Maquinado Electroquimico

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Maquinado Electroquímico El proceso Voltímetro

Electrodo Servo-Controlado

Fuente de corriente continua

herramienta Amperímetro

Dieléctrico

Control de frecuencia Depósito

Pieza de trabajo

Manómetro Bomba Filtro

 Term  Termómetro etro

Flujómetro Intercambiador de Calor Bomba de alta Presión

Depósito

Figura 3 El maquinado electroquímico, difiere de otras técnicas de trabajos de metales, en que tanto la energía eléctrica como la química son los filos cortantes de la herramienta aplicados directamente en el maquinado de los metales. En este proceso, la energía eléctrica se usa para obtener una reacción química la cual disuelve el metal de la pieza de trabajo dentro de una solución electrolítica. La remoción del metal se logra por medio del principio de electrolisis descrito por  Michael Faraday hacen más de 150 años. Las leyes de Faraday son más conocidas por su aplicación en electrodeposición. Las leyes de Faraday establecen establecen básicamente básicamente que la cantidad de metal removido es directamente proporcional a la corriente que circula". Lo que sucede en el maquinado electroquímico es muy similar a lo que ocurre en galbanotecnia, el metal es removido de un electrodo (pieza en elaboración) sin ser  depositado en el otro. Básicamente en el proceso electroquímico la herramienta (cátodo) es colocada muy cerca de la pieza (ánodo). La distancia entre ambas es muy pequeña, entre 0,001 a 0,010  pulgadas. Un voltaje bajo y una gran densidad de corriente continua, circula entre ellas a través de una solución conductora electrolítica. Esta solución es bombeada a través del huelgo entre pieza y herramienta a presiones a menudo tan altas como 300 psi. Esta solución electrolítica es mantenida generalmente a una temperatura entre 100 y 120°F. La

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corriente que circula a través del electrolito debe tener un rango de variación grande (máquinas que usan hasta 20.000 Amperes y más son bastante comunes). Como esta corriente pasa de la pieza de trabajo a la herramienta, las partículas metálicas que se encuentran en la superficie de la pieza (iones) / son obligadas a ir en la solución debido a una reacción electroquímica. Estas partículas son entonces arrastradas por el flujo de electrolito fuera de la cuba. El Equipo. Un sistema típico de proceso electroquímico, como el diagramado en la / Figura 4,  puede comprenderse mejor cuando se divide el proceso en sus varios elementos y se estudian por separado. Los componentes del sistema son: 1)-Máquina. 2)-Electrolito 3)-Fuente de alimentación. 4)-Electrodo o herramienta. 5)-Pieza en elaboración. 6)-Sistema de circulación del electrolito. 7)-Aparato para la remoción de los l os sedimentos. Máquina Las mostradas en la figura 4 y 5 son máquinas típicas para procesos procesos electroquímicos. electroquímicos.

Figura 4

Figura 5

La figura 4, muestra un tipo de máquina cerrada, cerrada, que ofrece óptima óptima rigidez y, un muy eficiente contenedor del electrolito. Cada una de estas máquinas (y también todas las otras) poseen un mecanismo de avance sencillo, capaz de posicionar la pieza de trabajo o la herramienta, una hacia la otra a una distancia constante ajustable preseleccionada.

