REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA

MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION UNIVERSITARIA

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA TERRITORIAL DEL ESTADO ARAGUA

“FEDERICO BRITO FIGUEROA” LA VICTORIA- ESTADO ARAGUA

Coordinación de Creación Intelectual y

Desarrollo Socio Productivo

PPRROOCCEESSOOSS EESSPPEECCIIAALLEESS MMEECCAANNIIZZAADDOOSS ((EEDDMM,,

UUSSMM,, LLBBMM))

Autor:

Luis Pérez C.I: 24.923.117

Asignatura:

Procesos de manufactura

La Victoria, Junio del 2015

Introducción

En los últimos años los procesos especiales de mecanizado han tenido una gran

participación en la industria por tratarse de procesos complejos, estas maquinas han sido de

mucha ayuda y han traídos grandes beneficios industriales pues su funcionamiento único

hace especial su necesidad.

Los procesos especiales de mecanizado como lo son la electroerosión, ultrasónico y

mediante un haz de rayo laser son unos de los procesos más utilizados en la industria a la

hora de realizar piezas de mediana y alta complejidad, presentando ventajas como, menor

tiempo de mecanizado, mayor productividad, mejor comportamiento con los materiales a

mecanizar, y automatización bridando mayor calidad.

La electroerosión

La electroerosión es un proceso de fabricación, conocido como mecanizado por

descarga eléctrica o EDM (por sus siglas en ingles electrical discharge machining).

La electroerosión es un método de arranque de material que se realiza por medio de

descargas eléctricas controladas que saltan en un medio dieléctrico, entre un electrodo y

una pieza. Consiste en la generación de un arco eléctrico entre una pieza y un electrodo en

un medio dieléctrico para arrancar partículas de la pieza hasta conseguir reproducir en ella

las formas del electrodo. Ambos pieza y electrodo deben ser conductores para que pueda

establecerse el arco eléctrico que provoque el arranque del material.

Figura (a)

Principios de mecanizados por electroerosión

Este proceso de mecanizado se distingue principalmente por dos de sus propiedades.

a) Dado que en este proceso el arranque de material no depende de las

características mecánicas del material al trabajar sino de sus características

térmicas y eléctricas, hay que destacar su gran capacidad para mecanizar aceros,

metales o aleaciones duras o refractarias, poco aptas para ser mecanizadas por

procedimientos convencionales de arranque de virutas. Ello permite el

mecanizado de aceros templados, y en general de materiales de baja

maquinabilidad siempre y cuando sean suficientemente conductores.

b) Otra propiedad fundamental es su propiedad fundamental es su gran capacidad

para realizar formas complejas, tanto pasantes como ciegas. Fabricando por

medios convencionales, u otros, el electrodo que suele ser de cobre o grafito

normalmente, se puede realizar la pieza, adaptándose en el mecanizado de esta a

la forma de aquel.

Evolución de las maquinas de mecanizado por electroerosión

Los inicios de la electroerosión podríamos remontarlos a 1770, cuando el sabio

inglés Priestley dejó ya constancia del efecto erosivo de las descargas eléctricas sobre

metales conductores de calor y electricidad. Pero fue en 1943, cuando el matrimonio ruso

B.R. y N.I. Lazarenko tuvieron la idea de explotar el efecto erosivo de las descargas

eléctricas y desarrollar un nuevo método de arranque de viruta sin contacto entre la pieza y

la herramienta, llamado electroerosión. Lazarenko fue el primero en crear un generador, por

medio de un circuito eléctrico muy sencillo. Por ello este primer generador lleva el nombre

de Circuito de Lazarenko. Posteriormente fue llamado Generador de Relajación.

Años 50: primeras máquinas industriales

El mundo industrial no se interesó por la electroerosión hasta 1950, época en que

aparecen las primeras máquinas que son utilizadas únicamente para la extracción de brocas

y machos rotos en el interior de las piezas, es decir para operaciones adicionales a las

realizadas por procedimientos convencionales que tenían poca importancia.

Modelo ONA WSM - 4,5 - Máquina de electroerosión con generador de tipo relajación (1956)

Figura (b)

Años 60: los nuevos generadores transistorizados

La evolución espectacular de la electroerosión se produce en los años 60, cuando se

desarrollan las primeras máquinas equipadas con generadores de impulsos totalmente

transistorizados. Ello fue debido a que este tipo de generadores ofrece grandes ventajas con

respecto a los de relajación, tales como son una mayor velocidad de mecanizado, un menor

desgaste volumétrico del electrodo y una mayor uniformidad en la rugosidad de acabado en

las piezas mecanizadas por este procedimiento. La electroerosión pasa a ser una tecnología

más eficaz y competitiva. Las aplicaciones de la electroerosión se diversifican y con ello es

cada vez mayor la demanda de máquinas de electroerosión.

