9.1.- Aplicación de la Tecnología

9.1.1.- Polaridad
9.1.2.- Niveles de intensidad y tiempo de impulso
9.1.3.- Elección del tipo de limpieza
9.1.4.- Recopilación de datos
9.1.5.- Diseño de los electrodos
9.1.6.- Dimensionamiento de los electrodos
9.1.7.- Cálculo del tiempo de erosión

9.1.- Aplicación de la Tecnología

    Todo proceso de mecanizado por Electroerosión se debe planificar en arreglo a los siguientes puntos:

1. Problema a resolver.- En primer lugar se debe saber perfectamente cuál es el problema a resolver, fijando las condiciones siguientes:
   - La rugosidad media o máxima con que debe quedar terminada la pieza.
   - El material de la pieza y su tratamiento.
   - El número de piezas a realizar.
   - La conicidad final con que se debe terminar el proceso.
   - La preparación de la pieza tanto antes de realizar los tratamientos térmicos como antes de realizar el proceso.
   Con todo ello se debe realizar un plano de la pieza acabada, perfectamente acotado, con las tolerancias y la rugosidad exigidas.

2. Regímenes de trabajo.- En segundo lugar se deben de determinar el número de regímenes de trabajo, que en general y dada la potencia de la máquina ONA - A 118 (que tomamos de ejemplo), deberán de ser como máximo dos: régimen de desbaste y régimen de acabado. Puede haber casos en los que sea suficiente un sólo régimen de mecanizado. Cuando son dos, las medidas de los electrodos para cada uno de dichos regímenes varían ligeramente en función de los datos de las tablas de Tecnología.
       Se debe de preveer que entre ambos regímenes no exista una excesiva diferencia de rugosidad. Se recomienda en principio que dicha diferencia expresada en números de rugosidad VDI no sea mayor de 8 a 12 Nr. Realmente se debería de hacer un estudio que comparase el coste del segundo electrodo con el coste total de la operación, de tal manera que se obtuviera un resultado acerca de saber si es más conveniente dos regímenes de trabajo (desbaste y acabado) o uno sólo, habiendo preparado previamente la pieza por medios mecánicos.
       Las curvas y tablas de Tecnología muestran la rugosidad de cada proceso, expresada como número de rugosidad según la norma VDI 3400, o la rugosidad total expresada en micras, y relacionada con la velocidad de mecanizado que se desea obtener.

3. Material del electrodo.- En tercer lugar se debe elegir el material de los electrodos. Como en general el material de la pieza de los ejercicios que se realizan a continuación es acero templado para matrices, el material de los electrodos se deberá elegir entre el cobre electrolítico (E-Cu) y grafito (C). Además para la mecanización del acero se puede utilizar el Cuprotugsteno, el Cuprografito, el acero y otros materiales según se ha visto en el capítulo 7.
       Normalmente se deberá de elegir de entre los dos primeros (Cu y Grafito), en función del precio, del rendimiento, del peso del electrodo y de la facilidad de mecanizado. Se debe de tener muy en cuenta el tipo de trabajo a realizar, pues es diferente la mecanización de un agujero pasante, en cuyo caso no es importante el desgaste y sí el arranque de material o la mecanización de un agujero ciego en el que se debe de reproducir perfectamente la forma del electrodo, en cuyo caso será importante obtener el mínimo desgaste posible, a expensas de un menor arranque.
       En general se deberá de elegir el material del electrodo comparando las curvas de tecnología, y viendo los arranques, los desgastes y la rugosidad de acabado.

4. Reglaje del generador.- En cuarto lugar se deben de determinar las variables de reglaje del generador por el orden siguiente:

9.1.1.- Polaridad

    Teniendo en cuenta el material de la pieza a erosionar y el material del electrodo, se elegirá la polaridad según la Tabla 9.1 adjunta.

    Se ha de tener en cuenta que en el mecanizado de acero con acero se debe ir cambiando periódicamente la polaridad con el fin de obtener el menor desgaste posible en el electrodo.