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Electrolito El electrolito es simplemente una solución acuosa que es capaz de conducir corriente eléctrica. La solución más comúnmente usada es cloruro de sodio (sal de mesa común), disuelta en agua. Fuente de alimentación. Como ya lo mencionamos la cantidad de metal removido es proporcional a la corriente circulante, por lo tanto los procesos de maquinado electroquímico requieren una fuente capaz de otorgar una alta corriente directa. El voltaje es normalmente bajo, en el rango de los 10 a 20 volts. Las fuentes normalmente convierten 220 ó 380 volts de bajo amperaje en corriente continua de bajo voltaje y alto amperaje. Electrodo ó herramienta Debe ser hecha hecha de un material conductor conductor y estará aislada aislada de manera manera de mantener la conducción entre herramienta y pieza solo en aquellas partes en que se deba remover el material. En algunos casos poseen un agujero central para permitir el acceso del electrolito al proceso. La herramienta está conectada al negativo de la fuente de alimentación (cátodo). Pieza en elaboración. La operación de maquinado debe llevarse a cabo en una pieza conductora de electricidad la cual está conectada al positivo de la fuente de alimentación (ánodo). Sistema de circulación del electrolito. Consiste en cañerías, recipientes, válvulas y bombas necesarias para dirigir y controlar  el caudal del electrolito. Los componentes deberán soportar presiones del orden de las 300 lb / pu lg 2 además todas las partes del sistema deben ser resistentes a la corrosión, teniendo en cuenta la agresividad del fluido. Aparato para la remoción de sedimentos. El maquinado electroquímico causa la ionización del material extraído, el cual en una  posterior reacción produce un pesado sedimento o barro compuesto de hidróxidos insolubles. Por cada  pu lg 3 de material removido se producen 100  pu lg 3 de sedimentos; el cual debe ser extraído del electrolito para que no obstruya su circulación, esta esta se hace  por diversas técnicas técnicas como, decantación decantación filtrado o centrifugado. centrifugado. Ventajas 1)- No produce desgaste de la herramienta. 2)- No produce rebabas. 3)- Se maquinan materiales duros y blandos con la misma facilidad. 4)-Produce una excelente terminación superficial. 5)-La pieza no está sometida a esfuerzos mecánicos ni térmicos. 6)-En algunos materiales el maquinado electroquímico puede trabajar más rápido que otros métodos convencionales. 7)-El proceso se puede automatizar fácilmente.

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Desbarbado Electroquímico El Proceso El principio básico es similar al de maquinado electroquímico. Se diferencia solamente en que la pieza y la herramienta mantienen una posición fija una respecto de la otra. E lectrodo lectrodo S ervo-Controlado ervo-Controlado

Voltímetro F uente uente de corriente continua

herramienta Amperímetro

Dieléctrico

C ontrol ontrol de frecuencia

P ieza de trabajo trabajo

Manómetro

F iltro iltro

Bomba de alta P resión resión

Depósito

Figura 6 Un pequeño radio de acuerdo queda en el lugar donde se encontraba la rebaba. La herramienta es posicionada cerca de la base de la rebaba. Es necesario que la orientación de la rebaba permita la colocación de la herramienta, de no ser así deberá ser  convenientemente convenientemente orientada. Es un método muy competitivo para este tipo de trabajo. El Equipo Es esencialmente similar al del maquinado electroquímico, tal es así que se puede usar  el mismo equipamiento, sin embargo si la única operación electroquímica fuese el desbabado el equipo puede ser sensiblemente reducido.

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Rectificado electroquímico El proceso

Voltímetro

Herramienta

Fuente de corriente continua

Rociado Electrolitico Amperímetro

Control de frecuencia

P ieza de trabajo

Manómetro

Filtro

Bomba de alta Presión

Depósito

Figura 7 Es escencia1mente similar al maquinado e1ectroquímico, pero la aplicación es diferente. Así como en el maquinado e1ectroquímico la herramienta nunca toca la pieza, en el rectificado e1ectroquímico la rueda toca la pieza. Tanto la muela como la pieza están conectadas a una fuente de corriente El e1ectro1ito es rociado delante de la muela, cerca de la pieza de manera que la rueda lo arrastra a la zona de corte. La mayor parte (el 90% aproximadamente) del metal removido es por acción e1ectroquímica, el resto es extraído por la acción abrasiva de la muela, lo que implica que la presión sobre la pieza es mucho menor que en los métodos convencionales de rectificado. Además se elimina el frecuente f recuente rectificado de la piedra. El rectificado electroquímico es mucho más conveniente y rápido que el convencional. La cantidad de metal removido depende de la corriente y del e1ectro1ito ap1icado, independientemente independientemente de la dureza del materia1. La ausencia de altas temperaturas y de grandes presiones de contacto, hacen de este método el ideal para rectificar piezas frágiles que deben ser maquinadas libres de esfuerzos mecánicos y de calentamientos. El e1ectro1ito puede ser una solución de cloruro de sodio o de nitratos de sodio en agua. Esta es preferida en los casos en que rectificadoras convencionales han sido adaptadas al proceso e1ectroquímico. Es evidente que la muela debe ser capaz de conducir la electricidad. Página 5 de 20

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A continuación daremos una visión mas profunda de los procesos Electroquímicos. Principales características. Ventajas: 1. La cantidad de metal removido por unidad de tiempo, no depende de las  propiedades físicas físicas del metal. 2. El mecanizado se realiza libre de tensiones mecánicas. 3.  No existen altas temperaturas, temperaturas, el proceso proceso se lleva a cabo cabo entre 100 y 150ºF. 4.  No se producen producen rebabas. 5. La terminación superficial es lo suficientemente buena para la mayoría de las aplicaciones. La terminación superficial puede ser controlada mediante una elección apropiada de la solución electrolítica. 6. el desgaste de la herramienta es casi nulo. 7. El proceso es fácilmente automatizable. Las variables mas importantes son: voltaje, corriente, presión y temperatura del electrolito, las cuales pueden ser  fácilmente controladas y medidas. 8. La tolerancia, precisión y repetibilidad, son suficientes para la mayoría de las aplicaciones. Estas características dependen de las variables enunciadas en el  punto anterior. 9.  No se produce fragilización fr agilización del metal por el hidrogeno presente como en otras técnicas no convencionales. convencionales.

Las principales desventajas son: 1. 2. 3. 4.

El diseño y construcción de la herramienta puede ser complicado y algo costoso Se consume una gran cantidad de energía eléctrica  No se pueden pueden obtener ángulos ángulos vivos inferiores La conexión eléctrica de la pieza en elaboración deben hacerse cuidadosamente,  por las grandes corrientes que circulan. circulan. 5. La remoción e hidrogeno y la presencia de vapores corrosivos requieren equipamiento adicional. 6. Siempre deben ser lavadas las piezas obtenidas para inhibir la posterior  corrosión por el electrolito. Esta enumeración de características incluye solo las más significativas, tanto en ventajas como en desventajas.

Capacidad para mantener la tolerancia del MEQ (Maquinado Electroquímico) Bajo condiciones ideales, el M.E.Q., es capaz de mantener tolerancias de 0.01 pulg. Y menores. La repetibilidad del del M.E.Q es muy buena, buena, en máquinas en buenas condiciones condiciones la repetibilidad de tolerancia puede ser mantenida en ± 0.001 a ± 0.002 pu lg .

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En la siguiente tabla se dan ejemplos de tolerancia obtenibles en diversos materiales y operaciones. OPERACIÓN

MATERIAL

Aleaciones de alta temperatura 3046 MAQUINADO DE CAVIDADES Aluminio, superaleaciones de acero Aleaciones de Níquel 5210, 4340 4340 CORTES EN Aleaciones de alta temperatura ÁNGULOS 1020 FORJADO DE Fundición de acero MATRICES TALADRADO Aluminio, superaleaciones superaleaciones de acero TALADRADO CON ELECTRODO

TOLERANCIA

± 0.010 ± 0.002

TERMINACION SUPERFICIAL OBTENIDA RMS 20 200 16 a 60 65 20 a 80 20 125 10

± 0.005

12 a 60

± 0.003 ± 0.002 ± 0.005 ± 0.002 ± 0.0015 ± 0.010

Aluminio, superaleaciones de acero ± 0.001

5 a 65

Capacidad de los M.E.Q para la terminación superficial Los M.E.Q, bajo ciertas condiciones pueden producir superficies tan finas alcanzando las 5 micropulgadas. Esta se logra con la rotación de la pieza o el electrodo. Las superficies obtenidas por la parte frontal de la herramienta en general pueden ser  menores que 32 micropulgadas, mientras que superficies obtenidas por el paso total de la herramienta como pueden ser las superficies laterales de un agujero, varían de 50 a 125 micropulgadas. Las mejores terminaciones superficiales se obtienen cuando se aplican altas velocidades de corte, y por lo tanto altas densidades de corriente. En términos generales podemos decir que con los metales más duros se obtiene mayor  terminación superficial; por ejemplo: aleaciones de cobalto dan terminaciones especulares, mientras que aleaciones e aluminio y cobre, dan terminaciones mate, aplicando en ambos casos la misma herramienta e iguales condiciones de corte. Las terminaciones óptimas se obtienen con un cuidadoso diseño de la herramienta, seleccionando la mayor velocidad de corte sin exceder el límite del electrolito, en cuanto a la máxima densidad de corriente. Cantidad de Metal Removido por Unidad de Tiempo en MEQ Cuando la herramienta se acerca a la pieza en la elaboración, con el electrolito circulando entre ambas, disminuye la resistencia del camino de la l a corriente entre ambas, lo que produce un aumento de corriente. Esta disminución de la distancia entre pieza y herramienta y el consecuente aumento de la corriente continua hasta que la densidad de

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corriente es la suficiente para remover el metal, a una velocidad exactamente igual a la de avance de la herramienta. Si la velocidad debe ser reducida, el avance de la l a herramienta debe ser retardado, lo que aumentará la distancia entre pieza y herramienta disminuyendo la densidad de corriente hasta que se alcance un nuevo equilibrio. Esta relación está definida gráficamente para una combinación típica material electrolito, en la figura 9.

