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PROCESSOS DE ELETROEROSÃO

 

DEFINIÇÃO: É um processo térmico de fabricação caracterizado pela remoção de material conseqüente a sucessões de descargas elétricas que ocorrem entre um eletrodo e uma peça, através de um líquido dielétrico conhecido pela sigla EDM = Eletrical Discharge Machining .

A eletroerosão é um processo para fabricação de peças isoladas, no máximo para pequenas séries. A peça é submersa em um líquido, onde não existe força de corte, pois não há contato entre a ferramenta e a peça não formando as tensões comuns dos processos convencionais de usinagem

Para que a eletroerosão ocorra é necessário que os materiais envolvidos sejam bons condutores de eletricidade. Tanto a peça como os eletrodos estão ligados a uma fonte de corrente contínua por meio de cabos normalmente o eletrodo tem polaridade positiva e a peça, polaridade negativa.

APLICAÇÕES : Este é um dos processos não tradicionais de usinagem que vêm ganhando espaço ultimamente. Várias razões explicam esse crescimento.

Pense, por exemplo, nos novos materiais que têm surgido, como os carbonetos metálicos, as superligas e as cerâmicas. Trata-se, geralmente, de materiais muito duros.

Você já imaginou a dificuldade que seria usiná-los pelos processos tradicionais?

Imagine também a dificuldade que representaria a usinagem pelos métodos tradicionais de uma peça com formas tão complexas como a mostradas a baixo figura 1.


                                                                   Figura 1 – Formas complexas produzidas por eletroerosão

Brocas helicoidais são eficientes para produzir furos redondos. Mas que broca produziria um furo irregular como o da peça acima?
Por eletroerosão, o molde dessa peça pode ser produzido em uma só fase de operação. Além disso, os processos tradicionais de usinagem geram calor e tensões na superfície usinada, produzem enormes cavacos e afetam as características estruturais da peça, portanto, não são adequados para produzir superfícies de alta qualidade, praticamente sem distorções e sem alterações micro estruturais. Já na usinagem por eletroerosão, a peça permanece submersa em um líquido, assim, há rápida dissipação do calor gerado; neste não existe força de corte, pois não há contato entre a ferramenta e a peça, não se formando as tensões comuns dos processos convencionais de usinagem.

Uma vantagem adicional é a automatização das máquinas de eletroerosão, que permite a obtenção de estreitos limites de tolerância, é possível um controle rigoroso da ação da ferramenta sobre a peça usinada, graças a um servomecanismo que reage rapidamente às pequenas variações de intensidade de corrente.

Tudo isso torna a eletroerosão um processo adequado para atender às exigências atuais de qualidade e produtividade, com grande aplicação na confecção de matrizes para estampos de corte, moldes de injeção, forjaria, cunhagem e fabricação de ferramentas de metal duro.

Fluido Isolante durante usinagem: A eletroerosão é um processo complexo, em grande parte não visível. Para que a eletroerosão ocorra, é necessário que os materiais envolvidos (peça a ser usinada e a ferramenta) sejam bons condutores de eletricidade.

A ferramenta que produz a erosão, ou seja, o desbaste da superfície usinada, é o eletrodo. Peça e eletrodo são mergulhados num recipiente que contém um fluido isolante, isto é, não condutor de eletricidade, chamado dielétrico. Em geral, são utilizados como dielétricos o óleo mineral e o querosene. O querosene requer cuidados especiais, pois é inflamável e exala um odor forte, prejudicial à saúde e ao ambiente.

Tanto a peça como o eletrodo, estão ligados a uma fonte de corrente contínua por meio de cabos. Geralmente, o eletrodo tem polaridade positiva e a peça, polaridade negativa. Um dos cabos está conectado a um interruptor, que aciona e interrompe o fornecimento de energia elétrica para o sistema. A figura 2 a seguir mostra um esquema simplificado do processo de eletroerosão.


Figura 2 – Esquema simplificado do processo de eletroerosão

 

Íons: partículas eletricamente carregadas. Chamam-se cátions quando carregadas positivamente e ânions quando carregadas negativamente .

Ao ser ligado o interruptor, forma-se uma tensão elétrica entre o eletrodo e a peça, inicialmente, não há passagem de corrente, já que o dielétrico atua como isolante, quando o espaço entre a peça e a ferramenta é diminuído até uma distância determinada, o dielétrico passa a atuar como condutor, formando uma “ponte” de íons entre o eletrodo e a peça, produz-se então, uma centelha que superaquece a superfície do material dentro do campo de descarga, fundindo-a. Estima-se que, dependendo da intensidade da corrente aplicada, a temperatura na região da centelha possa variar entre 2.500°C e 50.000°C.

