Usinagem EDM, Fresamento por Descarga Elétrica e Retificação

ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING (EDM), also referred to as SPARK-EROSION or ELECTRODISCHARGE MACHINING, SPARK ERODING, DIE SINKING_cc781905-5cde-3194-bb3b -136bad5cf58d_or WIRE EROSION, is a NON-CONVENTIONAL MANUFACTURING process where erosion of metals takes place and desired shape is obtained using electrical discharges in the form de faíscas. Também oferecemos algumas variedades de EDM, a saber NO-WEAR EDM, WIRE EDM (WEDM), EDM GRINDING (EDG), DIE-SINKING EDM, ELECTRICAL-DISCHARGE MILLING, micro-EDM, m-EDM_cc781905 -5cde-3194-bb3b-136bad5cf58d_and MOAGEM DE DESCARGA ELETROQUÍMICA (ECDG). Nossos sistemas EDM consistem em ferramentas/eletrodos moldados e a peça de trabalho conectada a fontes de alimentação CC e inserida em um fluido dielétrico eletricamente não condutor. Após 1940, a usinagem por descarga elétrica tornou-se uma das tecnologias de produção mais importantes e populares nas indústrias de manufatura.

 

Quando a distância entre os dois eletrodos é reduzida, a intensidade do campo elétrico no volume entre os eletrodos torna-se maior que a força do dielétrico em alguns pontos, que se rompe, eventualmente formando uma ponte para que a corrente flua entre os dois eletrodos. Um arco elétrico intenso é gerado, causando aquecimento significativo para derreter uma parte da peça de trabalho e parte do material da ferramenta. Como resultado, o material é removido de ambos os eletrodos. Ao mesmo tempo, o fluido dielétrico é aquecido rapidamente, resultando na evaporação do fluido no arco. Uma vez que o fluxo de corrente para ou é interrompido, o calor é removido da bolha de gás pelo fluido dielétrico circundante e a bolha cavita (colapsa). A onda de choque criada pelo colapso da bolha e o fluxo de fluido dielétrico liberam os detritos da superfície da peça de trabalho e arrastam qualquer material da peça derretida para o fluido dielétrico. A taxa de repetição dessas descargas está entre 50 a 500 kHz, tensões entre 50 a 380 V e correntes entre 0,1 e 500 Amperes. Novo dielétrico líquido, como óleos minerais, querosene ou água destilada e deionizada, geralmente é transportado para o volume entre eletrodos, levando as partículas sólidas (na forma de detritos) e as propriedades isolantes do dielétrico são restauradas. Após um fluxo de corrente, a diferença de potencial entre os dois eletrodos é restaurada ao que era antes da ruptura, de modo que uma nova ruptura dielétrica do líquido pode ocorrer. Nossas modernas máquinas de descarga elétrica (EDM) oferecem movimentos controlados numericamente e são equipadas com bombas e sistemas de filtragem para os fluidos dielétricos.

 

A usinagem por descarga elétrica (EDM) é um método de usinagem usado principalmente para metais duros ou aqueles que seriam muito difíceis de usinar com técnicas convencionais. EDM normalmente trabalha com qualquer material que seja condutor elétrico, embora métodos para usinagem de cerâmicas isolantes com EDM também tenham sido propostos. O ponto de fusão e o calor latente de fusão são propriedades que determinam o volume de metal removido por descarga. Quanto mais altos esses valores, mais lenta será a taxa de remoção de material. Como o processo de usinagem por descarga elétrica não envolve nenhuma energia mecânica, a dureza, resistência e tenacidade da peça de trabalho não afetam a taxa de remoção. Frequência de descarga ou energia por descarga, a tensão e a corrente são variadas para controlar as taxas de remoção de material. A taxa de remoção de material e a rugosidade da superfície aumentam com o aumento da densidade de corrente e a diminuição da frequência de faísca. Podemos cortar contornos intrincados ou cavidades em aço pré-endurecido usando EDM sem a necessidade de tratamento térmico para amolecê-los e reendurecê-los. Podemos usar este método com qualquer metal ou ligas metálicas como titânio, hastelloy, kovar e inconel. As aplicações do processo de EDM incluem a modelagem de ferramentas diamantadas policristalinas. A EDM é considerada um método de usinagem não tradicional ou não convencional, juntamente com processos como usinagem eletroquímica (ECM), corte a jato de água (WJ, AWJ), corte a laser. Por outro lado, os métodos convencionais de usinagem incluem torneamento, fresamento, retificação, furação e outros processos cujo mecanismo de remoção de material é essencialmente baseado em forças mecânicas. Os eletrodos para usinagem por descarga elétrica (EDM) são feitos de grafite, latão, cobre e liga de cobre-tungstênio. Diâmetros de eletrodos de até 0,1 mm são possíveis. Como o desgaste da ferramenta é um fenômeno indesejado que afeta negativamente a precisão dimensional na EDM, aproveitamos um processo chamado NO-WEAR EDM, invertendo a polaridade e usando ferramentas de cobre para minimizar o desgaste da ferramenta.