Máquina de electroerosión por penetración ONA BA IRU, primera máquina de electroerosión ONA con generador transistorizado

(1967).

Figura (c)

Año 1974, ONA incorpora a sus máquinas un avanzado sistema de filtración para

aceites dieléctricos

En 1974 ONA presento en la feria BIMU de Milán la primera máquina de

electroerosión por penetración equipada con un sistema de filtrado de dieléctrico que

garantiza 10.000 horas de trabajo sin ningún costo de mantenimiento, con una calidad de

filtración de 1 mm. Esta nuevo solución supuso un gran avance respecto a los filtros

comúnmente utilizados en electroerosión que se basan en cartuchos filtrantes de papel que

han de ser sustituidos asiduamente y que aún hoy en día son utilizados por el resto de

fabricantes de máquinas de electroerosión.

Modelo de máquina de electroerosión por penetración ONA SEI con filtro ecológico de larga duración.

Figura (d)

1981: ONA fabrica el primer CNC en el mundo exclusivo para máquinas de

electroerosión

ONA potencia y multiplica las acciones del departamento de I+D, como resultado

de ello, ONA presenta en la feria mundial de máquina-herramienta (EMO) de este año, el

primer control numérico del mundo concebido exclusivamente para el mecanizado de

electroerosión por penetración (CNC POLISPARK).

Máquina de electroerosión por penetración ONA con generador ONA S2000 y CNC polispark.

Figura (e)

1985: ONA lanza una nueva gama de máquinas de electroerosión de grandes

dimensiones

En la feria mundial de Hannover de 1985, ONA lanza al mercado una nueva gama

de máquinas de electroerosión por penetración "tipo puente", con capacidad de carga en el

cabezal de electrodos de hasta 3000 kg de peso y piezas en la mesa de hasta 15000 kilos. La

nueva gama de máquinas viene a cubrir una demanda creciente de los moldistas, que ven la

necesidad de fabricar moldes cada vez de mayores dimensiones.

Máquina de electroerosión ONA tipo puente

Figura (f)

1995: Nueva gama de máquinas de electroerosión por penetración: ONA TECHNO

La nueva generación de máquinas de electroerosión ONA TECHNO suponen un

importante avance en la automatización del proceso productivo y en la obtención de

mayores niveles de precisión y calidad superficial. El Sistema Experto de Erosión integrado

en el generador de estas máquinas, controla todo el proceso de mecanizado de una pieza,

desde el desbaste hasta el acabado final, garantizando el máximo rendimiento del generador

en cada fase de trabajo. Las máquinas se han convertido en centros de erosionado capaces

de trabajar las 24 horas al día, o incluso durante todo un fin de semana, en modo de

operatoria desatendida, con la certeza de que su rendimiento es del cien por cien y la

calidad del resultado final excelente (hasta VDI=0).

Modelo ONA TECHNO C 400 con tanque abatible.

Figura (g)

Año 2002: ONA presenta en la 22 BIEMH su nueva familia de máquinas ONA CS -

HS

Sobre la base de los ampliamente experimentados modelos ONA TECHNO, ONA

presentó en la 22 BIEMH celebrada el pasado mes de marzo en Bilbao, su último avance

tecnológico en electroerosión por penetración: la nueva gama de máquinas ONA series CS

y HS.

La mejora del diseño mecánico y electrónico de las máquinas ONA CS y HS ha sido

orientada principalmente a obtener una importante mejora del rendimiento de la máquina,

especialmente en trabajos donde las condiciones de limpieza son muy difíciles. Ello es

posible gracias al desarrollo de una nueva tecnología de impulsos a alta velocidad. Esta

nueva tecnología se basa en una mayor rapidez de acción del cabezal y del control del

servomotor. La perfecta combinación de esta tecnología con el avanzado generador de la

máquina y el Sistema Experto de Erosión, supone una importante mejora en la reducción de

los tiempos de mecanizado de los trabajos con difíciles condiciones de limpieza,

aumentando incluso la precisión de los mismos.

