Ufcg Eletroerosão

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE CENTRO DE CIÊNCIA E TECNOLOGIA – CCT UNIDADE ACADÊMICA DE ENGENHARIA MECÂNICA – UAEM Disciplina: Oficina Mecânica Processo de fabricação por Eletroerosão Emerson da Trindade Marcelino Outubro de 2015 Página |1 Eletroerosão EMERSON DA TRINDADE MARCELINO PROCESSO DE FABRICAÇÃO POR ELETROEROSÃO Trabalho apresentado ao Prof°. Dr. Marconi Andrade Farias da disciplina de Oficina Mecânica, turma 01, do Curso de Engenharia Mecânica, da Universidade Federal de Campina Grande. Campina Grande – PB, 25 de outubro de 2015 Página |2 Eletroerosão Sumário 1 Introdução ............................................................................................................................. 3 2 Eletroerosão por penetração ................................................................................................ 3 3 4 2.1 Definição ....................................................................................................................... 3 2.2 Eletrodos ....................................................................................................................... 5 2.3 A máquina ..................................................................................................................... 7 2.3.1 A escolha do eletrodo ........................................................................................... 8 2.3.2 Processos de recirculação do dielétrico ................................................................ 9 2.3.3 Ajuste de polaridade ........................................................................................... 12 2.3.4 Preparação da máquina ...................................................................................... 12 2.3.5 Ligando a máquina .............................................................................................. 15 Eletroerosão a fio ................................................................................................................ 16 3.1 Definição ..................................................................................................................... 16 3.2 Materiais ..................................................................................................................... 18 3.3 A máquina ................................................................................................................... 18 3.4 O eletrodo ................................................................................................................... 20 Eletroerosão para furo rápido ............................................................................................. 20 4.1 Eletrodo capilar ........................................................................................................... 21 5 Manutenção preventiva ...................................................................................................... 22 6 Aplicações............................................................................................................................ 22 6.1 Materiais ..................................................................................................................... 26 6.2 Surgimento de camadas .............................................................................................. 26 7 Vantagens ............................................................................................................................ 27 8 Desvantagens ...................................................................................................................... 27 9 Referências .......................................................................................................................... 