As máquinas de EDM por penetração são normalmente equipadas com os seguintes elementos:
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Uma bancada ou estrutura que serve de base para os elementos do sistema; |
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Um cabeçote que está fixo à coluna da bancada; |
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Uma mesa de trabalho rodeado por um tanque de lavagem; |
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Uma unidade de filtragem com um sistema de circulação de dieléctrico, filtragem e arrefecimento; |
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Um gerador de impulsos incorporado na bancada ou num armário à parte junto à máquina; |
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Uma unidade de comando numérico. |
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| Figura 7 | Representação esquemática de uma máquina EDM |
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| Figura 8 | Fotografia de uma máquina EDM (cortesia CENFIM) |
BANCADA OU ESTRUTURA
Constitui o esqueleto da máquina. Serve de suporte para o cabeçote e a mesa e está rodeado por um tanque de lavagem destinado a receber fluido dieléctrico. A mesa e o cabeçote devem estar dispostos por forma a facilitar as manobras que ocorrem entre eles, bem como a troca de eléctrodos.
CABEÇOTE
O cabeçote de uma máquina EDM é um elemento essencial da mesma e é constituído por um sistema mecânico automático complexo. A parte principal do cabeçote é o servo mecanismo que actua sobre o pistão do porta eléctrodo e que assegura o deslocamento vertical do eléctrodo com elevada precisão.
MESA DE TRABALHO E TANQUE DE LAVAGEM
A mesa de trabalho é o local onde é colocada a peça a maquinar. Esta encontra-se rodeada por um tanque de lavagem destinado ao fluido dieléctrico.
Durante a operação de electroerosão, o nível de fluido dieléctrico deve estar entre 50 a 100 mm (dependendo da potência do gerador) acima do ponto de maquinação. Normalmente os tanques de lavagem estão equipados com dispositivos automáticos que interrompem os impulsos eléctricos, quando o dieléctrico se encontra a um nível inferior àquele que foi estabelecido pelo operador. Actualmente os tanques também vêm equipados com sensores que accionam um alarme em caso de fogo.
UNIDADE DE FILTRAGEM
Os elementos principais que constituem a unidade de filtragem são:
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O reservatório; |
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A bomba; |
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O filtro. |
O volume do reservatório de dieléctrico depende da potência do gerador e normalmente corresponde 2 a 3 vezes o volume do tanque de lavagem. Nalgumas máquinas EDM, o reservatório é dividido em dois depósitos: um com dieléctrico por filtrar e outro com dieléctrico já filtrado. Deste modo, grande parte da separação das partículas contaminantes do dieléctrico, é efectuada no depósito sujo devido à força da gravidade.
A bomba eleva o fluido desde o reservatório até ao tanque de lavagem enquanto que o sistema de filtragem remove as partículas produzidas pela electroerosão.
GERADOR
O gerador é outra parte fundamental da máquina EDM. O início da descarga eléctrica é caracterizada por uma voltagem na ordem dos 20V que é independente da intensidade de corrente. Esta é imposta pelo gerador que também tem a função de estabelecer o final de descarga e a promoção da sua repetição ao fim de um tempo de pausa pré-determinado (tempo de pausa – t0).
As quatro funções essenciais do gerador são pois:
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Fornecer uma tensão em vazio que provoque a descarga e outra que a mantenha; |
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Limitar a intensidade de corrente; |
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Limitar a duração da descarga; |
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Impor a frequência de repetição das descargas. |
UNIDADE DE COMANDO NUMÉRICO
Na década de 80, as máquinas EDM foram equipadas com computadores programáveis que substituíram as operações manuais, por parte do operador, durante a maquinação.
As coordenadas de trabalho X, Y e Z eram introduzidas no computador que controlava o movimento do cabeçote. Utilizando geradores adaptativos era possível monitorizar as condições no interior do GAP e efectuar ajustes automáticos no sentido de manter as condições de funcionamento estáveis.
