¿Qué es la electroerosión por hilo y cómo funciona?

Cuando las personas piensan en el mecanizado, los tornos y las fresadoras pueden ser lo primero que imaginan. Aún así, hay una variedad de otros procesos de mecanizado que pueden ser incluso más adecuados para ciertas aplicaciones. Uno de estos métodos es el mecanizado por descarga eléctrica (EDM).

Este artículo proporcionará una visión más profunda de la función y las capacidades de un tipo particular de mecanizado por descarga eléctrica:electroerosión por hilo.

¿Qué es el mecanizado por descarga eléctrica de alambre?

La electroerosión por hilo es un tipo de electroerosión que utiliza un hilo que pasa de forma continua a través de la pieza de trabajo para cortar formas complejas con tolerancias estrechas y un corte mínimo. Este proceso es particularmente útil para cortar con precisión a través de materiales conductores que son tanto duros como gruesos, con algunas máquinas capaces de cortar materiales de más de 300 mm de espesor.

Las diferentes variedades de EDM utilizan los mismos principios operativos básicos, como discutimos en un artículo anterior. En esencia, un electrodo y un fluido dieléctrico trabajan juntos para desintegrar piezas microscópicas de la pieza de trabajo conductora usando electricidad. Si bien cada descarga eléctrica o chispa puede eliminar solo una pequeña cantidad de material, el proceso ocurre cientos de miles de veces por segundo.

En la electroerosión por hilo, un hilo increíblemente delgado actúa como cátodo mientras que la pieza de trabajo conductora actúa como ánodo. El cable corre entre dos guías capaces de moverse de forma independiente para crear formas únicas. Sin embargo, esto introduce algunas limitaciones en las capacidades del proceso, ya que el alambre generalmente debe pasar a través de toda la pieza de trabajo.

Al igual que otros tipos de EDM, el cátodo y el ánodo normalmente no hacen contacto físico. En cambio, la gran diferencia de potencial eléctrico (voltaje) entre el alambre y la pieza de trabajo provoca la ionización en el fluido dieléctrico, haciéndolo eléctricamente conductor.

En pocas palabras, el resultado es una chispa que se derrite o vaporiza y separa pequeñas piezas tanto del electrodo de alambre como de la pieza de trabajo, llamadas chips EDM. Estos chips microscópicos de EDM se lavan y se filtran en la circulación del fluido dieléctrico.

¿Cómo funciona la electroerosión por hilo?

Ejemplo de "Wire EDM" por LaurensvanLieshout
Dominio público, a través de Wikimedia Commons

Dado que el electrodo de alambre se daña durante la generación de chispas, debe alimentarse continuamente a través de la pieza de trabajo y reabastecerse. Asimismo, el fluido dieléctrico, típicamente agua desionizada en la electroerosión por hilo, se hace circular, se filtra y se desioniza para evitar que provoque chispas irregulares.

El sistema de hilo y el fluido dieléctrico constituyen los dos componentes principales de la electroerosión por hilo, que deben funcionar sincronizados para garantizar cortes eficientes y precisos y un acabado superficial de alta calidad.

El sistema de cables

El hilo en la electroerosión por hilo suele estar hecho de latón o cobre, a veces con un recubrimiento de zinc para mejorar la consistencia y la eficiencia. El cable es muy delgado, normalmente de 0,3 mm de diámetro o menos, por lo que el daño por erosión constante de las chispas lo desgasta rápidamente. Como tal, el alambre fresco debe alimentarse constantemente a través de la pieza de trabajo utilizando carretes que contienen varios kilómetros de alambre. El cable dañado se recicla al final del proceso.

El fluido dieléctrico

El agua desionizada tiene tres funciones principales en la electroerosión por hilo:

1. Proporcionar un medio para ayudar a controlar las poderosas chispas,
2. Enjuagar las virutas de EDM de la pieza de trabajo y el alambre, y
3. Enfriamiento de la pieza de trabajo para evitar un estrés térmico excesivo.