El CNC de la familia de máquinas ONA CS y HS incorpora como principales novedades:

Tablas tecnológicas y estrategias especializadas para ranuras. Es posible realizar

ranuras de gran profundidad (superiores a 100 mm) con las máxima garantías de

calidad y precisión.

Tablas tecnológicas para superficies, específicamente desarrolladas para obtener

una rugosidad final excelente y homogénea en superficies grandes de trabajo.

Función "inyección submarina".

22 BIEMH su nueva familia de máquinas ONA CS – HS

Figura (h)

Composición de una máquina para mecanizado por electroerosión

Los componentes fundamentales de una maquina de electroerosión son los

nombrados a continuación:

Bancada o armazón, que sirve de base para los demás elementos.

La mesa de trabajo.

La unidad de filtrado, con el sistema de circulación de él liquido dieléctrico,

su filtrado, enfriado, etc.

El generador de impulso que puede estar incorporado en la bancada, pero

que comúnmente se halla en un armario aparte, y se sitúa al lado de la

maquina.

Una maquina de control numérico computarizado (CNC) que permite un

funcionamiento de automatización de gran nivel tecnológico, pero no todas

las maquinas de electroerosión cuentan con esta incorporación.

Armazón

El armazón constituye el esqueleto de la maquina. Aunque puede tener formas

diversas a estar concebido para servir de base de sujeción a todos los elementos y

dispositivos necesarios para todo el proceso de electroerosión, tales como los dedicados al

accionamiento del sistema porta electrodos, en las de penetración, al sistema de

movimiento y guiado del hilo, en las del hilo, y a la mesa de trabajo con el tanque de

dieléctrico por otra.

Estos dispositivos deben estar dispuesto de forma que sean fáciles de maniobrar,

maniobras como: el cambio de electrodos o la puesta a punto de la pieza en bruto a

mecanizar. En maquinas pequeñas normalmente, en la construcción del armazón se adopta

la forma de cuello de cisne.

La tendencia más moderna en maquinas de electroerosión a separar el generador de

los elementos mecánicos introduciendo aquel en un armario aparte. Esta tendencia está

justificada por el gran números de variantes que se pueden dar en los generadores para

alimentar una misma máquina, en el caso de la penetración y en la convivencia de alejar

del cuerpo de la maquina cualquier fuente de calor que pudiese producir distorsiones

mecánicas.

La mesa de trabajo

La mesa de trabajo es la unidad en la que se fija la pieza para su mecanización.

Según sea el concepto constructivo de la maquina, el sistema de coordenadas que

permite los desplazamientos relativos entre la pieza y el electrodo puede ser que sea este o

bien la mesa el elemento móvil.

Las maquinas de electroerosión se pueden considerar como semipunteadoras, lo que

indica que la precisión del recorrido del porta electrodos es de algunas micras en el total de

su carrera y la precisión de desplazamiento relativo entre la mesa y el electrodo es de orden

de 0,01mm. En carreras de unos 350 mm.

Envolviendo a la mesa de trabajo se halla el tanque de trabajo, que se llena de

líquido dieléctrico, y es donde se efectúa el mecanizado. El volumen de dicho tanque

depende del tamaño de la pieza y de la potencia del generador.

Unidad de filtrado

Esta unidad es la que se encarga de extraer el líquido dieléctrico los residuos del

material arrancado durante el proceso de electroerosión.

Además de los elementos necesarios para la función de filtrado, esta unidad incluye

los dispositivos necesarios para asegurar el envió del liquido hacia el tanque de trabajo y

poder ejecutar los diferentes tipos de limpieza de la zona de trabajo.

Control numérico computarizado (CNC)

La evolución tecnológica de la electrónica ha permitido que desde comienzos de la

década de los ochenta comenzase la incorporación de los controles numéricos a las

maquinas de mecanizado por electroerosión.

De este modo, en el plazo de 20 años, prácticamente la totalidad de las maquinas de

electroerosión ya iban equipadas con unidades de CNC, que permitían la fabricación de una

muy variada gama de funciones, las cuales en unión con la programabilidad de los

regímenes de potencia de los generadores, el control del estado de potencia de los

generadores, el control de estado de proceso y los sistemas automáticos de intercambio de

electrodos y piezas, han supuesto desde entonces, un muy elevado grado de automatización

pudiendo trabajar sin necesidad de ser supervisado durante largos periodos de tiempo.

El generador

El generador es uno de los elementos más fundamentales de las maquinas de

electroerosión. Con el paso del tiempo se ha ido desarrollando diversos tipos.

Principalmente se pueden distinguir dos grandes grupos:

Generadores de relajación.

Generadores de impulsos transistorizados.

La tensión de mantenimiento de las descargar cebadas es características de cada

pareja de metales electrodo-pieza y es independiente de la corriente de la descarga.

Así pues el generador que proporciona los impulsos o descargas erosivas tiene como

fundamento el proporcionar la tensión necesaria para el cebado o encendido de la descarga

así como para su mantenimiento.

Además tiene que limitar la corriente de las descargas así como imponer su duración

en el tiempo y la frecuencia de sucesión de las descargas.

Ejes de coordenadas de una maquina de electroerosión

Figura (i)

Proceso de la descarga

El mecanizado por electroerosión se efectúa por tanto mediante el salto de chispa

eléctrica entre dos electrodos sometidos a una determinada tensión eléctrica y sumergidos

ambos en un líquido aislante (liquido dieléctrico).

Proceso de descarga 1

Figura (j)

Al estar ambos electrodos en un medio dieléctrico o aislante la tensión que se

aplique a ambos ha de ser suficiente como para llegar a crear un campo eléctrico mayor que

la rigidez dieléctrica del líquido.

Proceso de la descarga 2

Figura (k)

Bajo la acción de este campo eléctrico, iones libres positivos y electrones se encontraran

acelerados creando un canal de descarga que se vuelve conductor, y es precisamente en este

punto donde salta la chispa. Ello provoca colisiones entre los iones (+) y los electrones (-).

Se forma entonces un canal de plasma.

Proceso de descarga 3

Figura (l)

Bajo el efecto de los choques se crean altas temperaturas en ambos polos y alrededor del

canal del plasma se forma una bola de gas que empieza a crecer. Por otro lado las altas

temperaturas que se han dado en los dos polos, van fundiendo y vaporizando parte del

material de la pieza, mientras que el electrodo apenas si se desgasta muy ligeramente.

Proceso de descarga 4

Figura (m)

En esta situación (bola de gas grande y material fundido en ambos polos), se corta la

corriente eléctrica. El canal del plasma se derrumba y la chispa desaparece. El liquido

dieléctrico entonces rompe la bola de gas haciéndola implosionar (estallar hacia su centro).

Proceso de descarga 5

Figura (n)

Ello hace que se creen fuerzas que hacen salir el material fundido formando dos cráteres en

las superficies. El material fundido se solidifica y es arrastrado en forma de bolas por el

líquido dieléctrico, constituyendo lo que se puede llamar “viruta del proceso de

electroerosión”.

Proceso de descarga 6

Figura (ñ)

Generación del impulso de descarga

Generadores de relajación

El primer circuito generador de descargas eléctricas para la electroerosión, fue el

denominado “circuito lazarenko” que recibe el nombre por los investigadores que lo

desarrollaron.

El circuito lazarenko es de gran simplicidad y su elemento más característico es un

condensador que es alimentado por medio de una fuente de corriente a través de una

resistencia. Como en la figura (o)

Circuito del generador LAZARENKO

Figura (o)

El condensador está conectado en paralelo al electrodo y la pieza, de forma que

cuando la tensión en bornes del condensador supere a la tensión de disrupción del

dieléctrico, situado entre electrodo y pieza, éste se ionizará y la energía almacenada en el

condensador de descargará bruscamente por el canal de descarga abierto en el dieléctrico,

en la zona de erosión.

Pero este circuito tiene un inconveniente y es que el circuito de descarga del

condensador actúa como un circuito oscilante al comportarse el cable de dicho circuito

como una autoinducción. Figura (p)

Descargas del generador LAZARENKO

Figura (p)

Debido a esta oscilación, se produce una inversión periódica de la tensión y la

corriente hasta que la energía acumulada en el condensador se haya agotado.

Está claro que la duración de la descarga vendrá impuesta por el período de

oscilación, con lo que es evidente que la energía, la corriente y la duración de la descarga

están ligadas y no pueden ser independientemente variadas.

Además, dicha oscilación produce una inversión periódica de la polaridad durante la

descarga, lo cual impone una limitación en la elección de los materiales de los electrodos,

al tener que soportar alternativamente las dos polaridades.

Generador lazarenko (circuito real)

Figura (q)

Para poder aumentar las frecuencias de trabajo, se evolucionó añadiendo una bobina

de autoinducción tras la resistencia con lo cual el período de carga del condensador era

inferior.

Generador de relajación RCL (circuito)

Figura (r)

Pero esto traía consigo otro problema y es que parte de la energía del condensador

pasaba a la autoinducción, con lo cual la tensión en bornes del condensador variaba

continuamente y, en consecuencia, variaba la energía de las descargas, que es proporcional

al cuadrado de la tensión. Ver figura

Además, la variación de la energía de las descargas suponía grandes diferencias en

el estado de rugosidad de las piezas obtenidas y las variaciones de tensión suponían, a su

vez, continuas variaciones del gap.

Generador de relajación (descargas)

Figura (s)

Para evitar estos problemas se conectó en paralelo a la resistencia y a la bobina, un

diodo destinado a cortar las crestas de la tensión de carga a partir de un determinado valor,

lo cual permitía una constancia del gap y de la rugosidad.

Generador de relajación RCLD (circuito)

Figura (t)

Generador de relajación RCLD (descargas)

Figura (u)

Así pues, los circuitos de relajación presentan como ventajas la simplicidad, la

robustez y un campo relativamente extenso de energías de descarga.

Como inconvenientes hay que citar el elevado desgaste que afecta a los electrodos,

la interdependencia de parámetros como la corriente de la descarga, su duración y su

energía, y la limitación que implica para la elección de los materiales de los electrodos.

Generadores de impulsos transistorizados

En 1959 cuando se presenta en París el primer generador de impulsos

transistorizados, en el cual las variables como son el tiempo de impulso (ti), tiempo de

pausa (to) y la intensidad del impulso (if) pueden ser variados independientemente unos de

otros.

Se ha de saber claramente que estos generadores toman corriente de la red normal

alterna, trifásica a 220 ó 380 V, y la salida es un tren de impulsos consecutivos, en los que

se pueden variar independientemente las variables antes mencionadas. Dicha salida se

aplica directamente a los electrodos. Ver figura

Función conceptual de un generador

Figura (v)

La figura (w) muestra un impulso de tensión y otro de intensidad en un

proceso normal. Entre los dos polos (electrodo y pieza) se establece una tensión (Uo)

llamada tensión de vacío. Durante un tiempo muy corto (td), llamado tiempo de encendido,

que oscila entre 0,5 y 2 µs, se inicia la descarga a través del líquido dieléctrico.

Conceptos fundamentales de la descarga

Figura (x)

Entonces la tensión entre los polos baja mucho, hasta un valor Uf, llamado tensión

de descarga. Se crea entonces el impulso de intensidad que es de forma rectangular y de

duración tf.

En estos generadores, el electrodo es uno de los polos (normalmente el ánodo) y la

pieza el otro.

Tipos de generadores

Generadores isoenergeticos

Su funcionamiento se basa en la obtención de impulsos de energía constante tras el

total encendido de la descarga.

Presentan como característica principal la constancia de la rugosidad, derivada de la

igualdad de la energía de los impulsos.

Como inconveniente tiene que al producirse las descargas tras el encendido, sin

importar el tiempo que se emplee en conseguirlo, las pausas entre cada dos impulsos

pueden llegar a ser muy grandes, lo cual provoca, según la dependencia de principio,

desgastes superiores del electrodo.

Generador isoenergetico

Figura (y)

Además, al aumentar el tiempo de duración de las pausas disminuye la frecuencia,

con lo cual disminuye ligeramente la capacidad de arranque.

Generadores isofrecuenciales

Estos generadores se caracterizan por mantener una frecuencia constante de chispeo,

sin que la duración de las pausas vaya influenciada por el retardo del encendido de las

descargas.

a) Generadores isofrecuenciales de baja tensión de encendido.

Como generador isofrecuencial que es, presenta como característica principal la

constancia de la frecuencia de chispeo.

Generador isofrecuencial de baja tensión de encendido.

Figura (z)

b) Generadores isofrecuenciales de alta tensión de encendido.

Se les puede situar a medio camino de los dos casos anteriores pues goza de las

características de los isofrecuenciales, y además, gracias a la alta tensión de encendido, éste

será más rápido, con lo que se aproxima al trabajo de tipo isoenergético, y dada la alta

tensión de encendido, el gap es mayor, lo cual facilita el sistema de arrastre de las partículas

erosionadas.

Generador isofrecuencial de alta tensión de encendido.

Figura (A)

Corte de electroerosión por hilo

La diferencia básica entre el corte por electroerosión y la electroerosión por

penetración es que la forma del electrodo no influye directamente en la forma de la pieza a

obtener, ya que lo único que se pretende es el realizar un corte en la pieza y no obtener una

copia con la forma del electrodo.

Todo ello presupone, por tanto, que el costo del electrodo se reduzca

considerablemente al tener una forma característica que lo hace muy accesible ya que se

puede comprar en el mercado listo para la utilización.

En este tipo de electroerosión hay que destacar el caso en que el electrodo tiene

forma de hilo (electroerosión por hilo) que representa la práctica totalidad de las

aplicaciones.

En la electroerosión por hilo, un CNC controla el movimiento relativo entre el hilo y

pieza.

El hilo es de diámetro pequeño, normalmente de 0,25 o 0,3 mm., aunque los

diámetros pueden reducirse hasta valores de 0,025 mm. En aplicaciones de micromecánica.

En este tipo de electroerosión, el líquido dieléctrico habitualmente utilizado es el agua

desionizada, aunque también existe alguna máquina que funciona con aceite.

Corte por electroerosión

Figura (B)

Electroerosión por penetración o electrodo

Esta forma de electroerosión es la más universal. Se basa en el avance continuo, y

servocontrolado de un electrodo-herramienta que penetra en el electrodo-pieza en presencia

de un líquido dieléctrico.

Según la forma del electrodo y según la profundidad que se dé a las formas

erosionadas en la pieza, se podrán obtener tanto formas pasantes como formas ciegas de

geometrías complicadas.

Corte por electroerosión por electrodo

Figura (C)

Comparación del mecanizado por electroerosión con el mecanizado convencional

No hay desviación de medidas

Ausencia de esfuerzos de mecanizado (amarre sencillo)

Fácil mecanizado de materiales duros

Mecanizados fácil de orificios cuadrados

Reduce el tiempo de mecanizado

Realiza piezas con características complejas

Proceso de programación ejemplo

Ejemplo

Figura (D)

LOAD TECH ONA:S_AL25LT.TEC /* Se carga tabla de la tecnología para

aluminio e hilo de 0,25

ABS /* Se trabajará en coordenadas absolutas */

METR /* Se utiliza el sistema métrico */

TRAV X-5. Y10. /* Movimiento rápido al punto X-5 Y10 referido al cero pieza */

TECH THICK 50. CRIT 0 /* El mecanizado es de un espesor de 50 y se va ha hacer

un desbaste

AWF /* Se enhebra automáticamente el hilo */

INICUT /* Condiciones de corte iniciales */

INTL Y.875 /* Interpolación lineal al punto X igual Y0, 875 */

COMP LEFT /*Compensación del hilo a izquierdas */

COMP 0 /* Indica el valor por defecto de la compensación = radio del hilo + gap

para desbaste*/

INTL Y0. /*Interpolación lineal a Y0 */

INTL X-4.875

……… /* Aquí se han suprimido para no alargar el resto de las interpolaciones */

INTL X-3.875

COMP OFF /* Suprime la compensación */

WIRE CUT /* Corta el hilo */

TRAV X5. Y-90. /* Movimiento rápido en vacio */

TECH THICK 50. CRIT 0

AWF /* Enhebra otra vez */

INICUT

INTL Y-80.875

COMP LEFT

COMP 0

INTL Y-80.

……..

INTL Y0.

INTL X3.875

COMP OFF

WIRE CUT

END

Maquinado ultrasónico o rectificado por impacto ultrasónico

En el maquinado ultasonico (UM, de ultrasonic machining) se extrae material de

una superficie por microdesporrtillado y erosión por granos abrasivos finos en un lodo o

pulpa la punta de la herramienta (sonotrodo), vibra a una frecuencia de 20 kHz y baja

amplitud (0,0125 a 0,075 mm) esta vibración, a su vez imparte una gran velocidad a los

granos abrasivos entre la herramienta y la pieza.

a) Esquema del proceso de maquinado UM b) y c) tipos de piezas fabricadas con este proceso

Figura (E)

El maquinado ultrasónico se adapta mejor a materiales duros y frágiles,

como la cerámica, carburos, piedras preciosas y aceros endurecidos.

Descripción del proceso

El maquinado por ultrasonido USM este método remueve material de la

pieza dejando una forma específica en ella, esto ocurre cuando la herramienta vibra

a una baja amplitud (25-100 micras) y alta frecuencia (15-30 kHz), al penetrar la

pieza a altas frecuencias en un medio abrasivo bajo condiciones controladas, el

impacto de las partículas desarrolla una fuerza suficientemente concentrada para

realizar operaciones como corte de pequeños orificios, ranuras o patrones

intrincados en materiales metálicos y no metálicos muy duros o frágiles, y limpieza

general de componentes con superficies irregulares.

Características de las herramientas y piezas

La herramienta vibra a una baja amplitud de entre 25-50 micras pero hay

equipos que pueden vibrar hasta 100 micras y a una alta frecuencia de entre 15 y 30

kHz dependiendo de la aplicación pero lo más común es a 20 kHz, la velocidad de

los equipos de ultrasonido puede llegar a las 42,000 rpm. Por lo general los

herramentales se fabrican con acero, acero inoxidable 303 y molibdeno. La forma

de la herramienta es importante para optimizar la vibración y evitar que la

herramienta absorba energía. En cuanto a los materiales abrasivos se usan partículas

extremadamente duras como diamante, nitruro cubico de boro, carburo de boro,

carburo de silicio, y oxido de aluminio. Aunque el carburo de boro es el más usado.

La potencia de estos equipos fluctúa generalmente entre 200 y 2400 watts, la

potencia influye sobre el área máxima de la herramienta a utilizar y por

consecuencia en la cantidad de material removido.

Aplicaciones del proceso de mecanizado por ultrasonido

El mecanizado ultrasónico es apropiado para materiales blandos y

duros de todo tipo, metálicos, no metálicos, cerámicos o compuestos.

Se usa para producir perforaciones, cavidades y formas irregulares

cuya complejidad sólo está limitada por la variedad de formas

disponibles para las herramientas.

La razón de profundidad-diámetro es baja, generalmente de 3:1.

Dependiendo del abrasivo se pueden procesar materiales como el

carburo de tungsteno, cerámicas de alta densidad, duros compuestos

sinterizados, piedras preciosas, minerales, etc.

Mecanizado por ultrasonido rotatorio

Este sistema combina la vibración axial a altas frecuencias (20 kHz) con la rotación

a velocidades de alrededor de 5000 rpm. Esta combinación se usa para mejorar el

desempeño del taladrado, corte, fresado o roscado de materiales que muestran dificultades

en el mecanizado normal. A diferencia del mecanizado ultrasónico, en el RUM se usan

herramientas de diamante que tienen contacto directo con la pieza maquinada.

En cuanto al equipo usado, éste se parece bastante al del sistema USM, pero no requiere

ningún sistema de recirculación del líquido abrasivo. Existen equipos en una variada gama

de configuraciones y también se fabrican compactos equipos portátiles.

Ejemplo de roscado ultrasónico

Figura (F)

Aplicaciones

Actualmente las aplicaciones de este procedimiento están limitadas por el

tamaño de la herramienta. Ésta no puede ser muy grande ni muy pesada, ya que

debe tener una frecuencia natural de oscilación de aproximadamente 20 kHz. Al

aumentar el peso o tamaño, esta propiedad se ve afectada y la herramienta pierde su

capacidad oscilatoria.

En general materiales como el aluminio, compuestos de boro, cuarzo,

circonio, rubí, se pueden trabajar perfectamente con RUM. En especial los

materiales compuestos y los sinterizados encuentran una mejor forma de

mecanizado con este sistema, ya que generalmente se los maquinaba antes del

cocido, en que siempre se producen encogimientos que afectan la calidad

dimensional final de la pieza.

Se obtienen excelentes resultados en la perforación de agujeros profundos de

pequeño diámetro en materiales duros, verificándose aumentos en la velocidad de

corte y en las condiciones de operación en general.

El mecanizado ultrasónico rotatorio tiene importantes aplicaciones en

campos de alta tecnología, como por ejemplo electrónica, sistemas láser, materiales

para reactores nucleares, perforado de materiales compuestos para la aviación,

prototipos y modelos en materiales duros, etc.

Mecanizado por rayo láser (LBM)

El mecanizado por láser es un proceso no convencional que permite obtener

mecanizados de formas complejas y de pequeño tamaño.

Descripción del proceso

La tecnología del LBM (Laser Beam Machining) se basa en la generación de un

rayo láser de alta potencia que es dirigido contra la pieza mediante un sistema de espejos de

alta precisión.

En la zona de incidencia del rayo se consigue una elevada densidad de potencia que

produce la volatilización del material. El rayo láser erosiona el material en múltiples capas

obteniendo, de este modo, la geometría y profundidad requerida.

Esquema de la máquina de (LBM)

Figura (G)

El láser es una fuente de luz coherente de alta energía cuyo significado es

“Amplificación de Luz por Emisión de Radiación Estimulada”, que en inglés forman las

siglas LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation).

Mecanizado (LBM)

Figura H

Composición de la maquinaria

El sistema láser principalmente consta de tres componentes:

- Un medio activo, que en nuestro caso es un cristal de Nd:YAG.

- Un medio de excitación, que en nuestro caso es una lámpara.

- La óptica del resonador.

El sistema láser consta tambien de una lámpara de 6000 W que irradia una luz que

tiene como propiedades que es divergente, multicolor e incoherente. Dicha luz excita el

medio activo (cristal de Nd:YAG) produciendo un haz láser que, en comparación con la

bombilla, tiene propiedades direccionales, monocromáticas y coherentes, siendo su longitud

de onda l=1.064 micras, y una potencia media de 100W.

Este haz láser es reflejado al 100% por un espejo, y sólo parcialmente por otro

espejo. El haz láser que no es reflejado es el que se utiliza para procesar el material.

El sistema láser principalmente consta de tres componentes:

Un medio activo que en nuestro caso es un cristal de Nd: YAG.

Un medio de excitación que en nuestro caso es una lámpara.

La óptica del resonador.

Medio activo

Un Láser Nd-YAG (acrónimo del inglés neodymium-doped yttrium aluminium

garnet) es un dispositivo de emisión láser de estado sólido que posee óxido

de itrio y aluminio cristalino cuya red hace de anfitrión ya que está dopada

con neodimio que hace de huésped formando la especie (Nd:Y3Al5O12), una variedad

de granate, su emisión característica posee una longitud de onda de 1064 nanómetros, es

decir, emite en el infrarrojo. Los láseres Nd-YAG se encuentran entre los dispositivos láser

de cuatro niveles y poseen una alta empleabilidad, aplicándose en el tratamiento

oftalmológico de la o pacificación capsular tras cirugía de cataratas, en medicina estética o

en procesos industriales, como tratamientos de superficie y mecanizados. Dependiendo del

sistema de bombeo puede operar en continuo (lámparas de arco de tungsteno) o como láser

pulsado (lámparas de xenón )

Medio excitador

El medio excitador es una lámpara de 6000 W que irradia una luz que tiene como

propiedades que es divergente, multicolor e incoherente.

Medio resonador

Óptica del resonador.

Ventajas y aplicaciones

La gran ventaja de esta tecnología es la posibilidad de mecanizar casi todo tipo de

materiales independientemente de su dureza o maquinabilidad, desde aceros, aleaciones

termo resistente, cerámico hasta metal duro, silicio, etc.

Otra de las grandes ventajas de esta tecnología es que al ser una fuente de energía la

que incide sobre el material, no se producen desgastes, roturas ni colisiones de la

herramienta de corte, lo que supone una gran ventaja al proceso de arranque de viruta

tradicional.

Aplicaciones

- Mecanizado de figuras y piezas de pequeñas dimensiones, permitiendo obtener

esquinas vivas y agujeros de pequeño diámetro; es decir, formas geométricas que no es

posible o es muy costoso obtener mediante procesos convencionales.

- Creación de cavidades para aplicaciones tan diversas como moldes técnicos de

precisión, técnica médica, electrónica y moldes de semiconductores, micro tecnología,

construcción de prototipos.

- Creación de cavidades para moldes de micro inyección, micro postizos para la

matricería, grabados superficiales y profundos, y sustituir operaciones de electroerosión en

casos concretos.

BIBLIOGRAFIA

http://www.etitudela.com/profesores/jfcm/mipagina/downloads/electroerosiononamio.pdf

http://www4.tecnun.es/asignaturas/labfabricacion/LCSF/pdfs/Electroerosion.pdf

Manufactura, ingeniería y tecnología Serope kalpakjian y Steven R. Schmid

http://www.monografias.com/trabajos72/procesos-laser/procesos-

laser2.shtml#ixzz3e7ZhOrek

http://campus.fi.uba.ar/file.php/295/Clases_Teoricas/67.15_Unidad_12.pdf