Actualmente, o controlo computorizado inclui a avaliação de todos os parâmetros de trabalho. O ajuste automático da amperagem, do tempo de pausa, do servo e de todos os outros parâmetros, permite a obtenção de melhorias significativas da eficiência de maquinação como também da superfície de acabamento.
As máquinas EDM dispõem ainda de mecanismos de selecção e mudança automática de ferramenta, permitindo uma maquinação contínua sem intervenção por parte do operador.
LÍQUIDO DIELÉCTRICO
Líquido Dieléctrico – Líquido não condutor de electricidade que se utiliza em EDM e no qual é mergulhada a peça.
As suas funções principais são:
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Isolar o eléctrodo e a peça possibilitando o estabelecimento de um canal de descarga muito concentrado para valores do GAP frontal reduzidos; |
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Remover as partículas erodidas ou provenientes da sua decomposição, de forma a melhorar a estabilidade da erosão, evitando curto circuitos, arcos eléctricos, etc.; |
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Refrigerar a peça e o eléctrodo, impedindo o desgaste excessivo do eléctrodo ou profundas alterações metalúrgicas da peça; |
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Evitar a entrada de ar e por sua vez a oxidação. |
Tipos de Dieléctricos
As propriedades mais importantes a ter em conta na escolha de um dieléctrico são: o ponto de inflamação, a viscosidade e a massa especifica.
Para além destas propriedades, os dieléctricos devem:
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Ser quimicamente neutros; |
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Conservar as suas propriedades em todas as condições de maquinação; |
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Ser de baixo custo; |
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Ter características térmicas adequadas para refrigerar a peça; |
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Não libertar vapores nocivos. |
A viscosidade é um parâmetro importante. Um óleo de viscosidade elevada não é conveniente para operações de acabamento, já que neste regime, os GAPS são muito pequenos e um líquido viscoso tem dificuldade em circular entre o eléctrodo e a peça. No caso das operações de desbaste, conseguem-se melhores rendimentos com dieléctricos mais espessos.
Durante a maquinação não é possível trocar um dieléctrico mais espesso, na fase de desbaste, por um menos viscoso, na fase de acabamento. Deste modo, é necessário ter em conta o tipo de trabalho pretendido por forma a escolher o dieléctrico mais conveniente para o processo.
| Normalmente para regimes de desbaste e GAPs grandes. Boa segurança contra incêndios. | |||
aproximadamente |
Normalmente para regimes de acabamento e GAPs pequenos devido à baixa viscosidade. | ||
| Alguns casos como as micro-erosões e geralmente utilizada nas máquinas de EDM por fio. | |||
ELÉCTRODO
Eléctrodo – Ferramenta de trabalho que se utiliza em EDM. Normalmente tem a forma da cavidade a maquinar.
Materiais para Eléctrodos
Em princípio qualquer material condutor pode ser utilizado para fabricar eléctrodos, mas a experiência demonstra que há materiais melhores que outros. Tudo depende do material da peça, do tipo de gerador e principalmente, dos resultados que se pretendem obter.
Há diversos materiais que dão muito bons resultados. No entanto, a obtenção de resultados sem olhar a meios pode tornar o processo inviável. Saliente-se que o preço de eléctrodo na fabricação por electroerosão de uma matriz ou de um molde, representa 55 a 60% do custo total. Logo, o preço do material bem como o custo de maquinação são sem dúvida factores muito importantes a ter em conta aquando da selecção do material ideal para o eléctrodo.
Classificação dos Materiais
Os materiais usados em eléctrodos podem dividir-se em dois grupos principais:
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Materiais metálicos; |
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Materiais não metálicos. |
Dentro dos primeiros, os mais utilizados são os seguintes:
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Cobre electrolítico; |
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Cobre ao chumbo ou ao crómio; |
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Cuprotungsténio; |
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Aço; |
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Latão; |
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Tungsténio; |
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Alumínio e ligas. |
No segundo grupo encontra-se a grafite.