Figura 9 La tabla siguiente, muestra diferentes operaciones realizadas en varios metales y la velocidad de penetración. Es de hacer notar que estas velocidades no son universalmente aplicables para todos los casos y ellos varían de acuerdo a la tolerancia requerida y a las terminaciones superficiales, así como las terminaciones superficiales, así como dependen de las condiciones y tipo de máquina usada. La mejor regla para estimar la velocidad de remoción es considerar que el MEQ, tiene la habilidad de remover 0.1 pu lg 3 de metal por cada 1000 Amp. Aplicados. Velocidades de Penetración Típicas Material Operación Aluminio Agujero hexagonal Aluminio Aluminio 7005 Corte de una cavidad cavidad frontal frontal ancha. ancha. Udimet 600 Corte exterior perfilado. Titanio Perforación interna de refrigeración en alabes de turbina. Titanio Pequeños agujeros de 0.025” a 0.050” de diámetro. Acero Austenítico Agujeros acanalados de 2.0” de Forjado diámetro. Acero duro 4130 Agujeros ovales grandes.

Velocidad de Penetración 0.250” por minuto 0.100” 0.100” por minuto minuto 0.235” por minuto 0.100” por minuto 0.175”-0.225” por minuto 0.350”-0.400” por minuto 0.185” por minuto

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Velocidad de avance en el MEQ Seleccionar el avance es mucho menos complicado que en el caso de otros. Es una característica del MEQ que tanto la terminación superficial y tolerancia mejoran aumentando la velocidad de remoción del metal. Consecuentemente el mas rápido avance posible no solamente es el mas beneficioso, sino que produce la mejor calidad. En el caso de piezas grandes la velocidad de penetración estará limitada por la capacidad de la máquina para proporcionar una densidad de corriente apropiada, pero generalmente la limitación está por el electrolito. Una explicación de esta, es que el electrolito posee una función primaria que es la de  proveer el camino conductor conductor entre la herramienta herramienta y la pieza. Las reacciones químicas involucradas en la disolución del metal son complejas y algunos de los resultados de estas reacciones interfieren con la función primaria del electrolito. Podemos decir que el fluido deberá además cumplir una función secundaria que será la de evitar estas interferencias en la función primaria. En orden de importancia estas funciones son: 1. Remover el hidrogeno gaseoso producido en la superficie del cátodo. Este gas no es conductor eléctrico y acumulado en burbujas produce una interferencia local al pasaje de la corriente. El metal en esta zona no es removido y al acercarse la herramienta puede producir un arco perjudicial. Teóricamente estas áreas peligrosas ocurren cuando el volumen de hidrogeno excede el 40% del volumen del electrolito disponible en la operación. 2. Extraer el calor producido por la energía producida en la operación. Si el volumen de fluido no es el suficiente para extraerlo, es posible que el electrolito se evapore en determinadas zonas produciendo burbujas que causan las áreas  peligrosas del punto punto anterior. 3. el fluido debe ser portador de los precipitados de oxido e hidróxidos, que son los residuos del MEQ. Estos normalmente no interfieren con la conductibilidad,  pero pueden reducir el espacio físico físico para la circulación del electrolito. Descripción del proceso de remoción La disolución de metales llevada a cabo en el mecanizado electroquímico, esta descripta  por varias leyes físicas y químicas. Una de estas leyes dice dice que 1 Faraday (3.7 amp. /hs)  puede disolver un equivalente gramo de metal, siendo un equivalente gramo, el peso atómico de este metal dividido en su valencia. El proceso será descripto, estudiando lo que sucede en tres zonas distintas: 1. La capa exterior de la l a herramienta (cátodo) 2. La capa exterior de la capa en trabajo (ánodo) 3. La solución electrolítica Sucede que en la superficie del ánodo los electrones son removidos por la circulación de corriente, y los enlaces moleculares de la estructura de esta superficie se rompen. Estos átomos ingresan a la solución como iones metálicos. Usando hierro, para un ejemplo, esta reacción se expresa mediante la siguiente ecuación:

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++

F  − − − − − F e O

− 2e

Estos iones positivos se mueven a través del electrolito en dirección al cátodo debido a la oposición de cargas. Sin embargo apenas desprendidos del ánodo, estos iones se combinan para formar un precipitado insoluble que es retirado por la circulación rápida del electrolito. Simultáneamente en el cátodo los iones hidrogeno presentes por la ionización producida por la adicción de sales al electrolito son atraídos por la superficie del electrodo negativo para neutralizar su carga, produciéndose así hidrogeno atómico que luego formará hidrogeno molecular, molecular, desprendiéndose desprendiéndose en la zona del cátodo. +

 H  + e − − − − − H 

O

 H  +  H  − − − − − H 2 O

O

La pérdida de grandes cantidades de iones de hidrogeno causa otra reacción en el cátodo que da como resultado la formación de iones hidroxilos: 2 H 2O + 2e − − − − − 2(OH )− + H 2 Estos iones hidroxilos se combinan con el ión F e en el seno de la solución electrolítica , formando el precipitado de hidróxido de hierro. F e

++

−

+ 2(OH ) − − − − − F e + (OH )2

Como dijimos anteriormente hay varias leyes físicas involucradas en el MEQ, las mas aplicadas son la 1º y 2º ley de Faraday. 1º_ La masa de sustancia desprendida en una electrolisis es proporcional a la cantidad de corriente que circula. 2º_ La masa de sustancia desprendida es proporcional al equivalente químico del ión, esto es la masa atómica del ión dividida en su valencia. Vemos que el metal removido es función de la composición química del material de la  pieza y directamente proporcional a la corriente; luego aplicando estas leyes, el metal removido en la unidad de tiempo “t” está expresado por la siguiente ecuación: V  =

1  ⎞ ⎟*⎜ ⎟ * t  F  ⎝  valencia  ⎠ ⎝ densidad  ⎠

 I  ⎛  pesoatómico ⎞ ⎛ 

*⎜

donde: I = corriente F = Faraday expresado en Coulomb ( un Faraday = 96500 Coulomb) Peso Atómico expresado en gramos Densidad expresada en gramos/cm 3 V = cm3 removidos por segundo

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Ley de ohm en MEQ  E  =  I  * R  Donde : E  = [Volts ]  I  = [ Amp.]  R = [Ohm ]

La variable que mas afecta a la remoción de material es la densidad de corriente, está gobernada en una gran medida por el espacio que debe recorrer entre pieza y herramienta, como ambas poseen una resistencia constante y como la diferencia de  potencial entre ambas también es constante, vemos que la variable que afecta realmente a la densidad de corriente, es la resistencia del espacio existente entre pieza y herramienta. Examen profundo de la operación MEQ.

Figura 10 Figura 10 Referente a la figura 10, examinaremos examinaremos más profundamente profundamente lo que ocurre cuando cuando se genera un agujero o perfil en la pieza en elaboración. Teniendo en cuenta lo dicho en el párrafo anterior, es de suponer que las velocidades máximas de penetración, estarán dadas para los mínimos espacios que se pudieran lograr entre pieza y herramienta, pues como en este caso la resistencia sería menor, la densidad de corriente aumentaría. En la práctica este incremento de densidad de corriente se ve perjudicado por l aparición de mayor cantidad de hidrógeno gaseoso,( producto también de la mayor remoción de material ), el que disminuye la conductividad de la zona de trabajo, estableciéndose así una menor densidad de corriente. En definitiva podemos decir que cada operación de MEQ, posee una máxima velocidad de penetración particular, gobernada por una serie de variables. Huelgo: Sabemos que para producir un agujero de un determinado diámetro la herramienta que lo ejecutará, tendrá un diámetro menor que la perforación a producir, esta diferencia de