                                                                               Figura 3 – Esquema que demonstra o GAP

O processo de erosão ocorre simultaneamente na peça e no eletrodo. Com ajustes convenientes da máquina, é possível controlar a erosão, de modo que se obtenha até 99,5% de erosão na peça e 0,5% no eletrodo.
A distância mínima entre a peça e a ferramenta, na qual é produzida a centelha, é chamada GAP (do inglês gap = folga) figura 3, e depende da intensidade da corrente aplicada. O GAP é o comprimento da centelha.

O tamanho do GAP pode determinar a rugosidade da superfície da peça. Com um GAP alto, o tempo de usinagem é menor, mas a rugosidade é maior. Já um GAP mais baixo implica maior tempo de usinagem e menor rugosidade de superfície. As partículas fundidas, desintegradas na forma de minúsculas esferas, são removidas da região por um sistema de limpeza e no seu lugar, fica uma pequena cratera. O dielétrico, além de atuar como isolante participa desta limpeza e ainda refrigera a superfície usinada. O fornecimento de corrente é interrompido pelo afastamento do eletrodo. O ciclo recomeça com a reaproximação do eletrodo até a distância GAP, provocando uma nova descarga.

Figura 4 Esquema simplificado do momento da descarga

A duração da descarga elétrica e o intervalo entre uma descarga e outra sãomedidos em microssegundos e controlados por comandos eletrônicos.
Descargas sucessivas, ao longo de toda a superfície do eletrodo, fazem a usinagem da peça. A freqüência das descargas pode alcançar até 200 mil ciclos por segundo. Na peça fica reproduzida uma matriz, que é uma cópia fiel do eletrodo, porém invertida. Observação: Por que, no processo de eletroerosão, a fonte de energia deve fornecer corrente contínua e não corrente alternada?

Se você analisar como flui a corrente elétrica por uma pilha, que é um gerador de corrente contínua, você encontrará a explicação para a pergunta anterior. A pilha tem dois pólos: o de carvão (+) e o de zinco (-). Os elétrons se movem do pólo negativo para o positivo e a intensidade da corrente é constante. Na corrente alternada, a intensidade da corrente é variável, gerando inversões de polaridade (o mesmo pólo ora é positivo,
ora é negativo). No processo de eletroerosão, isso poderia levar a um desgaste maior da ferramenta do que da peça.

MATERIAIS USINÁVEIS EM ELETROEROSÃO ;

Indicada para processos complexos em materiais de alta dureza, ponto de fusão bem definido, elevado calor latente, de difícil usinagem por processos convencionais.
Limitada pela necessidade desses materiais serem condutores de eletricidade independentes de serem metálicos ou não abaixo figura 5 demonstra um quadro comparativo da condutividade de diversos materiais.


Figura 5 – Condutividade elétrica de vários materiais

ELETROEROSÃO POR PENETRAÇÃO
O processo mais comum de eletroerosão baseia-se na penetração do eletrodo na peça.
Características:
_ Imagem do eletrodo transferido a peça;
_ mecanismo de furar e gravar;
_ avanço do eixo “Z”.
Aplicações:
_ Indústria Automotiva;
_ indústria de gravação e estampagem;
_ usinagem de metais de elevada dureza;
_ peças com geometrias complexas;
_ industria de moldes e matrizes.


ELETROEROSÃO A FIO

Para certas finalidades, como a usinagem de cavidades passantes e perfurações transversais, é preferível usar o processo de eletroerosão a fio figura 6.
Os princípios básicos deste processo são semelhantes aos da eletroerosão por penetração.
A diferença é que, neste processo, um fio de latão ionizado, isto é, eletricamente carregado, atravessa a peça submersa em água desionizada, em movimentos constantes, provocando descargas elétricas entre o fio e a peça, as quais cortam o material. Para permitir a passagem do fio, é feito previamente um pequeno orifício no material a ser usinado.
O corte a fio é programado por computador, que permite o corte de perfis complexos e com exatidão.

Figura 6 – Maquina de eletroerosão a fio

Em alguns equipamentos, um ploter, isto é, um traçador gráfico, possibilita a conferência da execução do programa pela máquina, como mostra a figura 7.


Figura 7 – Ploter

Atualmente, a eletroerosão a fio é bastante usada na indústria para a confecção de placas de guia, porta punções e matrizes (ferramentas de corte, dobra e repuxo). A figura 8 mostra alguns exemplos de peças usinadas por eletroerosão a fio.