    También se debe de contar con que en la combinación acero para la pieza y grafito para el electrodo la tabla adjunta marca como polaridad la positiva. No obstante comparando las tablas B (Electrodo C + , pieza Acero -), con las tablas C (Electrodo C - , pieza Acero +), se pueden obtener las conclusiones siguientes:

1. En el caso de grafito (+) los desgastes son en general muy pequeños, mientras que los arranques son algo mayores que en el caso de electrodo de cobre positivo.

2. En el caso de electrodo de grafito (-) los arranques son mucho mayores que en el caso de grafito (+), pero los desgastes oscilan entre el 17 y 60 por 100. Así mismo las rugosidades son mayores en este segundo caso. Por ello este segundo régimen (grafito negativo) se utilizará solamente en el caso de que el desgaste no tenga la más mínima importancia, como puede ser el caso de un agujero pasante, dándole al electrodo mayor longitud que en otros casos. Sin embargo en el caso de querer obtener una buena reproducción de formas se debe de recurrir a la polaridad positiva.

9.1.2.- Niveles de intensidad y tiempo de impulso

    El nivel de intensidad y de excitación se debe de escoger teniendo en cuenta la superficie mínima marcada en las tablas de Tecnología para cada régimen. En los procesos de desbaste éste debe ser el único criterio a seguir. Por ello se debe de calcular en todos los casos la superficie frontal de erosión antes de elegir el régimen de intensidad y de excitación.
    En régimen de acabado se elegirá aquel reglaje que permita obtener la rugosidad deseada, marcada en el enunciado del problema, combinándolo con la superficie mínima exigida por las tablas.
    En cuanto al tiempo de impulso (ti) se debe de elegir al mismo tiempo que las variables anteriores, en función del rendimiento (arranque y desgaste) y de la rugosidad final requerida.

9.1.3.- Elección del tipo de limpieza

    Como hemos visto en el Capítulo 4, la limpieza se puede realizar de diferentes maneras. Las dos principales son las de presión o aspiración, y ambas formas se pueden realizar a través de la pieza o de la herramienta o electrodo. Además la máquina ONA - A 118 que vamos a usar en los ejercicios, dispone de un temporizador tal y como ya se ha descrito.
    Según sea la forma del electrodo y pieza, y según sea el tipo de trabajo a realizar (agujeros pasantes o ciegos), se elegirá uno de los cuatro tipos descritos, teniendo en cuenta además la conicidad que se desee obtener. No obstante es la experiencia en un tipo determinado de trabajo, la que suele aconsejar el tipo de limpieza. Se ha de tener en cuenta que la forma elegida influye en la preparación de la pieza y/o del electrodo.
    En cuanto a la presión del fluido dieléctrico se debe de regular de forma que la máquina funcione de forma estable, y es un parámetro que debe irse regulando según lo aconseje la máquina. No obstante las tablas de Tecnología dan valores indicativos sobre dicha presión.

9.1.4.- Recopilación de datos

    Una vez enunciado el trabajo a realizar, con la superficie a obtener, fijados los regímenes de mecanizado, materiales del electrodo, reglaje del generador y tipo de limpieza, se debe rellenar la ficha de mecanizado que a continuación se presenta, u otra que el operario idee para ello.
    Dicha ficha se debe rellenar completa extrayendo los datos necesarios de las Tablas de Tecnología. De esta manera se pueden tener recopilados dichos datos, lo que facilita los cálculos del dimensionamiento de electrodos y del tiempo que se va a emplear en la operación tanto en desbaste como en acabado. Además y si el espacio lo permite se puede realizar un plano de la pieza a mecanizar y otro del electrodo, con lo cual se tendrán en una sola hoja todos los datos manejados en un proceso determinado.