| Cobre electrolítico | Material mais utilizado. Todas as aplicações em geral. | Elevada flexibilidade. Pode ser utilizado na fabricação de eléctrodos por estampagem. | Problemas de maquinação. Elevado peso específico (8.95 Kg/dm3). |
| Cobre ao chumbo | Todas as aplicações em geral. | A adição de chumbo ao cobre melhora significativamente a sua maquinabilidade. | O rendimento é menor e o desgaste do eléctrodo aumenta. |
| Cuprotungsténio | Especialmente utilizado para erosão de carbonetos e para peças de elevada precisão e micro-orifícios. | Elevado rendimento. Estabilidade dimensional. Desgaste reduzido. Solidez. Possibilidade de fabricação de eléctrodos por processos galvânicos. Erosão de peças com acabamentos muito finos. | Custo elevado. Elevado peso específico (15-20 Kg/dm3). Dimensões muito reduzidas do material no mercado. |
| Aço | Utiliza-se em casos excepcionais. | Maquinabilidade muito boa. | Elevado peso específico (7.8 Kg/dm3). Pouca estabilidade dimensional. Rendimento baixo (reduzido arranque de material e elevado desgaste do eléctrodo). As rugosidades conseguidas são muito altas. |
| Latão | Utiliza-se fundamentalmente em WEDM. | Maquinabilidade muito boa. | Rendimento muito baixo. Desgastes elevados. Arranque de material baixo. |
| Tungsténio | Maquinação de micro-orifícios. | Encontra-se no mercado fio de tungsténio perfeitamente calibrado dentro de tolerâncias inferiores a uma centéssima. Módulo de elasticidade elevado. | Custo elevado. Dimensões muito reduzidas do material no mercado. |
| Alumínio (ligas de) | Utiliza-se apenas em casos de eléctrodos muito volumosos. | Os eléctrodos podem ser fabricados por processos de maquinação convencionais. Muito económicos. | As peças apresentam maus acabamentos. Baixo rendimento do processo. |
O uso dos diversos tipos de grafite tem as seguintes vantagens:
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É insensível aos choques térmicos; |
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Conserva as suas qualidades mecânicas a altas temperaturas; |
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As suas deformações são praticamente nulas; |
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Pode-se maquinar facilmente; |
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Tem uma baixa densidade, o que reduz o peso dos eléctrodos; |
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Baixo custo, o que os torna especialmente económicos. |
E inconvenientes:
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São abrasivos; |
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Devem tomar-se precauções para proteger as guias das máquinas ferramentas; |
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A formação de pó durante a maquinação obriga a instalação de htmiração; |
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A grafite é frágil e precisa de cuidados especiais durante a fabricação dos eléctrodos, especialmente nas arestas; |
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Não pode ser reduzido com ácido. |
No quadro seguinte são apresentadas algumas indicações para a utilização dos diversos tipos de grafite.
| Grafite hiper-fina | Utilizado em eléctrodos para detalhes extremamente finos e difíceis de maquinar. Para acabamentos finos. | ||
| Grafite ultra-fina | Utilizado para eléctrodos cuja robustez é de importância crítica, para moldes de injecção de plásticos, furação de pequenos furos e na industria aeroespacial. | ||
| Grafite super-fina | Utilizado para grandes moldes, onde existem detalhes e o desgaste é um dos factores críticos. | ||
| Grafite fina | Utilizados para matrizes de forja e moldação, onde os detalhes e o acabamento da superfície não são fundamentais. | ||
Desempenho do material do eléctrodo em função do material a erodir
| Aço | ||||
| Carbonetos de tungsténio | ||||
| Materiais e ligas refractárias | ||||
| Titânio | ||||
| Grandes: centenas a milhares de cm2 | ||||
| Médios: dezenas a centenas de cm2 | ||||
| Pequenos: alguns cm2 | ||||
| Peças com detalhes pequenos | ||||
| Elevado acabamento superfial; Ra<= 1.5 µm) | ||||
| Precisão elevada (+/- 0.01 mm) | ||||
| 1 Grafite impregnada de cobre; 2O latão é preferível; 3Eléctrodos fabricados deposição electrolítica; 4 Grafite densa de grão fino ou hiper fino | ||||
| *** Bom; ** Aceitável; * Desaconselhável | ||||