27 Página |3 Eletroerosão 1 Introdução A eletroerosão sem dúvidas veio para ajudar muitos fabricantes que trabalham com metais leves e pesados. Engana-se quem imagina que essa tecnologia é novidade. O processo existe desde 1953, afirma o gerente comercial da Engemai. Pela história linear, mais precisamente, em 1955, foi apresentada, na Feira de Milão, a máquina para eletroerosão Charmilles, utilizando servomecanismo hidráulico. Em 1969, desenvolveu-se a primeira máquina de eletroerosão por fio servo controlada com controle numérico. As primeiras máquinas para eletroerosão a Fio foram expostas para comercialização em meados de 1971. De acordo com a Engemai, no Brasil, os principais fabricantes de máquinas de eletroerosão nacionais (Altec, Isotron, IBH, AEGElotherm, Engemaq e Infresa) se estabeleceram nas décadas de 70 e 80. Atualmente aumentou-se a demanda por processos de fabricação com alta precisão, fácil operação e aumento da longevidade de ambas as partes (máquina e peça produzida). Os processos de eletroerosão satisfazem todos esses requisitos. A fabricação com precisão de geometrias complexas pode ser facilmente realizada com mínimas operações. Resumidamente, a eletroerosão baseia-se na destruição de partículas metálicas por meio de descargas elétricas. Este trabalho tem a intenção de apresentar três tipos de processos de eletroerosão, proporcionando uma visão geral dos fundamentos, características e usos práticos. 2 Eletroerosão por penetração 2.1 Definição O processo mais comum de eletroerosão baseia-se na penetração do eletrodo na peça. O eletrodo é a ferramenta responsável por produzir a erosão na superfície da peça. Para que esse processo ocorra é necessário que a ferramenta e a peça a ser usinada sejam bons condutores de corrente elétrica. Peça e eletrodo são mergulhados num recipiente que contém um fluido isolante, chamado dielétrico. Em geral, são utilizados como dielétricos o óleo mineral ou o querosene. O querosene requer cuidados especiais, pois é inflamável e exala um odor forte, prejudicial à saúde e ao ambiente. Página |4 Eletroerosão Figura 1 – Representação esquemática de uma máquina de eletroerosão por penetração. (Fonte: http://www.mapeng.net/news/mechanical_English_article/2013/8/mapeng_138684784858.ht ml) Tanto a peça como o eletrodo estão ligados a uma fonte de corrente contínua. Geralmente, o eletrodo tem polaridade positiva (cátodo) e a peça, polaridade negativa (ânodo). Ao ser ligado a fonte de energia, forma-se uma tensão elétrica entre o eletrodo e a peça. De início, 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, fundindoa (Figura 01). 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. 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) e depende da intensidade da corrente aplicada. O GAP é o Página |5 Eletroerosão 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. A duração da descarga elétrica e o intervalo entre uma descarga e outra são medidos em microssegundos e controlados por comandos eletrônicos. Descargas sucessivas, ao longo de toda a superfície do eletrodo, fazem a usinagem da peça. A frequência 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. 2.2 Eletrodos 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, cobre tungstênio e cobre sinterizado. Eletrodos feitos desses materiais caracterizam-se por apresentarem ótimo acabamento e mínimo desgaste durante o processo de eletroerosão. Entre os materiais nãometálicos, 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. Página |6 Eletroerosão Peças retangulares e cilíndricas, de dimensões padronizadas, são encontradas no comércio. Quando se trata de eletrodos de perfis irregulares e complexos, 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 etc. As Figuras 02 e 03 a seguir mostram exemplos de eletrodos. Figura 2 – Fresagem de um eletrodo de cobre a ser usado para a fabricação de uma matriz de molde de fivelas de plástico. (Fonte: http://www.coroflot.com/zeeshaninsight/mold-making) Página |7 Eletroerosão Figura 3 – Eletrodo em cobre de uma matriz de molde para produção de tampas de caneta. (Fonte: http://www.burilart.com.br/?pg=produtos&cat=6&sub=6) 2.3 A máquina As máquinas de eletroerosão por penetração apresentam a seguinte configuração básica: O painel de comando e gerador de potência (lado direito da Figura 04) é o local onde são determinados todos os parâmetros de usinagem. O cabeçote é o local onde é fixado o eletrodo ou, eventualmente, a peça. Ele fica preso à coluna da máquina e tem movimentação vertical. O tanque de usinagem é o recipiente onde a peça e o eletrodo permanecem submersos durante o processo de eletroerosão. A