 

Idealmente falando, a usinagem por descarga elétrica (EDM) pode ser considerada uma série de quebra e restauração do líquido dielétrico entre os eletrodos. Na realidade, porém, a remoção dos detritos da área inter-eletrodos é quase sempre parcial. Isso faz com que as propriedades elétricas do dielétrico na área intereletrodos sejam diferentes de seus valores nominais e variem com o tempo. A distância entre eletrodos, (spark-gap), é ajustada pelos algoritmos de controle da máquina específica usada. Infelizmente, o centelhador no EDM pode, às vezes, ser curto-circuitado pelos detritos. O sistema de controle do eletrodo pode não reagir com rapidez suficiente para evitar que os dois eletrodos (ferramenta e peça) entrem em curto-circuito. Este curto-circuito indesejado contribui para a remoção de material de forma diferente do caso ideal. Damos grande importância à ação de flushing para restaurar as propriedades isolantes do dielétrico para que a corrente sempre ocorra no ponto da área intereletrodo, minimizando assim a possibilidade de mudança indesejada de forma (dano) da ferramenta-eletrodo e peça de trabalho. Para obter uma geometria específica, a ferramenta EDM é guiada ao longo do caminho desejado muito próximo da peça sem tocá-la. Prestamos a máxima atenção ao desempenho do controle de movimento em uso. Desta forma, ocorre um grande número de descargas/faíscas de corrente, e cada uma contribui para a remoção de material tanto da ferramenta quanto da peça, onde são formadas pequenas crateras. O tamanho das crateras é uma função dos parâmetros tecnológicos definidos para o trabalho específico em mãos e as dimensões podem variar de nanoescala (como no caso de operações de micro-EDM) a algumas centenas de micrômetros em condições de desbaste. Essas pequenas crateras na ferramenta causam erosão gradual do eletrodo chamada “desgaste da ferramenta”. Para neutralizar o efeito prejudicial do desgaste na geometria da peça, substituímos continuamente o eletrodo da ferramenta durante uma operação de usinagem. Às vezes, conseguimos isso usando um fio substituído continuamente como eletrodo (esse processo de EDM também é chamado WIRE EDM ). Às vezes, usamos a ferramenta-eletrodo de tal forma que apenas uma pequena parte dele está realmente engajada no processo de usinagem e essa parte é trocada regularmente. Este é, por exemplo, o caso quando se utiliza um disco rotativo como eletrodo-ferramenta. Este processo é chamado EDM MOAGEM. Ainda outra técnica que implantamos consiste em usar um conjunto de eletrodos com diferentes tamanhos e formas durante a mesma operação de EDM para compensar o desgaste. Chamamos essa técnica de eletrodos múltiplos e é mais comumente usada quando o eletrodo da ferramenta replica em negativo a forma desejada e avança em direção à peça em uma única direção, geralmente na direção vertical (ou seja, eixo z). Isso se assemelha ao afundamento da ferramenta no líquido dielétrico no qual a peça de trabalho está imersa e, portanto, é referido como DIE-SINKING EDM (às vezes chamado_cc781905-5cde- 3194-bb3b-136bad5cf58d_CONVENTIONAL EDM or RAM EDM). As máquinas para esta operação são chamadas SINKER EDM. Os eletrodos para este tipo de eletroerosão têm formas complexas. Se a geometria final for obtida usando um eletrodo geralmente de formato simples movido ao longo de várias direções e também sujeito a rotações, chamamos it EDM MILLING. A quantidade de desgaste é estritamente dependente dos parâmetros tecnológicos utilizados na operação (polaridade, corrente máxima, tensão de circuito aberto). Por exemplo, in micro-EDM, também conhecido como m-EDM, esses parâmetros geralmente são definidos em valores que geram desgaste severo. Portanto, o desgaste é um grande problema nessa área que minimizamos usando nosso know-how acumulado. Por exemplo, para minimizar o desgaste dos eletrodos de grafite, um gerador digital, controlável em milissegundos, inverte a polaridade à medida que a eletroerosão ocorre. Isso resulta em um efeito semelhante à galvanoplastia que deposita continuamente o grafite erodido de volta ao eletrodo. Em outro método, o chamado circuito ''Zero Wear'', minimizamos a frequência com que a descarga começa e para, mantendo-a ligada pelo maior tempo possível. A taxa de remoção de material na usinagem por descarga elétrica pode ser estimada a partir de:

 

MRR = 4 x 10 exp(4) x I x Tw exp (-1,23)

 

Aqui MRR está em mm3/min, I é a corrente em Amperes, Tw é o ponto de fusão da peça em K-273.15K. O exp significa expoente.

 

Por outro lado, a taxa de desgaste Wt do eletrodo pode ser obtida a partir de:

 

Wt = (1,1 x 10exp(11)) x I x Ttexp(-2,38)

 

Aqui Wt está em mm3/min e Tt é o ponto de fusão do material do eletrodo em K-273.15K

 

Finalmente, a relação de desgaste da peça de trabalho para o eletrodo R pode ser obtida a partir de:

 

R = 2,25 x Trex(-2,38)

 

Aqui Tr é a razão dos pontos de fusão da peça de trabalho para o eletrodo.

 

 

 

SINKER EDM :

 

Sinker EDM, também conhecido como CAVITY TYPE EDM or VOLUME EDM, consiste em um eletrodo e uma peça de trabalho isolante líquido. O eletrodo e a peça de trabalho são conectados a uma fonte de alimentação. A fonte de alimentação gera um potencial elétrico entre os dois. À medida que o eletrodo se aproxima da peça de trabalho, ocorre a ruptura dielétrica no fluido, formando um canal de plasma e uma pequena faísca salta. As faíscas geralmente atingem uma de cada vez porque é altamente improvável que diferentes locais no espaço entre eletrodos tenham características elétricas locais idênticas que permitiriam que uma faísca ocorresse em todos esses locais simultaneamente. Centenas de milhares dessas faíscas acontecem em pontos aleatórios entre o eletrodo e a peça de trabalho por segundo. À medida que o metal de base é corroído e o centelhador aumenta, o eletrodo é abaixado automaticamente pela nossa máquina CNC para que o processo possa continuar ininterruptamente. Nossos equipamentos possuem ciclos de controle conhecidos como ''on time'' e ''off time''. A configuração de tempo determina a duração ou duração da faísca. Um tempo mais longo produz uma cavidade mais profunda para essa faísca e todas as faíscas subsequentes para esse ciclo, criando um acabamento mais áspero na peça de trabalho e vice-versa. O tempo desligado é o período de tempo que uma faísca é substituída por outra. Um tempo de desligamento mais longo permite que o fluido dielétrico passe por um bico para limpar os detritos erodidos, evitando assim um curto-circuito. Essas configurações são ajustadas em micro segundos.

 

 

 

WIRE EDM :

 

