Mecanizado por descarga eléctrica: construcción, aplicación, ventajas y desventajas

El mecanizado por descarga eléctrica, también llamado mecanizado por chispa, es un proceso muy diferente de la mayoría de los procesos de mecanizado convencionales como el torneado CNC y el fresado. En estos últimos procesos, se requieren herramientas de corte afiladas para poder sustraer material de la pieza que se mecaniza. A diferencia del torneado y el fresado, el proceso de EDM aprovecha la erosión del metal mediante una serie de descargas eléctricas.

Siga leyendo a continuación y aprenda más sobre los conceptos fundamentales que intervienen en la fabricación por EDM.

¿Cómo funciona el EDM?

El mecanizado por descarga eléctrica utiliza chispas eléctricas en la máquina de EDM para erosionar algunas partes de la pieza. Estas «chispas eléctricas» son en realidad arcos eléctricos formados entre dos conductores que transportan corriente colocados muy próximos entre sí. Los arcos eléctricos son los responsables de generar un calor extremo que hace que los materiales eléctricamente conductores se fundan y se evaporen. Dentro del sistema de un proceso de EDM, la pieza se conecta al terminal positivo o ánodo, mientras que la herramienta responsable de erosionar los materiales se conecta al terminal negativo o cátodo.

Construcción básica de un sistema de EDM

Para profundizar en el principio de funcionamiento, a continuación se presenta un desglose de la construcción básica de un sistema de mecanizado por descarga eléctrica (EDM).

1.   Generador de impulsos de CC

Este componente convierte la fuente de alimentación de CA en una fuente de CC pulsante lo suficientemente alta como para generar una chispa entre la herramienta erosionadora y la pieza.

2.   Herramienta electrodo

Esta parte del sistema se conecta al cátodo de la fuente de alimentación mientras se monta en un portaherramientas. El perfil de su herramienta será exactamente el mismo perfil que quede en su pieza. Durante el proceso, se mantiene un pequeñísimo espacio llamado espacio de arco (identificado por los ingenieros de fabricación) entre la herramienta electrodo y la pieza. Los materiales más comunes utilizados para los electrodos son el cobre, la aleación de tungsteno, el grafito, el acero y la fundición.

3.   Mecanismo de servomotor

Este mecanismo controla el avance y el movimiento de la herramienta en la máquina de EDM. El espacio de arco, mencionado anteriormente, se controla de forma crítica mediante un mecanismo de servomotor programado.

4.   Generador de chispas

Este componente suministra la cantidad correcta de voltaje necesaria para la generación de chispas y el mantenimiento de la descarga. La generación de cien mil chispas por segundo hace posible crear una sustracción significativa de material de la pieza.

5.   Fluido dieléctrico

Tanto la herramienta electrodo como la pieza están sumergidas en un fluido dieléctrico, a la vez que el fluido se suministra en el espacio entre la herramienta y la pieza. Además, el fluido dieléctrico debe configurarse para que circule a una presión constante con el fin de arrastrar las partes metálicas que se han erosionado de la pieza. Una presión de fluido excesiva puede hacer que las virutas metálicas se eliminen rápidamente, dando como resultado una acción de corte más lenta. Una presión de fluido demasiado débil podría provocar un cortocircuito en el sistema debido a las virutas no evacuadas durante el proceso de erosión.

Los fluidos dieléctricos más comunes utilizados en este proceso son el agua desionizada, el glicol y el aceite de silicona.

6.   Pieza

Esto completa el ecosistema de la máquina de EDM, porque la pieza se conecta al ánodo. Para que el proceso sea posible, la pieza debe ser un buen conductor eléctrico.

Tipos de procesos de EDM

El proceso de EDM se clasifica en distintos tipos según la forma y el enfoque de la herramienta utilizada. Los tres tipos comunes de descarga eléctrica en la industria incluyen el EDM de taladrado de orificios, el EDM por hilo y el EDM por penetración.

1.  EDM por hilo

Como su nombre indica, el corte por hilo EDM utiliza un hilo muy fino (de aleación de cobre o latón, generalmente con un grosor de entre 0,004 pulgadas y 0,0006 pulgadas) que se sujeta mediante guías de diamante para cortar con precisión una forma bidimensional sobre una pieza 3D. La trayectoria se controla mediante un programa CNC que permite cortar fácilmente formas complejas. El corte puede compararse con el avance de corte de una sierra de cinta y un cortador de queso. Este proceso se utiliza normalmente para cortar matrices de extrusión de metal, punzones y placas.

2.  EDM por penetración

También llamado EDM de ariete, este tipo de proceso de EDM utiliza electrodos de grafito o cobre formados en una forma inversa para cortar una cavidad en la pieza. La herramienta que se va a utilizar se mecaniza en una forma inversa de la forma deseada que se quiere dejar en la pieza.

El EDM por penetración lo hace perfecto para mecanizar moldes que se usarán para la fundición y el moldeo por inyección donde se necesitan formas de cavidad complejas.

3.  EDM de taladrado de orificios

En este tipo de proceso de EDM, la herramienta electrodo se utiliza para cortar orificios extremadamente finos y profundos que un taladro convencional puede no ser capaz de hacer. La herramienta para este proceso está diseñada de tal manera que el líquido dieléctrico se alimenta directamente a través del orificio, de ahí que sea un electrodo hueco. Dado que el EDM de taladrado de orificios no se realiza mediante el método de mecanizado convencional, no se forman rebabas en la pieza. El EDM de taladrado de orificios se utiliza para mecanizar diminutos orificios de alivio en diversos álabes de turbina, matrices y moldes.