Cuando funciona correctamente, el agua desionizada debe actuar como un aislante entre el electrodo de alambre y la pieza de trabajo hasta que haya una diferencia de carga eléctrica suficientemente alta entre ellos. Esto permite una especie de caos controlado ya que las chispas en diferentes puntos tendrán "fuerzas" similares, creando un corte uniforme alrededor de la proximidad inmediata del cable. El exceso de contaminantes puede debilitar las propiedades aislantes del agua, lo que permite chispas más erráticas e inconsistentes.

Esta es también la razón por la cual el fluido dieléctrico debe eliminarse constantemente para evitar la acumulación de virutas e iones de EDM en el agua. Para que esto suceda de manera efectiva, la pieza de trabajo debe estar sumergida y tener un flujo constante de agua desionizada directamente a través del área de corte.

El fluido que fluye también extrae calor del área de corte para evitar el sobrecalentamiento que podría inducir tensión térmica en la pieza de trabajo. Especialmente en materiales muy gruesos, el flujo de fluido debe controlarse cuidadosamente para gestionar la zona afectada por el calor (HAZ) en la pieza de trabajo. Un estrés térmico excesivo podría causar microfisuras y propiedades alteradas del material cerca de la superficie cortada.

EDM por hilo:ventajas y limitaciones

Con una mejor comprensión de cómo funciona este proceso de fabricación, vale la pena crear un resumen de sus principales fortalezas y debilidades.

Los principales beneficios de usar electroerosión por hilo son que es:

• Uno de los métodos preferidos para cortar materiales muy duros, especialmente cuando el ángulo de corte no es perpendicular a la superficie de trabajo.
• Capaz de lograr tolerancias muy estrechas (dentro de ±0,012 mm), con un corte mínimo y sin conicidad en todo el corte.
• Adecuado para materiales muy delgados y muy gruesos sin afectar significativamente la calidad del corte ni causar distorsión en la pieza.
• Excelente para crear acabados superficiales de muy alta calidad, especialmente después de haber usado pasadas de desnatado para suavizar el rápido corte de desbaste inicial.
• Un proceso completamente CNC, lo que significa que los operadores generalmente solo se necesitan para cargar y descargar consumibles y piezas. Por lo tanto, el proceso puede ahorrar mano de obra.

Las principales limitaciones y deficiencias de la electroerosión por hilo son que:

• Solo compatible con materiales conductores.
• Por lo general, no es eficiente para usar con materiales heterogéneos, como polímeros reforzados con fibra de carbono, y materiales impuros, como acero barato para herramientas con grandes inclusiones.
• A veces requiere más tiempo que otros procesos adecuados, dependiendo de las condiciones.
• No es capaz de perforar orificios, lo que puede tener que iniciarse mediante otro proceso, como electroerosión por electroerosión, si así lo requiere el diseño.
• Potencialmente más costoso que alternativas como el corte por chorro de agua, especialmente cuando se trata del uso de consumibles.

Otra consideración puede ser que es posible que la electroerosión por hilo introduzca tensiones térmicas en la pieza de trabajo, cambiando las propiedades del material o induciendo microfisuras. Sin embargo, por otro lado, no imparte ninguna fuerza mecánica de corte sobre la pieza de trabajo.

¿Es Wire EDM el proceso adecuado para usted?

Si las posibles limitaciones enumeradas anteriormente no se aplican a su proyecto, la electroerosión por hilo demuestra ser un método excepcional para cortar materiales duros con espesores elevados. Este proceso es sinónimo de precisión, exactitud, consistencia y alta calidad.

Esto significa que la electroerosión por hilo se aplica regularmente para piezas con geometrías complejas y tolerancias estrictas, especialmente cuando se utilizan materiales avanzados. Los componentes frágiles de dispositivos médicos, las piezas aeroespaciales de precisión y las herramientas fabricadas con materiales particularmente duros como el titanio son excelentes aplicaciones para este proceso de fabricación.

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