In WIRE ELECTRICAL DISCHARGE MACHINING (WEDM), also called WIRE-CUT EDM or WIRE CUTTING, we feed a fio de metal fino de fio único de latão através da peça de trabalho, que é submersa em um tanque de fluido dielétrico. Wire EDM é uma variação importante de EDM. Ocasionalmente, usamos EDM de corte de arame para cortar chapas de até 300 mm e para fazer punções, ferramentas e matrizes de metais duros que são difíceis de usinar com outros métodos de fabricação. Neste processo que se assemelha ao corte de contorno com uma serra de fita, o fio, que é constantemente alimentado de um carretel, é mantido entre as guias diamantadas superior e inferior. As guias controladas por CNC se movem no plano x–y e a guia superior também pode se mover independentemente no eixo z–u–v, dando origem à capacidade de cortar formas cônicas e de transição (como círculo na parte inferior e quadrado na o topo). A guia superior pode controlar os movimentos do eixo em x–y–u–v–i–j–k–l–. Isso permite que o WEDM corte formas muito complexas e delicadas. O corte médio de corte de nossos equipamentos que atinge o melhor custo econômico e tempo de usinagem é de 0,335 mm utilizando fio de latão, cobre ou tungstênio Ø 0,25. No entanto, as guias diamantadas superior e inferior do nosso equipamento CNC têm precisão de cerca de 0,004 mm e podem ter um caminho de corte ou kerf tão pequeno quanto 0,021 mm usando fio de Ø 0,02 mm. Então, cortes realmente estreitos são possíveis. A largura de corte é maior que a largura do fio porque a formação de faíscas ocorre das laterais do fio até a peça de trabalho, causando erosão. Este ''overcut'' é necessário, para muitas aplicações é previsível e, portanto, pode ser compensado (em micro-EDM, isso nem sempre é o caso). Os carretéis de fio são longos – um carretel de 8 kg de fio de 0,25 mm tem pouco mais de 19 quilômetros de comprimento. O diâmetro do fio pode ser tão pequeno quanto 20 micrômetros e a precisão da geometria está próxima de +/- 1 micrômetro. Geralmente usamos o fio apenas uma vez e o reciclamos porque é relativamente barato. Ele viaja a uma velocidade constante de 0,15 a 9m/min e um corte constante (ranhura) é mantido durante um corte. No processo de eletroerosão a fio, usamos água como fluido dielétrico, controlando sua resistividade e outras propriedades elétricas com filtros e unidades deionizadoras. A água limpa os detritos cortados para longe da zona de corte. A lavagem é um fator importante na determinação da taxa de alimentação máxima para uma determinada espessura de material e, portanto, a mantemos consistente. A velocidade de corte no fio EDM é indicada em termos da área da seção transversal cortada por unidade de tempo, como 18.000 mm2/h para aço ferramenta D2 de 50 mm de espessura. A velocidade de corte linear para este caso seria 18.000/50 = 360mm/h A taxa de remoção de material em fio EDM é:

 

MRR = Vf xhxb

 

Aqui MRR está em mm3/min, Vf é a taxa de alimentação do arame na peça de trabalho em mm/min, h é a espessura ou altura em mm e b é o kerf, que é:

 

b = dw + 2s

 

Aqui dw é o diâmetro do fio e s é a folga entre o fio e a peça de trabalho em mm.

 

Juntamente com tolerâncias mais apertadas, nossos modernos centros de usinagem de corte de fio EDM multi-eixos adicionaram recursos como multi-cabeças para cortar duas peças ao mesmo tempo, controles para evitar quebra de fio, recursos de auto-rosqueamento automático em caso de quebra de fio e estratégias de usinagem para otimizar a operação, capacidades de corte reto e angular.

 

O Wire-EDM nos oferece baixas tensões residuais, pois não requer altas forças de corte para remoção de material. Quando a energia/potência por pulso é relativamente baixa (como nas operações de acabamento), espera-se pouca mudança nas propriedades mecânicas de um material devido às baixas tensões residuais.

 

 

 

RETIFICAÇÃO DE DESCARGA ELÉTRICA (EDG) : Os rebolos não contêm abrasivos, são feitos de grafite ou latão. Faíscas repetitivas entre a roda giratória e a peça de trabalho removem o material das superfícies da peça. A taxa de remoção de material é:

 

MRR = K x I

 

Aqui MRR está em mm3/min, I é a corrente em Amperes e K é o fator de material da peça em mm3/A-min. Frequentemente usamos retificação por descarga elétrica para serrar fendas estreitas em componentes. Às vezes, combinamos o processo EDG (Electrical-Discharge Grinding) com o processo ECG (Electrochemical Grinding) onde o material é removido por ação química, as descargas elétricas da roda de grafite quebram o filme de óxido e são lavadas pelo eletrólito. O processo é chamado ELECTROCHEMICAL-DISCHARGE MOAGEM (ECDG). Embora o processo ECDG consuma relativamente mais energia, é um processo mais rápido que o EDG. Afiamos principalmente ferramentas de metal duro usando esta técnica.

 

 

 

Aplicações de Usinagem por Descarga Elétrica:

 

Produção de protótipos:

 

Utilizamos o processo EDM na fabricação de moldes, ferramentas e matrizes, bem como na fabricação de protótipos e peças de produção, especialmente para as indústrias aeroespacial, automobilística e eletrônica, nas quais as quantidades de produção são relativamente baixas. No Sinker EDM, um eletrodo de grafite, cobre tungstênio ou cobre puro é usinado na forma desejada (negativa) e alimentado na peça de trabalho na extremidade de um aríete vertical.