mesa de usinagem é o local onde a peça é apoiada. Permite fazer dois tipos de avanço: longitudinal e transversal. O reservatório de dielétrico e sistema de filtragem é o recipiente onde fica armazenado o fluido isolante e onde é feita a limpeza dos resíduos gerados no processo. A base é o conjunto que abriga motores e todos os sistemas de transmissão. Página |8 Eletroerosão Figura 4 – Componentes principais de uma máquina de eletroerosão por penetração. (Fonte: http://szbaoma.en.made-in-china.com/) As máquinas CNC de eletroerosão por penetração têm a troca automática de ferramentas, permitindo um longo tempo de execução autônoma, uso de múltiplos eletrodos para remoção áspera e fina de material, controle orbital para o alargamento da cavidade, e capacidade de contorno. 2.3.1 A escolha do eletrodo Para usinar um furo quadrado no bloco prismático, por exemplo, o eletrodo pode ser de cobre eletrolítico, um material apropriado para a eletroerosão do aço. As medidas nominais (mn) do eletrodo são as mesmas da cavidade a ser produzida. Mas um eletrodo com as mesmas dimensões da cavidade produziria um desbaste maior que o desejado. Por isso, é necessário calcular as medidas finais (mf) do eletrodo levando em consideração:  O comprimento da centelha (GAP); Página |9 Eletroerosão  A rugosidade (r) desejada na superfície da peça em mm;  O coeficiente de segurança (cs). Geralmente é em torno de 10% do valor da tolerância dimensional da peça. Dependendo do trabalho a ser realizado, dois tipos de eletrodo podem ser necessários: o eletrodo de desbaste e o eletrodo de acabamento. A fórmula para o cálculo da medida final do eletrodo de desbaste é: 𝑚𝑓 = 𝑚𝑛 − (2 . 𝐺𝐴𝑃 + 2 . 𝑟 + 𝑐𝑠) (Equação 01) A medida da espessura do eletrodo não irá interferir na usinagem, uma vez que a profundidade do rebaixo será regulada pela descida do cabeçote. A fórmula para o cálculo da medida final do eletrodo de acabamento é: 𝑚𝑓 = 𝑚𝑛 − (2 . 𝐺𝐴𝑃 + 2 . 𝑟) (Equação 02) A lavagem, isto é, a circulação do dielétrico entre o eletrodo e a peça usinada, é muito importante porque, durante a usinagem, partículas erodidas tendem a acumular-se em pontos da superfície do eletrodo e da peça. O acúmulo de grandes quantidades de partículas acarreta diminuição da resistência elétrica, facilitando a formação de descargas anormais, que danificam a peça e o eletrodo. Para obter maior rendimento, melhor acabamento e menor desgaste do eletrodo, um sistema eficiente de limpeza deve remover essas partículas da zona de trabalho. No início da usinagem, o dielétrico encontra-se limpo, isento de partículas e resíduos carbonados, pois foi filtrado no reservatório de dielétrico. A resistência do dielétrico limpo é maior do que se ele estiver carregado de partículas. Portanto, para romper esta resistência, de modo a permitir que a primeira descarga ocorra, é necessário um tempo maior. As partículas criadas pelas primeiras descargas reduzem as resistências do dielétrico, melhorando as condições de trabalho. Por isso, a pressão de limpeza não pode ser muito leve, nem muito potente, pois o melhor rendimento da máquina é obtido com uma certa porcentagem de contaminação do dielétrico. 2.3.2 Processos de recirculação do dielétrico O dielétrico, além de funcionar como isolante e permitir GAPs pequenos para a ocorrência de descargas elétricas, remove as partículas já desprendidas da peça. Há vários P á g i n a | 10 Eletroerosão processos e dispositivos de limpeza. A escolha do processo apropriado depende das características da peça e do eletrodo. 2.3.2.1 Limpeza por injeção Nesse processo, a injeção do líquido dielétrico é feita com pressão localizada abaixo da peça, por intermédio de um depósito (caneca) ou por dentro do eletrodo, com os da Figura 05. No primeiro caso, a peça tem de ser furada e, no segundo caso, o eletrodo tem de ser furado, para possibilitar a passagem do dielétrico. Figura 5 – Injeção do líquido dielétrico sob pressão a baixo da peça (imagem à esquerda) ou por dentro do eletrodo (imagem à direita). (Fonte: Telecurso 2000 – Aula 69 de Processos de fabricação) 2.3.2.2 Limpeza por aspiração ou sucção O dielétrico é aspirado por baixo da peça, através de um recipiente ou do eletrodo (Figura 