Já todos repararam no efeito destruidor dos relâmpagos. Na época dos romanos dizia-se que o Deus Vulcano forjava espadas, sendo a trovoada as pancadas do martelo e os relâmpagos as faíscas criadas pela força das pancadas. Esta analogia não está muito longe do processo de electroerosão.
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| Figura 1 | Um relâmpago é a energia fornecida por um eléctrodo (nuvem), através de um dieléctrico (ar), para a peça (objecto mais próximo) |
No ano de 1770 o Inglês Priestley observou o efeito destruidor das descargas eléctricas sobre os metais condutores de calor e electricidade.
Mas apenas em 1943, os soviéticos B.R. e N.I. Lazarenko tiveram a ideia de aproveitar o efeito destruidor das descargas eléctricas e desenvolver um sistema de maquinação controlada. Sabe-se perfeitamente que, quando se desliga um interruptor, uma faísca salta entre os dois contactos. Esta faísca ou descarga eléctrica vai destruindo pouco a pouco os contactos destes interruptores.
Para abrandar este efeito destruidor, submergiram os dois eléctrodos num líquido dieléctrico, o qual reforça o potencial das descargas eléctricas. Desta forma, criam um gerador capaz de gerar uma sucessão de descargas eléctricas. Este gerador foi chamado de Circuito Lazarenko. Mais tarde foi chamado de Gerador de Relaxação.
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| Figura 2 | Circuito básico do gerador de relaxação |
O mundo industrial apenas se interessou por esta tecnologia em meados dos anos 50 quando apareceram as primeiras máquinas que tinham a única função de retirar brocas e machos partidos do interior das peças.
A grande evolução da EDM dá-se a partir de 1959, quando foi apresentada a primeira máquina equipada com um gerador de impulsos totalmente transistorizada.
Estes geradores criam impulsos eléctricos sucessivos, rectangulares que se aplicam a ambos eléctrodos (peça e ferramenta), os quais estão submersos num líquido dieléctrico. Desta forma vão-se produzindo uma série de descargas, todas elas iguais, que arrancam material da peça a trabalhar.
O aparecimento deste tipo de geradores permitiu obter grandes vantagens relativamente aos anteriores, nomeadamente uma maior velocidade de maquinação, um menor desgaste volumétrico do eléctrodo e uma maior uniformidade da rugosidade final das peças maquinadas por este processo.
DEFINIÇÃO
A electroerosão (EDM – Electric Discharge Machining), é um processo de maquinação em que o material é removido por acção de rápidas e sucessivas descargas eléctricas estabelecidas entre dois pólos, a ferramenta de trabalho (eléctrodo) e a peça a maquinar.
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| Figura 3 | EDM – Electric Discharge Machining |
O eléctrodo e a peça estão ligados a um gerador de impulsos eléctricos, o qual produz descargas de curta duração (2 a 2000 ms) que originam o efeito erosivo. Neste sentido, a maquinação por EDM requer eléctrodos e peças condutoras de electricidade, como é o caso de todos os metais e suas ligas, e também materiais à base de carbono, como a grafite.
PROPRIEDADES FUNDAMENTAIS DA EDM
A EDM não depende directamente das propriedades mecânicas dos materiais, como nos casos dos processos de corte convencionais, sendo possível maquinar tanto em aços recozidos como temperados e revenidos.
A possibilidade de maquinar aços depois de temperados e revenidos apresenta uma grande vantagem, eliminando a variação dimensional das peças provocado pelos tratamentos térmicos. É ainda possível a maquinação de materiais de elevada dureza como o carboneto de tungsténio, ligas de níquel e cobalto.
Outra propriedade fundamental da EDM é a sua grande aptidão para realizar geometrias extremamente complexas para serem feitas por processos convencionais de arranque de aparas.
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| Figura 4 | Exemplo de uma peça complexa realizada por EDM |
PRINCÍPIO FÍSICO DA EDM
A EDM baseia-se na destruição de partículas metálicas por meio de descargas eléctricas entre dois pólos (eléctrodo e peça), submergido num fluido isolante (dieléctrico). Cada descarga eléctrica (faísca) representa uma fonte de calor provocando uma fusão e ebulição pontual de ambos os pólos, os quais encontram-se separados por uma pequena distância designada por GAP (figura 2.3.).
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| Figura 5 | Esquema do GAP |
Ao longo dos anos foram propostas várias teorias sobre o princípio físico da electroerosão. Contudo, o modelo termoeléctrico é aquele que é, actualmente, mais aceite e o que mais se adapta aos ensaios experimentais já realizados.
A seguinte animação mostra passo-a-passo o modelo termoeléctrico durante um ciclo completo de electroerosão.
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| Figura 6 | Ciclo de electroerosão |
Na tabela abaixo descrevem-se os acontecimentos chave que decorrem em cada uma das fases do ciclo de electroerosão, conforme a animação acima apresentada.
| O eléctrodo sob tensão aproxima-se da peça a maquinar. A distância entre eles é dada pelo GAP que está preenchido por dieléctrico. Embora sendo um fluido isolante, um potencial eléctrico suficientemente elevado pode provocar a ionização do dieléctrico em partículas com carga eléctrica, permitindo o estabelecimento de uma corrente eléctrica entre o eléctrodo e a peça. O campo eléctrico é maior no ponto em que a distância entre o eléctrodo e a peça é menor. É possível observar que a voltagem aumenta, enquanto que a intensidade de corrente se mantém a zero. |
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| À medida que o número de partículas iónicas aumenta, o poder isolante do fluido dieléctrico diminui ao longo de um canal centrado no ponto de maior campo eléctrico. A voltagem atingiu o valor máximo, mas a intensidade de corrente continua a zero. | |
| Ao estabelecer-se uma corrente eléctrica entre o eléctrodo e a peça, o dieléctrico torna-se cada vez menos isolante. A voltagem diminui e a intensidade de corrente aumenta. | |
| O aumento da intensidade de corrente (e diminuição de tensão) provoca um aumento do calor transmitido. O calor vaporiza algum dieléctrico, peça e eléctrodo. É estabelecido um canal de descarga entre o eléctrodo e a peça. | |
| Forma-se uma bolha de gás que tenta expandir-se, mas é limitada pelos iões que são atraídos pelo forte campo electromagnético gerado pelo canal de descarga. A intensidade de corrente continua a aumentar. | |
| Com a aproximação do fim do impulso eléctrico, o calor e a pressão no interior da bolha de gás atingem valores máximos e algum material é removido. O material situado directamente por baixo do canal de descarga encontra-se no estado fundido, mas não disperso devido à pressão exercida pela bolha de gás. | |
| Uma vez interrompido o impulso eléctrico, a temperatura diminui abruptamente e dá-se o colapso da bolha de gás provocando a expulsão do material fundido. | |
| É efectuada a limpeza por parte do dieléctrico, bem como da tempera do fundido que não foi disperso. O material expelido solidifica-se sob a forma de esferas minúsculas, enquanto que o gás se eleva até à superfície do eléctrodo. |
Os passos anteriormente descritos correspondem a apenas um ciclo de EDM. Saliente-se que durante um segundo é possível ocorrer 250000 ciclos de EDM.
TIPOS DE EDM
A electroerosão pode dividir-se em três grandes categorias como mostra a figura 7:
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Penetração por electroerosão |
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Corte por electroerosão |
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Rectificação por electroerosão |
Pode-se ainda salientar uma quarta categoria – fresagem por EDM, sendo, no entanto, um processo pouco usual.
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| Figura 7 | Tipos de EDM |
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