¿Cuáles son las aplicaciones del mecanizado por EDM?

El mecanizado por EDM es altamente capaz de producir formas y geometrías intrincadas.

Por eso, en general, el mecanizado por descarga eléctrica se utiliza para aplicaciones de alta precisión donde el mecanizado convencional no es capaz. A continuación se presentan las aplicaciones más comunes del mecanizado por EDM:

Taladrado de orificios pequeños

Muchos fabricantes optan por utilizar el mecanizado por EDM para taladrar orificios extremadamente diminutos porque reduce el riesgo de tener herramientas desviadas y dañadas. Los orificios mecanizados por EDM pueden tener una estructura muy pequeña y se pueden ver en los bordes de los álabes de turbina, en orificios microscópicos para componentes del sistema de combustible y muchos más.

Fabricación de moldes y matrices

El mecanizado por EDM se utiliza a menudo como proceso complementario, además del mecanizado convencional, en la fabricación de moldes y matrices. Como se ha mencionado anteriormente, el tipo de corte por hilo se utiliza normalmente para formar los bloques en bruto de los moldes, el tipo de penetración puede usarse para formar formas complejas de las cavidades, y el taladrado de orificios puede usarse para crear orificios de alivio de presión.

Desintegración de componentes

La máquina de EDM también se utiliza para eliminar metales atascados dentro de una pieza que no pueden retirarse de ninguna manera ordinaria. Desintegrar los componentes atascados significa destruir o eliminar el material. Algunas circunstancias incluyen pernos cortados en orificios roscados, herramientas atascadas en una pieza mecanizada o un pasador atascado en una pieza muy valiosa. Al desintegrar los componentes, se puede eliminar el metal atascado sin causar daños a la pieza que se va a recuperar.

Componentes médicos

Los productos mecanizados por EDM no forman rebabas al fabricarse, por eso son perfectos para crear diversos componentes de implantes médicos.

Componentes aeroespaciales

Hay muchas características en una pieza aeroespacial que no pueden fabricarse con algunas herramientas de corte estándar, y ahí es donde entra el mecanizado por EDM. El mecanizado por EDM es capaz de producir características difíciles, ante todo, discos de rotor de turbina, ranuras finas, orificios de esquinas marcadas y requisitos de orificios profundos muy estrechos.

¿Por qué se prefiere el EDM?

Altamente capaz de mecanizar perfiles complejos

La libertad de corte del EDM está menos restringida que la de las operaciones de mecanizado convencionales. En este proceso, diversas características que son casi imposibles de lograr mediante el uso de fresas frontales y taladros pueden cortarse con facilidad. Estas características incluyen bolsas intrincadas, orificios finos y profundos, paredes delgadas y otras geometrías de forma irregular.

Alta exactitud

Las piezas mecanizadas con tecnología EDM pueden ser precisas hasta las tolerancias más pequeñas utilizadas en la industria de fabricación de metales. Esto es posible porque el ecosistema del mecanizado por EDM no introduce una alta tensión en la pieza ni tiene vibraciones agresivas. Aparte de esto, también puede realizarse un proceso de acabado fino (skimming) para aumentar su precisión y exactitud.

Acabado superficial sin rebabas

La pieza producida a partir del mecanizado por EDM sale sin rebabas debido a la naturaleza del proceso, en el que el metal erosionado de la pieza casi se desintegra en micropartículas que luego son arrastradas. Lo más importante es que  el corte por EDM no implica herramientas de corte afiladas como fresas frontales, sierras y taladros, por eso este proceso no causa ninguna rebaba en la pieza.

Puede cortar metales duros

El mecanizado por EDM es capaz de cortar metales duros con poca fuerza y mínimo esfuerzo siempre que sean conductores. La dureza del material que se corta no afecta al proceso general.

Baja tensión

Las herramientas utilizadas en un proceso de EDM no tocan la pieza, a diferencia de otros métodos de mecanizado donde las herramientas de corte contactan con la superficie que se corta. Esto explica la mínima tensión que se introduce en la pieza.

Fabricación altamente escalable

Los procesos de mecanizado por EDM son muy versátiles en cuanto a la escala de producción; son adecuados para la fabricación de bajo a alto volumen. Estos procesos son altamente repetibles, lo que significa que se pueden fabricar múltiples piezas con una calidad consistente.

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¿Cuáles son las limitaciones del proceso de EDM?

Solo aplicable a materiales conductores

El calor responsable de erosionar el material de la pieza depende de la introducción de descargas eléctricas, lo que hace que el mecanizado por EDM no sea compatible con materiales no conductores como los compuestos, los plásticos y otros materiales dieléctricos.

Baja tasa de eliminación de material

Como se ha mencionado, el mecanizado por EDM erosiona gradualmente el material. Eso hace que su tasa de eliminación de material sea mucho más lenta que la de los procesos de mecanizado convencionales como el fresado y el torneado.

Coste de producción elevado

El coste de producir piezas mediante EDM implica distintos factores como un alto consumo de energía, un desgaste excesivo de la herramienta y un largo tiempo de mecanizado.

Resumen

El mecanizado por descarga eléctrica es una incorporación muy útil a diversos procesos de mecanizado CNC convencionales. Aprovecha su fortaleza cuando es capaz de producir características especiales difíciles de lograr mediante el fresado y el torneado. Además de esto, el proceso de EDM tiene una exactitud excepcional incluso al cortar metales eléctricamente conductores extremadamente duros, además de que ejerce una baja tensión durante el procesamiento.