06). P á g i n a | 11 Eletroerosão Figura 6 Limpeza por sucção do dielétrico. (Fonte: Telecurso 2000 – Aula 69 de Processos de fabricação) 2.3.2.3 Limpeza por jato lateral Este processo de limpeza deve ser utilizado se não for possível fazer pelo menos um orifício no eletrodo ou na peça. A injeção do líquido é feita por bicos posicionados de forma que garantam alcance de toda a superfície de trabalho (Figura 7). Figura 7 Limpeza por jateamento lateral do dielétrico. (Fonte: Telecurso 2000 – Aula 69 de Processos de fabricação) 2.3.2.4 Limpeza por agitação do dielétrico É obtido por meio de pulsação do eletrodo. Quando o eletrodo é afastado, o volume de dielétrico na zona de trabalho aumenta rapidamente, provocando a entrada de líquido limpo que se mistura ao contaminado. Quando o eletrodo se movimenta, as partículas são eliminadas. 2.3.2.5 Limpeza por fluxo transversal Usado quando o eletrodo for rígido e a situação permitir a realização de vários furos para limpeza. P á g i n a | 12 Eletroerosão 2.3.2.6 Limpeza combinada Combina o processo de aspiração e o de injeção. Permite o escoamento dos gases e das partículas gerados no processo e proporciona a circulação do dielétrico em toda a zona de usinagem. 2.3.3 Ajuste de polaridade Em geral, a polaridade do eletrodo é positiva e a da máquina, negativa. Mas, dependendo do material do eletrodo e das características da peça, pode ser necessário inverter a polaridade, como mostra a Tabela 01 a seguir. Tabela 1 - Ajuste das polaridades do eletrodo e da peça. (Fonte: Telecurso 2000 – Aula 69 de Processos de fabricação) Outro caso de inversão de polaridade ocorre quando não é possível fixar a peça na mesa. Nesse caso, ela de ser fixada no porta-eletrodo, que tem polaridade positiva. 2.3.4 Preparação da máquina Antes de ligar a máquina, é necessário fazer alguns ajustes nos parâmetros de usinagem, fixar corretamente o eletrodo no porta-eletrodo e a peça na mesa de coordenadas, e abastecer o tanque de usinagem de dielétrico. Boa parte dos comandos para operação da máquina são transmitidos por meio do painel de controle. Dentre esses comandos, a função do seletor de amperagem é regular a intensidade da corrente elétrica desejada, para cada tipo de trabalho, de acordo com: área de erosão, material do eletrodo e material da peça. Quanto maior a amperagem, maior o volume de material erodido. A Tabela 02 a seguir traz os coeficientes para cálculo de amperagem, de acordo com o material do eletrodo e o material a ser usinado. P á g i n a | 13 Eletroerosão Tabela 2 - Coeficientes para cálculo de amperagem. (Fonte: Telecurso 2000 – Aula 69 de Processos de fabricação) Para o cálculo da amperagem (I), utiliza-se a seguinte fórmula: 𝐼 = á𝑟𝑒𝑎 𝑎 𝑠𝑒𝑟 𝑒𝑟𝑜𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑥 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑎𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑔𝑒𝑚 (Equação 03) Os fabricantes de máquinas de eletroerosão fornecem tabelas práticas, como a Tabela 03, que permitem identificar os parâmetros de usinagem a partir da intensidade de corrente aplicada. Tabela 3 - Tabela prática usando eletrodo de cobre e peças de aço. (Fonte: Telecurso 2000 – Aula 69 de Processos de fabricação) Considerando o valor da rugosidade desejada e a intensidade da corrente a ser usada (Equação 03), basta localizar na tabela os parâmetros associados a estes valores. Os parâmetros encontrados são: tempo de impulso (em microssegundos), tempo de pausa (em microssegundos), GAP (ajuste no seletor de amperagem), capacidade de erosão, porcentagem de desgaste do eletrodo, área mínima de erosão, e a diferença entre a medida final e a medida do eletrodo de acabamento. Outros comandos podem ser transmitidos por um dispositivo acoplado na máquina, chamado chaves de comando (Figura 08). Este dispositivo tem um potenciômetro com três estágios, que permite controlar a subida rápida do cabeçote, o ajuste do cabeçote durante a P á g i n a | 14 Eletroerosão operação de centragem e o trabalho com limpeza automática. Um outro botão permite um comando fino de subida e descida do cabeçote por movimento hidráulico. Figura 8- Chaves de comando em uma máquina de eletroerosão. (Fonte: Telecurso 