9.1.5.- Diseño de los electrodos

    Cuando los agujeros son pasantes y cilíndricos, los electrodos de desbaste y acabado pueden fabricarse o bien escalonados o bien independientes entre sí (Fig. 9.1 y Fig. 9.2).

Fig. 9.1  Electrodos de desbaste y acabado escalonado		Fig. 9.2  Electrodos de desbaste y acabado independientes entre si

    El caso de electrodos escalonados tiene las ventajas siguientes:

1. El centrado de ambos electrodos se realiza en una sola operación para ambos.

2. En caso de ser de cobre, se puede obtener por mecanizado convencional un electrodo de longitud L_D + L_A, y con las medidas del electrodo de acabado (a_A x b_A), y después reducir la medida de la parte de desbaste con ácido nítrico.
       Sin embargo, en caso de que ambos electrodos sean de grafito, dichas medidas se deberán obtener por mecanizado.

    Los posibles inconvenientes de los electrodos escalonados son:

1. No se pueden elegir dos materiales diferentes para las operaciones de desbaste y acabado.

2. La longitud del electrodo de desbaste ha de ser superior a la altura a mecanizar, lo que hace imposible el empleo de este tipo de electrodos en agujeros de mucha longitud.

9.1.6.- Dimensionamiento de los electrodos

    El dimensionamiento de los electrodos se hace de diferente manera si se trata del electrodo de desbaste o del de acabado.
    En caso de desbaste se utilizará el valor dado en la tabla como "MEDIDA MENOR POR LADO" (M.m.l.). Esta medida no tiene que ver con la suma Gap más Rugosidad total (g + Rt). La Medida Menor por Lado es un margen de seguridad para trabajos en malas condiciones de limpieza, desconocimiento de materiales, distinto voltaje en la red y fijaciones no muy precisas de los electrodos.
    La Fig. 9.3 da una idea muy precisa de lo que ocurre en un proceso de desbaste. De ella se deduce cómo se puede calcular la Medida del Electrodo de Desbaste (M.E_D).

Fig. 9.3  Proceso de desbaste

Medida electrodo desbaste: Medida nominal - 2 x Medida menor por lado en desbaste

M.E_D = M.N - 2 x M.m.l_D

    Se ha de tener en cuenta que tanto la medida menor por lado como el gap contornean totalmente la pieza tal y como aparece en la Fig. 9.4, que representa a un electrodo penetrando en una pieza, visto desde arriba.

Fig. 9.4

    En cuanto al cálculo de las medidas del electrodo de acabado pueden ocurrir dos casos:

1. Que se vaya a realizar una operación de pulido después del proceso de acabado, como puede ocurrir en el caso de algunos moldes.

2. Que la pieza se vaya a dejar acabada tal y como salga del proceso de erosión, como es el caso de las matrices de corte.

    El primero de los casos se halla representado en la Fig. 9.5.

Fig. 9.5  Proceso de acabado, con pulido posterior

    De ella se desprende:

Medida nominal: 2 Rtl + 2 gl + Medida electrodo de acabado (ME_A)

M.N = 2Rtl + 2gl + ME_A

Y por tanto la medida del electrodo será:

ME_A = M.N - 2 (Rtl + gl)

    Dado que en los gráficos y tablas de Tecnología aparecen la Rugosidad total lateral (Rtl) y el gap lateral (gl) o bien la suma de ambos, se tienen datos suficientes para el cálculo del electrodo.
    En el caso de que no haya pulido posterior la medida del electrodo de acabado se calculará:

ME_A = M.N - 2 Gap

    Se deduce que el electrodo de desbaste es menor que el de acabado.