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diámetros se llama huelgo. Para el cálculo del huelgo se deberán tener en cuenta muchas variables, entre ellas la experiencia. Existen tablas que recomiendan distintos huelgos  para determinadas operaciones, y bajo distintas condiciones de operación. Otro de los caminos para controlar el huelgo es a través de la regulación del voltaje, del avance y de la velocidad del electrolito. Otro factor para considerar es la razón por la cual no se pueden lograr ángulos rectos en el fondo de agujeros o cavidades, siempre debe ser redondeado, de manera de permitir  una circulación sin turbulencias del electrolito; esto hace que en el agujero tallado se  produzca este redondeamiento que que posee el electrodo. electrodo. Sin embargo si el electrodo terminase en ángulo vivo el agujero producido tendrá sus ángulos redondeados con un radio igual al del huelgo. Otro de los problemas que pueden aparecer es la presencia de terminaciones superficiales no uniformes o la aparición de ralladuras o estrías en las paredes laterales del agujero. Esto se debe a que el huelgo es mayor que la distancia entre la cabeza de la herramienta y la pieza; luego el electrolito introducido a presión por el agujero central del electrodo encuentra en el huelgo una zona de mayor área que hace que se creen corrientes o venas fluidas hacia el exterior. Es debido a la presencia de estas venas que se producen ralladuras en concordancia con ellas. Hay algunos métodos para contrarrestar este efecto, como colocar cortinas deflectoras en el extremo del electrodo que restringen la descarga del electrolito en la cavidad, pero tiene el inconveniente de que aumenta la presión necesaria de todo el sistema para una velocidad fija de fluido. Otro método es el de aplicar un movimiento rotatorio o vibratorio a la herramienta o a la  pieza, el que rompe rompe las venas fluidas. fluidas. Cortocircuitos y Chisporroteo El chisporroteo y corto se producen cuando la herramienta avanza mas rápidamente que la capacidad del electrolito para remover el material o cuando el electrolito mal filtrado arrastra partículas metálicas capaces de causar cortocircuito. Ambas situaciones son indeseables y producen severos daños a la herramienta y/o a la pieza, es por esto que la instalación debe tener un relé de cortado rápido. Ataque Intergranular  Bajo ciertas condiciones puede ocurrir que en un proceso de MEQ aplicado a materiales exóticos se presente el fenómeno de arranque intergranular. Esto significa una disminución de la resistencia del material en una capa de 0.01 a 0.02  pulg. de espesor. Esto sucede por que el ataque intergranular produce puntos de iniciación de fractura. Una de las primeras variables del proceso para corregir este efecto es la composición del electrolito; cambiando la sal disuelta es posible es posible mejorar la performance. Algunas veces la disminución de la temperatura y de la diferencia de potencial, disminuye el ataque. Las variables del MEQ. Las variables que estarán dentro de las opciones de control del operador en orden de su importancia relativa son:

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1. Velocidad de avance 2. Voltaje 3. Concentración del electrolito ( conductividad ) 4. Temperatura del electrolito ( conductividad ) 5. Presión del electrolito (velocidad en el extremo de la herramienta). Las cuatro primeras tienen efecto en la medida del espacio de equilibrio en el frente de la herramienta y por lo tanto en el huelgo; la quinta es secundaria. Los efectos de las primeras cuatro son similares, lo que hace que se puedan considerar  como un grupo en la evaluación de sus relaciones, respecto de la terminación superficial y las tolerancias. Observaciones prácticas han demostrado que variaciones lentas en alguna de estas cuatro variables producen desviaciones dimensionales apreciables, en tanto variaciones rápidas, dan menos imperfecciones.

Figura 11 Desde luego estos cuatro parámetros están sujetos a pequeñas desviaciones. Si representamos el total de estas variaciones por medio de una banda X en la figura 11, veremos que cuando las variaciones ocurren a bajas densidades de corriente y bajas velocidades de penetración el ancho de X produce desviaciones en el maquinado de aproximadamente 0.001 de pulg. Cuando la misma banda está aplicada a altas densidades de corriente y altas velocidades de penetración, las desviaciones son del orden de la 0.00015 pulg. Esto verifica observaciones empíricas: que altas velocidades de penetración dan mejor terminación superficial y tolerancia. Si mantenemos constante tres de los cuatro parámetros, los efectos que se producen por  la variación del cuarto son:

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Un gran avance disminuye la distancia entre pieza y Velocidad de penetración herramienta, resultado: un mejoramiento de la terminación superficial y tolerancia; y viceversa.

Voltaje

Concentración Electrolito Temperatura Electrolito

Bajos voltajes disminuyen la distancia entre pieza y herramienta, resultado: un mejoramiento de la terminación superficial y tolerancia; y viceversa. Pequeñas concentraciones concentraciones disminuyen la distancia entre del  pieza y herramienta, resultado: un mejoramiento de la terminación superficial y tolerancia; y viceversa. del Bajas temperaturas disminuyen la distancia entre pieza y herramienta, resultado: un mejoramiento de la terminación superficial y tolerancia.

Herramientas técnicas y Ejemplos Como hemos explicado previamente, la herramienta para obtener perforaciones circulares se consiguen con facilidad en el comercio, sin embargo para comprender  alguna de las técnicas aplicadas al diseño de herramientas hacemos una síntesis de su evolución.

Figura 12 La figura anterior muestra el resultado de la aplicación de una herramienta en su forma mas primitiva, es decir que es simplemente un tubo conductor de la electricidad; el resultado de su trabajo está viciado de do factores fundamentales. El primero de ellos es la conicidad, se presenta por el hecho de que no solo hay una diferencia de potencial, entre la cabeza de la herramienta y el fondo de la perforación que se está tallando, sino que también existe diferencia de potencial entre los costados de la herramienta y las  paredes del agujero ya tallado; de esta manera la parte de la pieza que mayor tiempo está expuesta al proceso es el extremo por donde comenzó la operación de maquinado.

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El segundo es la presencia de ralladuras debidas a la circulación no laminar del electrolito, causada por los ángulos vivos en el extremo de la herramienta.

Figura 13

figura 14

El primero de los problemas fue resuelto mediante la adición en los costados de la herramienta como muestra la figura 13. Posteriormente se redondearon los bordes de la extremidad para uniformar el flujo del electrolito. (ver fig. 14).

Figura 15 Una mejora adicional, en cuanto a la circulación del electrolito, se logra con el dispositivo toroide, colocado en el extremo de la herramienta, como muestra la figura 15; se nota fácilmente que al aumentar significativamente el huelgo, luego de superado el labio de maquinado el fluido puede circular con mayor facilidad.

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Otra técnica técnica de buen resultado es la de hacer circular el electrolito ingresando por el huelgo y descargando por la herramienta, esta disposición produce excelente terminación y un mínimo de conicidad, pero requiere utilajes especiales como muestra la figura 40, se debe hacer notar que no se puede aplicar este método con herramientas descriptas en el punto anterior. Materiales para herramientas y Aislación Cualquier material conductor puede ser utilizado para herramientas, pero debido a la naturaleza corrosiva del electrolito, la mayoría de las herramientas se construye con materiales de tipo inoxidables, como acero inoxidable y bronce. Otro de los factores a considerar en la selección del material son: maquinabilidad del mismo, conductividad térmica, rigidez y resistencia eléctrica. Examinándolos de a uno la maquinabilidad es particularmente importante en aquellas herramientas que tengan  perfiles complejos, la conductividad térmica debe ser considerada pues es factible que en una mala operación se produzcan chispas o cercos, cuyo calor debe ser rápidamente evacuado. La tabla que sigue muestra la relación de estas propiedades de los seis materiales de uso mas común, para herramientas.

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Propiedades de Materiales para Herramientas del MEQ Materiales Propiedades

Berilio Cobre Cobre Berylco Tungsteno Aleac.25

Cobre

Bronce

Acero Inoxidable

Titanio

Resistividad Eléctrica

1

4

53

48

3

8

Rigidez

1.6

1

1.9

1.1

1.1

2.2

Maquinabilidad 6

8

2.5

1

5

1.8

Conductividad 25 Térmica

7.5

1

2.6

20

10

En cuanto a la aislación los materiales mas usados son: porcelana y vinilos, fenólicos, teflón, epoxi, etc.; estos son usualmente aplicados por spray o inmersión. De todos los materiales nombrados el mas usado es el epoxi en aerosol. Otro factor a tener en cuenta en la aislación es aquel caso en que el frente del material aislante enfrenta directamente al caudal a alta presión del electrolito (figura 40). Otra de las consideraciones a tener en cuenta en el diseño de la herramienta es la de tener en cuenta los esfuerzos causados por la presión del electrolito. En aquellos casos en que la herramienta es perfectamente circular, los efectos no son significativos, pero cuando la configuración configuración no es es simétrica, las solicitaciones solicitaciones de una presión desbalanceada, desbalanceada, puede comprometer las zonas frágiles. En el caso de pequeños agujeros realizados con el MEQ el efecto de autocentrado por la  presión anteriormente descrito es la causa que permite obtener una gran precisión con herramientas muy finas. A continuación damos una serie de datos acerca de agujeros realizados en condiciones normales y podemos observar que el huelgo es extremadamente pequeño.