2000 – Aula 69 de Processos de fabricação) O próximo passo é a fixação do eletrodo (lado esquerdo da figura 09), de modo a impedir que ele venha a se soltar durante a usinagem. O eletrodo deve ser fixado de forma que facilite o posterior posicionamento. O alinhamento do eletrodo é feito por meio de um relógio comparador (lado direito da figura 09), fixado a uma haste articulada presa na mesa da máquina a uma base magnética. Figura 9 – Fixação do eletrodo no cabeçote; Alinhamento do eletrodo por meio de um relógio comparador. (Fonte: Telecurso 2000 – Aula 69 de Processos de fabricação) A fixação da peça na mesa de coordenadas também é necessária, para que ela não se desloque durante a usinagem. O alinhamento da peça também deve ser verificado com a ajuda de um relógio comparador. Se for necessário, podem ser usados calços apropriados para elevar a peça até a altura desejada. P á g i n a | 15 Eletroerosão Uma vez que tanto o eletrodo como a peça estejam devidamente fixados, o próximo passo é posicionar o eletrodo no ponto onde ocorrerá a usinagem. Esta operação é muito importante para garantir a exatidão da usinagem. Para localizar o eletrodo, devem ser tomados dois pontos de referência: x e y, o primeiro no sentido longitudinal, e o segundo no sentido transversal (Figura 10). Figura 10 – Posicionando o eletrodo no ponto onde ocorrerá a usinagem. (Fonte: Telecurso 2000 – Aula 69 de Processos de fabricação) 2.3.5 Ligando a máquina Antes de ligar a máquina, algumas precauções devem ser tomadas:  O eletrodo deve ser afastado verticalmente.  O tanque de usinagem deve ser fechado. Mas antes é necessário limpar a área de trabalho, removendo peças ou ferramentas desnecessárias, caso contrário elas poderão fechar o curto-circuito entre a mesa e o tanque de usinagem.  O tanque de usinagem deve ser enchido com o dielétrico. É importante manter o nível do dielétrico de 50 mm a 70 mm acima da superfície da peça, para evitar a combustão dos gases do dielétrico. Com a máquina ligada e o botão de controle do painel de comando na posição de centragem, para evitar choque elétrico, o eletrodo deve ser aproximado da peça até que se observe um centelhamento ou, conforme a máquina, soe um alarme sonoro ou se acenda uma lâmpada. A regulagem da profundidade desejada é feita no dispositivo limitador de profundidade (Figura 11). P á g i n a | 16 Eletroerosão Figura 11 – Dispositivo limitador de profundidade. (Fonte: Telecurso 2000 – Aula 68 de Processos de fabricação) Caso a máquina disponha de um sistema de leitura digital, esta medida vertical (z) bem como as medidas longitudinal (x) e no sentido transversal (y) são obtidas com extrema exatidão. Esta operação serve para regular a profundidade da erosão, indispensável para que se obtenha a profundidade desejada, tanto na operação de desbaste como na operação de acabamento. Quando o eletrodo atinge a profundidade estabelecida, a máquina desliga-se automaticamente e o eletrodo volta ao ponto inicial. Mesmo que se trate de usinagem de cavidade passante, é necessário regular a profundidade para evitar danos na mesa ou nos dispositivos utilizados. Terminada a operação de eletroerosão, o dielétrico do tanque de usinagem deve ser drenado e a peça e o eletrodo devem ser retirados. 3 Eletroerosão a fio 3.1 Definição Para certas finalidades, como a usinagem de cavidades passantes e perfurações transversais em peças temperadas para estampagem ou extrusão, é preferível usar o processo de eletroerosão a fio. Os princípios básicos da eletroerosão a fio são semelhantes aos da eletroerosão por penetração. A diferença é que, neste processo, um fio de latão ionizado atravessa a peça submersa em água deionizada, 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. P á g i n a | 17 Eletroerosão O corte a fio é programado por computador, que permite o corte de perfis complexos e com exatidão, como o da Figura 12. Um detalhe importante; este tipo de máquina não substitui a eletroerosão por penetração, pois é indicada apenas para cavidades passantes. Figura 12 – Representação do corte de um perfil hexagonal em uma máquina de eletroerosão a fio. Um sistema de acionamento renova constantemente o fio durante a operação, com