la presencia de ralladuras debidas a la circulación no laminar delelectrolito, causada por los ángulos vivos en el extremo de la herramienta.

Figura 13 figura 14

El primero de los problemas fue resuelto mediante la adición en los costados de laherramienta como muestra la figura 13. Posteriormente se redondearon los bordes de laextremidad para uniformar el flujo del electrolito. (ver fig. 14).

Figura 15

Una mejora adicional, en cuanto a la circulación del electrolito, se logra con eldispositivo toroide, colocado en el extremo de la herramienta, como muestra la figura15; se nota fácilmente que al aumentar significativamente el huelgo, luego de superadoel labio de maquinado el fluido puede circular con mayor facilidad.




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Otra técnica de buen resultado es la de hacer circular el electrolito ingresando por elhuelgo y descargando por la herramienta, esta disposición produce excelenteterminación y un mínimo de conicidad, pero requiere utilajes especiales como muestrala figura 40, se debe hacer notar que no se puede aplicar este método con herramientasdescriptas en el punto anterior.

Materiales para herramientas y Aislación

Cualquier material conductor puede ser utilizado para herramientas, pero debido a la

naturaleza corrosiva del electrolito, la mayoría de las herramientas se construye conmateriales de tipo inoxidables, como acero inoxidable y bronce.

Otro de los factores a considerar en la selección del material son: maquinabilidad delmismo, conductividad térmica, rigidez y resistencia eléctrica. Examinándolos de a unola maquinabilidad es particularmente importante en aquellas herramientas que tengan

perfiles complejos, la conductividad térmica debe ser considerada pues es factible queen una mala operación se produzcan chispas o cercos, cuyo calor debe ser rápidamenteevacuado. La tabla que sigue muestra la relación de estas propiedades de los seismateriales de uso mas común, para herramientas.




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Propiedades de Materiales para Herramientas del MEQ

MaterialesPropiedades

Cobre Bronce AceroInoxidable

Titanio BerilioCobreBerylcoAleac.25

CobreTungsteno

ResistividadEléctrica

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

ConductividadTérmica

25 7.5 1 2.6 20 10

En cuanto a la aislación los materiales mas usados son: porcelana y vinilos, fenólicos,teflón, epoxi, etc.; estos son usualmente aplicados por spray o inmersión. De todos losmateriales nombrados el mas usado es el epoxi en aerosol.Otro factor a tener en cuenta en la aislación es aquel caso en que el frente del materialaislante enfrenta directamente al caudal a alta presión del electrolito (figura 40).

Otra de las consideraciones a tener en cuenta en el diseño de la herramienta es la detener en cuenta los esfuerzos causados por la presión del electrolito. En aquellos casosen que la herramienta es perfectamente circular, los efectos no son significativos, perocuando la configuración no es simétrica, las solicitaciones de una presióndesbalanceada, puede comprometer las zonas frágiles.En el caso de pequeños agujeros realizados con el MEQ el efecto de autocentrado por la

presión anteriormente descrito es la causa que permite obtener una gran precisión conherramientas muy finas. A continuación damos una serie de datos acerca de agujerosrealizados en condiciones normales y podemos observar que el huelgo esextremadamente pequeño.

Medida de la Herramienta Medida del Agujero

036.0φ pulg. 042.0φ pulg.

355.0φ pulg. 375.0φ pulg.

0.976 pulg.2 1.00 pulg.2

0.904 pulg.2

1.006 pulg.2




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Algunas técnicas en desarrollo en el MEQ

Las figuras siguientes muestran operaciones en desarrollo, aplicadas fundamentalmentea materiales extremadamente duros que con las técnicas usuales de corte de materiales

son muy difíciles de realizar. Debemos hacer notar que además de las ventajasenunciadas, este método, no somete el material a esfuerzos (térmicos ni mecánicos) que pudieran modificar la estructura molecular íntima, lo que lo hace un método muy idóneo para el seccionamiento de probetas para ensayos.

Figura 18




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Comparación de las Características entre Electroerosión y Electroquímico

ELECTROEROSIÓN ELECTROQUIMICO

AplicacionesTípicas

Maquinado de:

1) Matrices (estampado, forjado,inyección).2) Herramientas de carburo.3) Metales exóticos.4) Obtención de piezas libres de rebabas5) Agujeros y cavidades de perfilesdiversos.6) agujeros profundos de pequeñosdiámetros.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 alabesintegrados.3) Albes aerodinámicos.5) Desbarbado de todo tipo de piezas.6) Agujeros y cavidades de perfilesdiversos.7) Agujeros poco profundos.8) Materiales duros y resistentes.

ToleranciasPractica: "0005.0± Posible: "0001.0±

Practica: "002.0± Posible: "0005.0±

Superficie

La terminación depende de la velocidadde remoción:

0.010 pulg3/HR - 30 RMS0.5 pulg3/HR - 200 RMS0.3 pulg3/HR - 400 RMS

Zona afectada por calor: 0.0001 a0.0005 pulg.

Entre 4- 50 RMS, puede ser obtenida.

No hay efectos de temperatura ni rebabas.

RMS: Radio Medio Superficial

Velocidades deRemoción

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

0.1 pulg.3/Min./1000Amp. ó1 pulg.3/Min./1000Amp.

CaracterísticasDeMaquinado

El proceso produce conicidad, ángulosredondeados y diferencia (huelgo) entrecavidad y herramienta.Valores típicos:Conicidad: 0.001 a 0.005 pulg./pulg.Radio de los ángulos: 0.001 a 0.2 pulg.

Huelgo: 0.002 a 0.005 pulg.Relación de desgaste de la herramienta

Electrodo metálico 3/1 - Cobre

Electrodo Carbón 5-50/1 - Grafito

Temperatura: C º8000≅ a C º12000Frecuencia: 500 a 1000 HzTensión: 20 a 200 voltsCorriente: 25 a 400 Amp.

El proceso no produce tensiones demaquinado.

No hay desgaste de la herramienta.

Se producen conicidades y ángulos

redondeados.

Temperatura: 100 a 120 ºFTensión: 10 a 20 voltsCorriente: 20000 AmpPresión: 300≅ psi (lb./pulg.2)




Para finalizar este resumen es necesario hacer notar que el proceso de maquinadoElectroquímico es mas competitivo que los comerciales en tanto la irregularidad de los

perfiles que se deben obtener aumenta (ver fig.19).

Figura 19Debemos 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 demetales muy duros, tratados térmicamente y frágiles.

Maquinado Electroquimico

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