 

Figura 8 – Peças usinadas por eletroerosão

Características:
_ A eletroerosão a fio é um método para cortar materiais condutivos com um fino eletrodo que segue um caminho programado; _ ausência de forças de corte e tensões comuns dos processos convencionais de usinagem, pois não há contato físico entre o fio e peça; _ rápida dissipação de calor, pelo fato de a peça permanecer submersa em líquido; _ a dureza do material da peça não tem efeito negativo na velocidade de corte.

Aplicações:
_ Confecção de matrizes para estampas de corte, fieiras para trefilação, micro EDM e a fabricação de ferramentas de metal duro; _ materiais muito duros e de difícil usinagem pelos processos tradicionais. Vantagens e desvantagens:
_ Peças com formas complexas, superfícies de alta qualidade, praticamente sem distorções ou alterações micro-estruturais;
_ problemas: baixa taxa de remoção de material; a produção de superfícies com camadas refundidas e dificuldades no descarte dos fluidos utilizados no processo.

ELETRODO: FERRAMENTA DA ELETROEROSÃO

Em princípio, todos os materiais condutores de eletricidade podem ser usados como eletrodo. Mas tendo em vista que na fabricação de uma ferramenta por eletroerosão o preço de confecção do eletrodo representa uma parcela significativa dos custos do processo, é importante escolher com cuidado o material a ser utilizado e o método de usinagem.

Os melhores materiais para produção de eletrodos são aqueles que têm ponto de fusão elevado e são bons condutores de eletricidade, de um modo geral, os materiais para eletrodos podem ser agrupados em duas categorias: metálicos e não metálicos. Entre os materiais metálicos, os mais utilizados são: cobre eletrolítico, cobretungstênio e cobre sinterizado. Eletrodos feitos desses materiais caracterizam-se por apresentarem ótimo acabamento e mínimo desgaste durante o processo de eletroerosão.

Entre os materiais não-metálicos, o grafite é o principal. Este é um material de fácil usinagem, porém é muito quebradiço. Os eletrodos de grafite são insensíveis aos choques térmicos, conservam suas qualidades mecânicas a altas temperaturas, praticamente não se deformam e são leves, entretanto, são abrasivos, não podem ser moldados ou conformados e não aceitam redução por ácido.

Peças retangulares e cilíndricas, de dimensões padronizadas, são encontradas no comércio. Quando se trata de eletrodos de perfis irregulares e complexos como demostra figuras 9, 10 e 11, é recomendável analisar cuidadosamente a relação custo benefício antes de partir para sua construção.

Os eletrodos podem ser produzidos pelos métodos convencionais de usinagem, como a fresagem, torneamento, aplainamento entre outros


Figura 9 – Eletrodo forma complexa


Figura 10 – Eletrodo forma complexa

                                                                            Figura 11 – Eletrodo forma complexa


CONCLUSÃO :

Conforme vimos no decorrer do trabalho, obtivemos conhecimento para definir o funcionamento básico de uma maquina de eletroerosão, assim como alguns segredos do processo. Considerado um dos mais modernos processos da indústria, o processo de eletroerosão, comercializado com máquinas apartir da segunda metade deste século,
reuniu-se com os demais processos da usinagem para a formação do mesmo. Não há processo isolado neste “fenômeno”, considera-se uma continuidade de processos.

Destacando o uso das demais máquinas operatrizes para dar inicio ao processo, como o de tornos e centros de usinagens, por exemplo, pois a ferramenta deste processo é o eletrodo, os materias envolvidos, os óleos (fluídos dielétricos), a importância do conhecimento elétrico, etc.

 

Autores : Igor SchmidtSarita Canabarro Sabo

Coord : Prof° Me.Nilson Valega Fernandes PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL
FENG – FACULDADE DE ENGENHARIA
REFERÊNCIAS
MATOS, Gustavo G.; FELIPPI, Julio; Visão de um emprendedor. Ary
Ozório de Azevedo. Uma razão de vida.
Engemaq Equipamentos para Petrólio; Disponível em:
<http://www.engemaq.ind.br/>. Acesso em 05 Abr. 2008.
Agie Charmilles; Disponível em: <http://www.agie-charmilles.com.br/>.
Acesso em 05 Abr. 2008.
Mecatronica: Robótica, Disponível em:
<http://megatronica.com.br/eletroerosao.htm>. Acesso em 05 Abr. 2008.
Wikipedia: A enciclopédia livre, Disponível em:
<http://pt.wikipedia.org/wiki/Eletroerosão>. Acesso em 05 Abr. 2008

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