isso, diminuindo o problema de desgaste do eletrodo. Diâmetros típicos do fio variam de 0,002 a 0,013 polegadas(0,0508 a 0,3302 mm aproximadamente). Esses fios irão produzir um corte ligeiramente maior do que o próprio diâmetro. Por exemplo, um fio de 0,012 polegadas irá deixar um corte de 0,015 polegadas, apenas 0,003 polegadas a mais. A máquina de eletroerosão a fio são automatizadas, podendo ficar por longos períodos em operação sem a necessidade da presença do operador. Os quatro subsistemas básicos deste processo incluem:  A fonte de corrente contínua;  O sistema de dielétrico;  O sistema de acionamento do fio;  O sistema de posicionamento da peça. Como na eletroerosão por penetração, a lavagem com fluido dielétrico é importante. Em alguns casos, tanto o fio como a peça são completamente submersas. No entanto, isso pode causar corrosão eletrolítica em algumas regiões do material da peça. Como o eletrodo é muito fino, a potência usada é limitada e a taxa de remoção é baixa. A taxa de remoção é calculada em polegada quadrada por hora. P á g i n a | 18 Eletroerosão Uma máquina com dois graus de liberdade (eixos X e Y) apenas faz cortes em ângulos retos com a mesa de usinagem, ao passo que na CNC, o sistema de posicionamento com uma mesa de dois eixos pode realizar uma grande variedade de ângulos de corte. Máquinas com quatro eixos podem cortar ângulos cônicos e fazer cortes que resultam em perfis diferentes no topo e na base. Essa capacidade é necessária para fazer matriz de extrusão e válvulas de fluxo. O fio nunca toca a peça durante o corte. O sistema de servo que controla o fio mantém-no a uma distância aproximada de 0,001 polegadas (0,0254 mm). O fio corta ao longo de um caminho programado, com início em algum dos eixos da peça ou em um furo perfurado para este propósito. Quantidades grandes de peças a serem cortadas podem ser empilhadas para realizar o processo apenas uma vez. 3.2 Materiais A eletroerosão a fio permite usinar qualquer material que seja condutor elétrico, independente da dureza. Desde metais comuns como aço-ferramenta, alumínio, cobre e grafite até ligas especiais incluindo Hastelloy® (liga metálica de alta resistência a corrosão), Waspaloy® (superliga à base de níquel com endurecimento por envelhecimento austenítico), Inconel® (família de superligas à base de níquel-cromo e austenita), titânio, carboneto, diamante policristalino compacto e cerâmicas condutivas. 3.3 A máquina As máquinas de eletroerosão a fio são fabricadas em vários tamanhos e estilos para atender às necessidades do consumidor. Máquinas de grande escala podem usinar peças com mais de 4500 kg e realizar um corte com mais de 500 mm de espessura. As máquinas com Passagem de Fio Automática, do inglês Automatic Wire Threaders (AWT), são geralmente equipamentos padrões em muitos modelos. Além dos eixos X-Y da mesa, a máquina também possui deslocamentos em U e V, fornecendo movimentos para cortes cônicos (Figura 13). Muitas destas máquinas podem fazer cortes com inclinação de 20° a 30°, dependendo da espessura da peça. P á g i n a | 19 Eletroerosão Figura 13- Dois graus de liberdade da mesa da máquina nos eixos X e Y e do cabeçote nos eixos U e V. A máquina de eletroerosão a fio da Figura 14 representa a tecnologia atual. O sistema consiste de um controle CNC, fonte de energia com um circuito anti-eletrólise, passagem automática de fio, eixo Z programável, resfriador de água e sistema de filtração. Figura 14 - Excetek V650 Submerged Wire Cut EDM. Um sistema de eletroerosão a fio é composto por quatro principais componentes: 1. Controle Numérico Computadorizado (CNC) 2. Fonte de energia 3. Seção mecânica: mesa de trabalho, bancada, cabeçote, mandril, fixadores e mecanismo de movimentação do fio. P á g i n a | 20 Eletroerosão 4. Sistema dielétrico: o reservatório de água, onde ocorre a filtração e as condições da água (resistividade/condutividade) e temperatura são fornecidas e mantidas. 3.4 O eletrodo Os fios eletrodo são produzidos com processo rigoroso de trefilagem, com excelente resistência física, mecânica e elasticidade, proporcionando assim um ótimo rendimento de corte. Os fios variam quanto ao material que são feitos, podendo ser de aço inox, aço galvanizado, latão (Figura 15), molibdênio, latão tomback, cobre, entre outros. Figura 15 – Bobinas de fios de latão para eletroerosão. 