Medida de la Herramienta Medida del Agujero φ 0.036

pulg. φ 0.355 pulg. 0.976 pulg.2 0.904 pulg.2

φ 0.042

pulg. φ 0.375 pulg. 1.00 pulg.2 1.006 pulg.2

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Algunas técnicas en desarrollo en el MEQ Las figuras siguientes muestran operaciones en desarrollo, aplicadas fundamentalmente a materiales extremadamente duros que con las técnicas usuales de corte de materiales son muy difíciles de realizar. Debemos hacer notar que además de las ventajas enunciadas, este método, no somete el material a esfuerzos (térmicos ni mecánicos) que  pudieran modificar la estructura estructura molecular íntima, íntima, lo que lo hace un un método muy idóneo idóneo  para el seccionamiento seccionamiento de probetas probetas para ensayos. ensayos. Figura 18

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Comparación de las Características entre Electroerosión y Electroquímico ELECTROEROSIÓN Maquinado de:

Aplicaciones Típicas

Tolerancias

Superficie

Velocidades de Remoción

Características De Maquinado

1) Matrices (estampado, forjado, inyección). 2) Herramientas de carburo. 3) Metales exóticos. 4) Obtención de piezas libres de rebabas 5) Agujeros y cavidades de perfiles diversos. 6) agujeros profundos de pequeños diámetros. 7) Materiales duros y resistentes 8) Cortes muy angostos (0.002 a 0.012  pulg.). Practica: ± 0.0005" Posible: ± 0.0001"

ELECTROQUIMICO Maquinado de: 1) Piezas forjadas. 2) Ruedas de turbinas con alabes integrados. 3) Albes aerodinámicos. 5) Desbarbado de todo tipo de piezas. 6) Agujeros y cavidades de perfiles diversos. 7) Agujeros poco profundos. 8) Materiales duros y resistentes.

Practica: ± 0.002" Posible: ± 0.0005"

La terminación depende de la velocidad Entre 4- 50 RMS, puede ser obtenida. de remoción: 0.010 pulg3/HR - 30 RMS  No hay efectos de temperatura ni rebabas. rebabas. 3 0.5 pulg /HR - 200 RMS 0.3 pulg3/HR - 400 RMS RMS: Radio Medio Superficial Zona afectada por calor: 0.0001 a 0.0005 pulg. Aprox.: 0.00025 pulg. 3/Amp./Min. 0.1 pulg.3/Min./1000Amp. ó Hasta 10 pulg. 3/hora 1 pulg.3/Min./1000Amp. El proceso produce conicidad, ángulos redondeados y diferencia (huelgo) entre cavidad y herramienta. Valores típicos: Conicidad: 0.001 a 0.005 pulg./pulg. Radio de los ángulos: 0.001 a 0.2 pulg. Huelgo: 0.002 a 0.005 pulg. Relación de desgaste de la herramienta

El proceso no produce tensiones de maquinado.  No hay desgaste desgaste de la herramienta. herramienta. Se producen conicidades y ángulos redondeados.

Electrodo metálico 3/1 - Cobre Electrodo Carbón 5-50/1 - Grafito Temperatura: ≅ 8000 º C  a 12000 º C  Frecuencia: 500 a 1000 Hz Tensión: 20 a 200 volts Corriente: 25 a 400 Amp.

Temperatura: 100 a 120 ºF Tensión: 10 a 20 volts Corriente: 20000 Amp Presión: ≅ 300 psi (lb./pulg.2)

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Cátedra: Tecnología Mecánica

Para finalizar este resumen es necesario hacer notar que el proceso de maquinado Electroquímico es mas competitivo que los comerciales en tanto la irregularidad de los  perfiles que se deben deben obtener aumenta aumenta (ver fig.19).

Figura 19 Debemos decir que este proceso no es una panacea para todos los problemas del maquinado de metales; pero ha sido un gran avance en el campo de los maquinados de metales muy duros, tratados térmicamente y frágiles.

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