9.1.7.- Cálculo del tiempo de erosión

1. Terminología a utilizar.

    Para el cálculo de los tiempos de erosión se empleará la siguiente terminología:

    h.-       Altura a mecanizar en orificios (mm).
    p.-       Perímetro mecanizado (mm).
    V_w.-    Arranque específico de material (mm³/min).
    S_d.-     Desarrollo de las superficies en cavidades tridimensionales o no.
    s_{V.-    Desgaste volumétrico relativo (tantos por 100).}
           s<sub>V = (Volumen arrancado del electrodo / Volumen arrancado de la pieza) x 100

    M.N.-  Medida nominal.
    b.-        Anchura de banda o corona en el proceso de acabado.
    tM.-      Tiempo total de mecanizado. Suma de los tiempos de desbaste y acabado si hay dos electrodos.</sub>

    Siempre que aparece el subíndice D se refiere a la operación de desbaste, y siempre que aparece el símbolo A se refiere a la operación de acabado.

2. Tipos de operaciones a realizar.

    Los tipos de orificios que se pueden realizar principalmente por el proceso de Electroerosión son cuatro:

1. Orificios cilíndricos pasantes.- Son aquellos en los que, además de pasar el electrodo de lado a lado de la pieza, el electrodo tiene la misma sección transversal a lo largo de toda su longitud (Fig. 9.6). En ellos la limpieza se realiza normalmente por presión o aspiración a través de la pieza por medio de un taladro previo a la erosión.

Fig. 9.6  Orificios pasantes cilíndricos

2. Orificios pasantes tridimensionales.- Son aquellos en los que la sección del electrodo no permanece constante (Fig. 9.7). En este caso la limpieza se realiza también normalmente a través de la pieza, bien por presión o por aspiración.

Fig. 9.7  Orificio pasante tridimensional

3. Cavidades cilíndricas ciegas.- Corresponden al caso a) pero sin que el agujero sea pasante. La limpieza se suele realizar por presión o aspiración a través del electrodo.

4. Cavidades ciegas tridimensionales.- Son aquellas del caso b) pero en las que un agujero no llega a ser pasante. La limpieza en este caso también se suele realizar a través del electrodo.

    En todos los casos, para el cálculo de tiempo de erosión tanto en desbaste como en acabado, es importante saber, tanto el volumen de la cavidad a realizar, como el desarrollo de la superficie lateral. Los cálculos son muy parecidos en todos ellos aunque existen ligeras diferencias que se observarán en los ejemplos.

3. Cálculo del tiempo de la operación de desbaste.

    Todo cálculo de tiempo de mecanizado en el proceso de Electroerosión es difícil de determinar, ya que los datos sobre arranque de material que dan las tablas de Tecnología no son totalmente exactos. Cada proceso de Electroerosión se da en condiciones distintas a otro y por ello los tiempos de dos operaciones idénticas no coinciden. Los datos de las tablas son medias de diversos casos realizados en laboratorio. No obstante la aproximación en la mayoría de los casos suele ser muy buena. Lo mismo ocurre con el desgaste y la rugosidad.
    El tiempo de mecanizado en desbaste se calcula mediante la fórmula:
           t_D (min) = V_D (mm³) / V_W (mm³/min)
    A su vez el volumen a arrancar en el caso de desbaste de agujero cilíndrico pasante o no, es:
            V_D (mm³) = S_D (mm²) x h (mm)
    Si la cavidad es tridimensional (pasante o no pasante) se debe de recurrir a fórmulas geométricas apropiadas.

4. Cálculo del tiempo de la operación de acabado.

1. Caso de orificios cilíndricos pasantes.

   Fig. 9.8

       Suponiendo una forma cualquiera (Fig. 9.8), la línea punteada corresponde a la que ha quedado en la pieza tras la operación de desbaste. La parte sombreada corresponde a la superficie frontal de erosión en acabado (S_A). En la Fig. 9.9 se ve ampliada y la forma de calcular la anchura (b) de la parte sombreada. Dicha anchura multiplicada por el perímetro de la pieza dará como resultado S_D.
       Se cumple
   
           Mml_D + (R_tA/2) = g_D + (R_tD/2) + b
   
           b = Mml_D - g_D - (R_tD - R_tA) / 2
   
   
   
   
   
   
   

   Fig. 9.9  Cálculo del proceso de acabado

       Se han considerado las líneas medias de acabado y desbaste. La parte entre ambas corresponde al material que se debe arrancar. Se ha de tener precaución y poner todos los números en mm.
   