4 Eletroerosão para furo rápido Este tipo de processo é designado para fazer furos de pequeno diâmetro, porém muito profundos. Esses furos podem ter uma relação entre profundidade e diâmetro de 30 para 1 ou maior. Este processo consiste em um eletrodo tubular com comprimento acima de 1 pé (304,8 mm), que é girado a uma velocidade aproximada de 100 RPM enquanto perfura a peça (Figura 16). Enquanto a descarga elétrica ocorre, a rotação ajuda no jateamento do dielétrico para a limpeza e proporciona um desgaste uniforme do eletrodo. P á g i n a | 21 Eletroerosão Figura 16 - Mitsubishi ED-2000M perfurando um furo fino. (Fonte: http://www.practicalmachinist.com/vb/metalcutting-machining/increasing-precision-smallhole-edm-drilling-208317/) 4.1 Eletrodo capilar Os eletrodos empregados nas máquinas de eletroerosão de furo rápido e penetração são chamados de eletrodos capilares. São feitos em cobre ou latão e estão disponíveis em: com 1 canal, multicanais ou maciço. Os comprimentos variam de 150, 300 ou 400 mm e os diâmetros variam de 0,30 mm a 10 mm ou em escala decimal. A tolerância varia entre +0/0,02 mm. Figura 17 - Eletrodos capilares e maciços para máquinas de http://www.intertechnikedm.com/site/tuboscapilareserosaoporpenetracao) furo rápido e EDM. (Fonte: P á g i n a | 22 Eletroerosão 5 Manutenção preventiva É necessário ficar atento às orientações do fabricante com relação à manutenção, que estão no manual da máquina. Como exemplo, os filtros de uma máquina de eletroerosão devem ser considerados durante uma revisão. A vida útil dos filtros é determinada pelo material que está sendo usinado. Na máquina, o operador sempre deve observar o relógio medidor de pressão. Nele informa o momento da troca, que deve ser feita de imediato. A função do filtro é de reter todo material que está sendo usinado. Se a troca não for feita, ele rompe por excesso de material acumulado no elemento filtrante. Desse modo, todo o sistema de funcionamento da máquina, inclusive a peça, é contaminado. Quando o operador faz a troca do filtro depois de ter deixado o anterior se romper, o novo jogo de filtros terá uma vida útil mais restrita. Isso porque terão que limpar todo sistema e reter o material que está sendo usinado. Por isso, podemos dizer que o tempo médio de vida útil de um sistema de filtragem depende das trocas anteriores e da boa qualidade das peças. 6 Aplicações A eletroerosão é 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. A usinagem de peças com formatos complexos como o da Figura 17 é possível por meio da eletroerosão por penetração, onde o molde para esta peça pode ser produzido em uma só fase de operação. A Figura 18 apresenta um eletrodo “imprimindo” padrões em uma peça. Figura 18 - Formas complexas produzidas por eletroerosão (Fonte: Telecurso 2000 – Aula 68 de Processos de fabricação) P á g i n a | 23 Eletroerosão Figura 19 - Produção de molde por eletroerosão por penetração. (Fonte: http://www.coroflot.com/zeeshaninsight/mold-making) 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). As Figuras 19 a 22 mostram alguns exemplos de peças usinadas por eletroerosão a fio. Figura 20 Peças complexas fabricadas por eletroerosão a fio. (Fonte: Telecurso 2000 – Aula 68 de Processos de fabricação) P á g i n a | 24 Eletroerosão Figura 21 Peças complexas fabricadas por eletroerosão a fio. (Fonte: http://www.jobshop.com/techinfo/papers/wireedmshorthistory.shtml) Figura 22 – Medalha de ouro das Olimpíadas de Inverno de Sochi (Rússia) de 2014. O processo de Eletroerosão a fio foi usado para fazer os cortes centrais em formato de losango onde estão localizados as partes em policarbonato. (Veja as etapas de fabricação desta medalha olímpica em: https://www.youtube.com/watch?v=0LrvckN- 8cI&index=9&list=PLGlZ2VSfdEP5sYBiNWNekedcVXw3xPFYH) P á g i n a | 25 Eletroerosão Figura 23 Operação de acabamento de uma peça em uma máquina de micro eletroeroção a fio com mesa rotativa. (Fonte: http://2012.industrie-expo.com/~EDM-SERVICE/exhibitor- sheet~ohrslsdyb~35040) Portanto as principais características da eletroerosão a fio são:  A eletroerosão a fio é um método para cortar materiais condutivos com um fino eletrodo que segue um caminho programado;  Há 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. P á g i n a | 26 Eletroerosão 6.1 Materiais Os materiais trabalhados com eletroerosão incluem aço temperado, carboneto, diamante policristalino, titânio, aços laminados a quente e a frio, cobre, bronze e ligas de alta temperatura. No entanto, qualquer material para ser usinado pelo processo de eletroerosão deve ser condutor de eletricidade. 