 

Fabricação de moldes de cunhagem:

 

Para a criação de matrizes para produção de joias e crachás pelo processo de cunhagem (estampagem), o mestre positivo pode ser feito de prata de lei, pois (com as configurações apropriadas da máquina) o mestre está significativamente erodido e é usado apenas uma vez. A matriz negativa resultante é então endurecida e usada em um martelo de queda para produzir planos estampados a partir de chapas recortadas de bronze, prata ou liga de ouro de baixa resistência. Para emblemas, esses planos podem ainda ser moldados em uma superfície curva por outra matriz. Este tipo de EDM é geralmente realizado submerso em um dielétrico à base de óleo. O objeto acabado pode ser ainda refinado por esmaltagem dura (vidro) ou macia (tinta) e/ou galvanizada com ouro puro ou níquel. Materiais mais macios, como prata, podem ser gravados à mão como um refinamento.

 

Perfuração de Pequenos Furos:

 

Em nossas máquinas EDM de corte de fio, usamos EDM de perfuração de furo pequeno para fazer um furo de passagem em uma peça de trabalho através do qual enfiar o fio para a operação de EDM de corte de fio. Cabeçotes EDM separados especificamente para perfuração de furos pequenos são montados em nossas máquinas de corte de arame que permitem que grandes chapas endurecidas tenham peças acabadas erodidas conforme necessário e sem pré-perfuração. Também usamos EDM de furos pequenos para perfurar fileiras de furos nas bordas das lâminas das turbinas usadas em motores a jato. O fluxo de gás através desses pequenos orifícios permite que os motores usem temperaturas mais altas do que seria possível. As ligas de cristal único de alta temperatura e muito duras de que essas lâminas são feitas tornam a usinagem convencional desses furos com alta proporção de aspecto extremamente difícil e até impossível. Outras áreas de aplicação para EDM de furos pequenos são a criação de orifícios microscópicos para componentes do sistema de combustível. Além dos cabeçotes EDM integrados, implantamos máquinas EDM autônomas de furação de pequenos furos com eixos x–y para usinar furos cegos ou passantes. A EDM faz furos com um longo eletrodo de tubo de latão ou cobre que gira em um mandril com um fluxo constante de água destilada ou deionizada fluindo através do eletrodo como agente de lavagem e dielétrico. Alguns EDMs de perfuração de furos pequenos são capazes de perfurar 100 mm de aço macio ou mesmo endurecido em menos de 10 segundos. Furos entre 0,3 mm e 6,1 mm podem ser obtidos nesta operação de perfuração.

 

Usinagem de desintegração de metal:

 

Também dispomos de máquinas EDM especiais para o propósito específico de remover ferramentas quebradas (brocas ou machos) de peças de trabalho. Este processo é chamado de ''usinagem de desintegração de metal''.

 

 

 

Vantagens e Desvantagens Usinagem por Descarga Elétrica:

 

As vantagens da EDM incluem usinagem de:

 

- Formas complexas que seriam difíceis de produzir com ferramentas de corte convencionais

 

- Material extremamente duro para tolerâncias muito próximas

 

- Peças de trabalho muito pequenas onde as ferramentas de corte convencionais podem danificar a peça por excesso de pressão da ferramenta de corte.

 

- Não há contato direto entre ferramenta e peça de trabalho. Portanto, seções delicadas e materiais fracos podem ser usinados sem qualquer distorção.

 

- Pode-se obter um bom acabamento superficial.

 

- Furos muito finos podem ser facilmente perfurados.

 

 

 

As desvantagens do EDM incluem:

 

- A lenta taxa de remoção de material.

 

- O tempo e custo adicionais usados para criar eletrodos para ram/sinker EDM.

 

- A reprodução de cantos vivos na peça de trabalho é difícil devido ao desgaste do eletrodo.

 

- O consumo de energia é alto.

 

- ''Sobrecorte'' é formado.

 

- Desgaste excessivo da ferramenta ocorre durante a usinagem.

 

- Materiais eletricamente não condutores só podem ser usinados com configuração específica do processo.