       Superficie frontal
   
           S_A (mm²) = b (mm) x p (mm)
   
       Volumen a arrancar
   
           V_A (mm³) = S_A (mm²) x h (mm)
   
       Una vez calculado el volumen se procede como en la operación de desbaste.
   
       Tiempo de acabado
   
           t_A (min) = V_A (mm³) / V_W
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

2. Caso de cavidades cilíndricas no pasantes.

   Fig. 9.10  Cavidad cilíndrica no pasante

       El procedimiento es muy parecido al anterior. En la Fig. 9.10, el volumen a arrancar se halla rayado en cruz. El vacío que aparece es el que ha quedado en la operación de desbaste. V₁ representa el volumen a arrancar que se puede calcular de la misma forma que en el caso anterior. V₂ representa el volumen del fondo de la cavidad, que se debe de procurar que sea el mínimo posible. No obstante se ha de profundizar lo suficiente como para pulir la cavidad, o sea una cantidad mayor que la suma del gap y la rugosidad total del proceso de desbaste. Realizado el cálculo del volumen total se procede como en el caso a).
   
   
   

3. Caso de agujeros pasantes no cilíndricos.

   Fig. 9.11

       En este caso es importante conocer la superficie lateral del orificio o superficie desarrollada (S_d), que multiplicacada por la anchura (b), dará como resultado el volumen a mecanizar (Fig. 9.11).
   
   V_A (mm³) = S_d (mm²) x b (mm)
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

4. Caso de cavidades no cilíndricas.

   Fig. 9.12

       Para el cálculo de volumen a arrancar en el proceso de acabado se deben de sumar los volúmenes V₁ (caso c, agujeros pasantes no cilíndricos) y el volumen V₂ (caso b, cavidades cilíndricas no pasantes) (Fig. 9.12).

5. Consideraciones para el caso de cavidades y orificios no cilíndricos.

    En estos casos, al ser la sección frontal de erosión variable conforme avanza el proceso se pueden elegir varias formas de actuación. Se puede elegir uno solo o dos electrodos.
    En caso de elegir dos electrodos (uno para desbaste y otro para acabado), el régimen de desbaste se realizará cambiando de régimen, según la superficie de erosión que se vaya presentando en cada momento, para terminar con el régimen de mayor velocidad de arranque posible. En el régimen de acabado se elegirá aquel régimen que permita el estado superficial que se desea. Con el electrodo de desbaste se debe llegar hasta muy pocas décimas antes de llegar a la profundidad deseada.
    A veces se puede realizar el desbaste y el acabado en el mismo electrodo, dependiendo de la forma que tenga el electrodo. Para ello se comienza con un régimen determinado, se cambia a regímenes más fuertes conforme va aumentando la penetración y presentando más superficie frontal y al final se cambia al régimen de acabado. En este caso el electrodo se ha de dimensionar con las medidas de acabado.
    Otras veces (dependiendo siempre de la forma) se puede dimensionar el electrodo con las medidas de desbaste, incluyendo la medida menor por lado, y después realizar el acabado moviendo el carro de la máquina en ambos sentidos una cantidad que puede ser calculada.
    De todas formas en estos casos, de todo tipo de cavidades y agujeros pasantes no cilíndricos, lo que interesa es la reproducción más perfecta posible de la forma del electrodo. Por ello siempre se deberá de elegir regímenes con desgastes relativos mínimos, como pueden ser todos los marcados en las tablas con s_V < = 0,5 por 100.
    Otra nota a tener en cuenta es que en estos casos la limpieza se ha de hacer normalmente a través del electrodo. Ello da lugar a que se dificulte algo la operación y se obtenga un rendimiento menor que el marcado en las tablas.

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