6.2 Surgimento de camadas Ao final do processo, a peça apresenta algumas camadas distintas (Figura 24). A camada de superfície possui pequenos glóbulos de metal removido da peça e partículas do eletrodo aderidas a esta, que podem ser facilmente retirados. A segunda camada é a camada branca ou camada refundida, onde o processo da eletroerosão alterou a estrutura metalúrgica da peça. Diamante policristalino (PCD – Polycrystalline diamond) A terceira camada é a camada termicamente afetada ou camada recozida. Essa camada foi aquecida, mas não fundida. Todas essas condições da superfície foram afetadas pelo(s):  Ciclos dos tempos de liga/desliga da máquina;  O ciclo de trabalho, que é a taxa de tempo que a máquina ficou ligada relativo ao tempo do ciclo total;  A distância da folga entre a peça e o eletrodo. PCD é um compósito de partículas de diamante sinterizado com um ligante metálico. O diamante é o mais duro e, portanto, o mais resistente à abrasão de todos os materiais. Como uma ferramenta de corte, ele tem boa resistência ao desgaste, porém falta estabilidade química em altas temperaturas e se dissolve facilmente em ferros. Figura 24 - Superfícies submetidas a desbaste por eletroerosão, ao serem seccionadas, apresentam diversas áreas características (Fonte: http://www.moldesinjecaoplasticos.com.br/usinagemporeletrorosao.asp) P á g i n a | 27 Eletroerosão 7 Vantagens Os processos tradicionais de usinagem geram calor e tensões na superfície usinada, produzem enormes cavacos e afetam as características estruturais da peça. Não são adequados, portanto, para produzir superfícies de alta qualidade, praticamente sem distorções e sem alterações microestruturais. Já na usinagem por eletroerosão, a peça permanece submersa em um líquido e, portanto, há rápida dissipação do calor gerado no processo. Na eletroerosão não existe força de corte, pois não há contato entre a ferramenta e a peça. Por isso não se formam as tensões comuns dos processos convencionais de usinagem. Esse processo permite usinar materiais endurecidos como aço temperado, carbonetos metálicos e titânio. Uma vantagem adicional é a automatização das máquinas de eletroerosão, que permite a obtenção de estreitos limites de tolerância. No processo de eletroerosão, 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. 8 Desvantagens  O processo de usinagem por eletroerosão só trabalha com materiais que são eletricamente condutivos;  Baixa taxa de remoção de material comparado com usinagens mais baratas;  A produção de superfícies com camadas refundidas;  Dificuldades no descarte dos fluidos utilizados no processo;  Necessidade de um tempo de espera para produzir eletrodos consumíveis com formatos específicos (Eletroerosão por penetração);  Possibilidades do surgimento de chamas repentinas no fluido dielétrico se o nível do líquido estiver muito baixo. A fumaça pode ser irritante aos olhos, pulmões e pele, mas pode ser controlada com dispositivos coletores de fumaça. 9 Referências [1] TELECURSO 2000 PROFISSIONALIZANTE. Mecânica: Processos de Fabricação. Aulas 68 e 69. São Paulo. 1997. [2] SANDVIK. Diamante policristalino. Acesso em 17 de agosto de 2015. [3] SOCIETY OF MANUFACTURING ENGINEERS. Electrical Discharge Machining. Disponível em: Acesso em 13 de julho de 2015. [4] MOULTON, Donald B. Wire EDM “The fundamentals”. In: EDM Network Inc. Disponível em: Acesso em 13 de julho de 2015. [5] REVISTA MEIO FILTRANTE ON-LINE. Filtros para máquinas de eletroerosão. Acesso em 19 de outubro de 2015. [6] REVISTA O MUNDO DA USINAGEM [on-line]. Edição 03: São Paulo, Sandvik Coromant do Brasil, 2010 [cited 25 de outubro de 2015]. Disponível ISSN 1518-6091 em: