Mecanizado por electroerosión de hilo

El mecanizado por electroerosión por hilo es una técnica electrotérmica contemporánea no convencional que emplea chispas eléctricas para erosionar material de un material objetivo (material de trabajo). Puede cortar para dar forma a prototipos de diseño intrincado y también se emplea para cizallar piezas en grandes volúmenes con gran estabilidad dimensional. Con una máquina de electroerosión por hilo estándar se pueden moldear fácilmente pequeños contornos o microagujeros con un desgaste mínimo de la herramienta. Es un proceso más preciso y exacto que las técnicas convencionales de corte de metales. Una de sus principales características es que casi puede perforar cualquier material conductor y de alta resistencia y dar forma a geometrías complicadas sin ninguna fuerza mecánica. Esta entrada del blog pone de relieve el enorme potencial del mecanizado de corte por electroerosión por hilo, analizando sus aplicaciones, tipos y capacidades de corte.

Electroerosión por hilo: introducción al proceso

En la industria metalúrgica, el Mecanizado por Descarga Eléctrica de Alambre (EDM de Alambre) se presume como una técnica exacta y precisa que utiliza un alambre fino (electrodo) cargado eléctricamente para cizallar metales. El hilo discurre en un fluido dieléctrico que enfría el material y elimina también las partículas erosionadas.

El mecanizado por electroerosión por hilo no elimina el material mediante corte directo, sino que utiliza una descarga eléctrica para erosionarlo. En lugar de cortarlo, lo funde o vaporiza, lo que confiere a la herramienta una gran precisión y produce muy pocas virutas. Este proceso es beneficioso para fabricar piezas difíciles de mecanizar con técnicas convencionales si los materiales son conductores de la electricidad.

¿Cómo funciona la electroerosión por hilo?

El proceso de electroerosión por hilo es sencillo pero muy eficaz. Comienza con la inmersión de la pieza en un fluido dieléctrico y su colocación en un tornillo de banco. A continuación, se hace pasar un alambre fino con una carga eléctrica a través de la pieza. La pieza, al ser conductora, adquiere la carga opuesta a la del rodillo de carga.

Cuando el alambre se acerca a la pieza, se forma un arco eléctrico a través del hueco y esto provoca la generación de calor que funde o vaporiza una pequeña cantidad de metal. Estas chispas actúan como herramienta de corte y siguen afeitando la pieza hasta darle la forma deseada.

A lo largo de todo el proceso, se utiliza agua desionizada para regular el entorno de mecanizado y eliminar las partículas metálicas erosionadas por el proceso. Esta disposición permite conseguir un corte y un acabado muy finos y precisos de las piezas, especialmente cuando éstas son complejas y requieren un alto grado de precisión.

Piezas de máquinas de electroerosión por hilo

A continuación se enumeran las principales piezas de la máquina de electroerosión por hilo;

1. Herramientas CNC

La electroerosión por hilo se automatiza mediante herramientas CNC que regulan la secuencia de la trayectoria del hilo y el proceso de corte. Estas herramientas son muy importantes para la precisión y la eficacia de las operaciones, ya que su nivel de sofisticación determina el nivel de errores y el tiempo de mecanizado.

2. Fuente de alimentación

La fuente de alimentación suministra impulsos eléctricos tanto al electrodo de alambre como a la pieza de trabajo, que varían entre 100 V y 300 V. Controla la velocidad y la magnitud de estas cargas, que son cruciales para la eliminación de material.

3. Alambre

El hilo produce el potencial de descarga eléctrica haciendo de electrodo. Su diámetro, que suele variar entre 0,05 y 0,25 mm, se selecciona en función de la forma y el grosor del material de trabajo. Al elegir el alambre para el corte, hay que tener en cuenta la resistencia a la fractura, la resistencia al impacto, la conductividad, la temperatura de vaporización y la dureza.

Los tipos de cable más comunes son:

• Alambres de latón: Son famosos por su excelente conductividad y se fabrican a partir de cobre y zinc combinados en una proporción de 63% y 37%, respectivamente. El contenido de zinc aumenta la velocidad de corte, pero no debe ser superior a 40%, ya que provoca corrosión.
• Alambres recubiertos de zinc: Estos alambres tienen una capa de zinc puro u óxido de zinc que mejora la velocidad de mecanizado.
• Alambres recocidos por difusión: Estos alambres se producen mediante recocido por difusión y contienen más de 40% de zinc, lo que los hace ideales para la producción a gran escala y el corte a través de diferentes materiales.

4. Medio dieléctrico

El proceso de mecanizado por electroerosión por hilo se lleva a cabo en un depósito que contiene fluido dieléctrico, normalmente aceites o agua desionizada. Este medio también reduce la velocidad del proceso, evita la formación de una capa en el electrodo de hilo y proporciona un acabado superficial liso en la pieza.

5. Electrodos

En el mecanizado por electroerosión por hilo, la herramienta de hilo actúa como una carga positiva (cátodo), mientras que la pieza actúa como una carga negativa (ánodo) del circuito eléctrico. Un servomotor (controlador) crea una separación de 0,01 a 0,5 mm en el alambre para que no toque la pieza durante el corte, lo que es fundamental para la precisión y ayuda a evitar fracturas en la pieza prevista.

¿Qué tipos de materiales puede cortar una máquina de electroerosión por hilo?

El mecanizado por electroerosión por hilo es muy útil y puede cortar casi cualquier material conductor de la electricidad y producir geometrías y contornos complejos. A continuación se indican algunos materiales comunes que pueden cortarse eficazmente con una máquina de electroerosión por hilo

Aluminio

El aluminio es uno de los metales más versátiles que tiene una alta conductividad térmica y eléctrica. El mecanizado por electroerosión por hilo es naturalmente blando, lo que significa que durante el proceso de mecanizado pueden acumularse depósitos gomosos; sin embargo, la electroerosión por hilo puede gestionar este problema y lograr cortes exactos.

Titanio

El mecanizado por electroerosión por hilo es el más adecuado para el titanio porque es pegajoso y genera virutas largas. El proceso puede manejar estas propiedades con eficacia. El agua desionizada como medio dieléctrico ayuda a minimizar la producción de calor y facilita el proceso de corte.

Acero

La electroerosión por hilo es ventajosa para el acero, ya que es un metal resistente. Este proceso se utiliza a menudo en lugar de Mecanizado CNC para el acero debido a la capacidad de este último para gestionar la dureza del material. Sin embargo, el acero produce mucho calor, por lo que hay que tomar las precauciones necesarias al respecto.

Latón

Debido a su alta resistencia a la tracción, el latón es comparativamente fácil de cortar con electroerosión por hilo. Al ser relativamente blando, la velocidad de corte debe ser relativamente lenta para que el material no se deforme y afecte a la precisión del corte.

Grafito

El grafito es relativamente difícil de mecanizar con herramientas convencionales debido a su inherente naturaleza quebradiza y al problema de arranque de partículas. La electroerosión por hilo, con su electrodo de hilo afilado, puede mecanizar grafito con eficacia, proporcionando cortes limpios y precisos.

Estos materiales son algunos de los materiales conductores que pueden procesar las máquinas de electroerosión por hilo, lo que hace que esta tecnología sea aplicable en varias industrias que exigen alta precisión y diseños intrincados.

Diferencia entre el mecanizado por electroerosión por hilo y por electroerosión convencional

La electroerosión por hilo y la electroerosión convencional son dos tipos distintos de procesos de corte. La electroerosión por hilo y la electroerosión convencional funcionan según el mismo principio, pero su funcionamiento y usos son bastante diferentes. A continuación le explicamos en qué se diferencian:

Tipo de electrodo

Electroerosión por hilo: Como ya se ha comentado, utiliza un alambre de hebra fina que se calienta para que actúe como electrodo y que se desplaza para cortar la pieza o el producto de la forma y el tamaño requeridos.

EDM convencional: Utiliza electrodos fabricados con materiales muy conductores, como el grafito o el cobre, y pueden tener distintas geometrías. Estos electrodos se colocan en la pieza, produciendo así la imagen "negativa" de la forma de los electrodos.

Velocidad de mecanizado

Electroerosión por hilo: Está listo para empezar en cuanto se coloca el alambre, lo que lo hace más eficaz e ideal para proyectos con plazos ajustados.

EDM convencional: Los electrodos deben preformarse antes del proceso de mecanizado, lo que puede llevar mucho tiempo, vaya a mecanizado por descarga eléctrica para saber más.

Precisión

Electroerosión por hilo: Proporciona alta precisión; puede cortar tan fino como 0. 004 pulgadas. Esto la hace adecuada para cortar patrones y diseños intrincados en la tela.

EDM convencional: Aunque también se utiliza para cortes complejos, no puede ser tan precisa como la electroerosión por hilo, lo que la hace adecuada para cortes más sencillos y rígidos.

Ventajas y desventajas del mecanizado por electroerosión por hilo

Piezas prototipo de electroerosión por hilo

Pros

Precisión: Proporciona cortes inmaculados, lo que significa que se requiere poco o ningún procesamiento o acabado adicional.

• Formas complejas: El mecanizado CNC convencional puede ayudar a crear patrones intrincados que son difíciles de crear con las técnicas tradicionales.
• Piezas pequeñas: Adecuada para trabajar con piezas pequeñas y complejas de difícil manipulación.
• Materiales frágiles: Las máquinas de electroerosión por hilo CNC son aplicables a materiales que no pueden someterse a tensiones y que son difíciles de mecanizar mediante mecanizados de corte convencionales.
• Cortes limpios: No deja rebabas ni distorsiones, lo que significa que no es necesario el postprocesado.
• Corte continuo: Puede cortar sin detener la operación e incluso volver a cortar si el alambre se rompe.

Contras

Limitaciones materiales: Sólo es aplicable a materiales conductores de la electricidad.

Más lenta para materiales gruesos: No tan eficaz en materiales muy gruesos o rígidos como la electroerosión convencional.

Coste: Las máquinas de electroerosión por hilo pueden ser caras, sobre todo si se tiene en cuenta el coste inicial de las máquinas.

Mantenimiento: Necesita un mantenimiento frecuente para mantener su precisión y rapidez.

Conocer estas diferencias y las ventajas y desventajas de la electroerosión por hilo puede ayudar a los fabricantes a determinar qué técnica es más adecuada para el uso de su aplicación.

Aplicaciones del mecanizado por electroerosión por hilo

La electroerosión por hilo se utiliza en los sectores de automoción, aeronáutica y medicina, desde la producción de prototipos detallados hasta la fabricación de piezas en serie. He aquí un desglose de algunos sectores clave que utilizan esta tecnología de vanguardia:

Industria del automóvil:

En la industria del automóvil, donde las piezas suelen tener formas complejas y el material utilizado es bastante complicado, se utiliza la electroerosión por hilo. Este proceso no implica fuerza mecánica y es ideal para crear piezas como parachoques, salpicaderos, puertas y muchas otras con orificios y rebajes.

Industria médica:

En la industria médica, las máquinas de electroerosión son importantes para dar forma a intrincadas piezas prototipo que se utilizan de forma óptima en equipos como los de optometría y odontología. El proceso es especialmente eficaz cuando se utiliza en metales aptos para la producción de dispositivos médicos, ya que refuerza las estructuras de elementos como implantes dentales y piezas de jeringuillas al tiempo que añade diseños complejos.

Industria aeroespacial:

La electroerosión por hilo también desempeña un papel vital en la industria aeroespacial. Es el proceso adoptado para crear piezas aeroespaciales que deben tener tolerancias estrechas de hasta +/-0,005x y un acabado superficial liso. Trabaja mano a mano con el corte por chorro de agua para piezas que no pueden soportar el calor y la tensión de las herramientas de corte convencionales. Esta tecnología se utiliza desde hace mucho tiempo en la fabricación de piezas de motores, álabes de turbinas, componentes de trenes de aterrizaje y muchos otros.

Conclusión:

La electroerosión por hilo puede considerarse una de las tecnologías de corte más precisas y flexibles, muy apreciada en industrias que requieren formas complejas y gran precisión. La electroerosión por hilo es una técnica especialmente valiosa para el corte de prototipos y piezas intrincadas producidas en serie debido a su gran precisión y capacidad para cumplir tolerancias más estrictas.

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Preguntas frecuentes

P1: ¿Cuál es la precisión o el límite de tolerancia de la electroerosión por hilo en términos de dimensiones?

Normalmente la electroerosión por hilo es muy precisa, la electroerosión por hilo rápida puede hacer las tolerancias tan ajustadas como ±0. 1 milímetros. el proceso de electroerosión por hilo CNC puede cumplir la tolerancia de 0,05 mm.

Q2. ¿En qué se diferencia la electroerosión por hilo del corte por láser?

La electroerosión por hilo funciona mediante la erosión eléctrica de un hilo, mientras que el corte por láser utiliza un haz térmico de alta potencia para cortar los materiales, y la tolerancia también es diferente, la electroerosión por hilo será más precisa que el corte por láser.

Q4. ¿Por qué el agua desionizada es un ingrediente vital en la electroerosión por hilo?

La electroerosión por hilo utiliza agua desionizada como medio dieléctrico, ya que tiene un bajo contenido en carbono. También sirve como disipador térmico para garantizar que las temperaturas dieléctricas se mantienen a un nivel óptimo durante el proceso de mecanizado.