¿Por qué cobre tungsteno? | Rendimiento EDM

Beneficios de las propiedades y composiciones de cobre y tungsteno

Gran parte del valor del cobre tungsteno para electrodos de mecanizado por descarga eléctrica (EDM) es el resultado de las propiedades mecánicas y físicas únicas de los materiales. Por ejemplo, la alta conductividad eléctrica del cobre y la resistencia al desgaste del tungsteno forman una combinación que optimiza la capacidad de fabricación.

Las diferentes composiciones de cobre de tungsteno también tienen un impacto en el rendimiento del electrodo EDM. Además, el éxito del proceso EDM está influenciado por las propiedades de la pieza de trabajo y los materiales del electrodo.

Métricas para el éxito de EDM

La elección de un material de electrodo depende en última instancia de su capacidad para interactuar productivamente con el material de la pieza de trabajo, así como del objetivo de producción particular. Algunas métricas comunes para medir el éxito de un trabajo de producción de EDM incluyen:

• Relación de desgaste de electrodos (EWR)
• Tasa de eliminación de material (MRR)
• Ra (promedio de rugosidad) acabado superficial

El tungsteno de cobre puede mejorar la EWR, debido tanto a su integridad estructural innata como a su resistencia al "arco de CC", una frustración común relacionada con la electroerosión. El MRR, o velocidad de corte , depende en gran medida de la interacción entre las propiedades del material y los parámetros de mecanizado.

Efectos de las propiedades materiales del cobre tungsteno

Con su excelente conductividad térmica, el cobre es la parte de la composición de tungsteno de cobre que impulsa la velocidad de corte. Entonces, ¿por qué no usar un electrodo de cobre puro? La respuesta es que el cobre electrolítico (puro) plantea enormes desafíos en cuanto a la capacidad de fabricación y las tasas de desgaste.

Sin embargo, la combinación de cobre con tungsteno mejora ambas condiciones, lo que produce un rendimiento general mucho mejor.

Curiosamente, la adición de tungsteno al cobre a menudo genera una capa refundida, comúnmente conocida como "capa negra", durante el proceso de EDM. Si bien esta capa en realidad puede mejorar la resistencia al desgaste, la acumulación adicional reduce ligeramente la conductividad térmica y, en última instancia, reduce el MRR.

Cobre-tungsteno como material compuesto

Materiales compuestos como cobre tungsteno no son verdaderas aleaciones. Más bien, son pseudoaleaciones formadas por un compuesto de dos materiales química o físicamente diferentes.

Los métodos de aleación tradicionales, que requieren que los materiales puros sean solubles, no son efectivos para el tungsteno de cobre. Esto se debe a que con puntos de fusión de aproximadamente 1981 °F (1083 °C) y 6152 °F (3400 °C) para el cobre y el tungsteno respectivamente, el cobre se evaporaría antes de que el tungsteno comenzara a derretirse.

A medida que la electroerosión ha ganado popularidad como un proceso de mecanizado no tradicional para fabricar matrices y moldes, especialmente en piezas de trabajo de carburo de tungsteno y acero para herramientas, los pulvimetalúrgicos han experimentado con diferentes métodos de fabricación para combinar tungsteno de cobre, como:

• Sinterización en fase líquida
• Moldeo por inyección de metales
• Prensado en caliente
• Aerosol de plasma al vacío
• Aleación mecánica

Porosidad y densidad de tungsteno de cobre

El material del electrodo de cobre y tungsteno se suele fabricar mediante un proceso de pulvimetalurgia. , en el que un "esqueleto" de tungsteno presinterizado poroso es infiltrado por cobre líquido. Por lo general, el proceso de prensado, sinterizado e infiltrado reduce el riesgo de porosidad, que es una preocupación clave para los fabricantes de electrodos y los maquinistas de electroerosión porque puede provocar una protuberancia en la cavidad de electroerosión.

Sin embargo, un compuesto de tungsteno de cobre completamente denso es casi imposible de fabricar. Esto se debe a que la diferencia en la contracción térmica entre el tungsteno sólido y el cobre fundido durante el enfriamiento posterior a la infiltración aún puede causar cierta porosidad residual.

Algunos estudios han demostrado que el uso de partículas de tungsteno a nanoescala recubiertas con polvo de cobre y una temperatura de sinterización más baja pueden mejorar la densidad del material final, reduciendo así el riesgo de poros, lagos de cobre y aglomerados de tungsteno.

De manera similar, también se ha observado que el prensado en caliente, un proceso más simple y rentable que implica calor y presión simultáneos, mejora la densidad.

Ajuste de la composición de cobre y tungsteno para aplicaciones EDM

Además de diferentes métodos de fabricación para mejorar la densidad y la microestructura, manipular la proporción de composición de cobre de tungsteno puede producir propiedades de rendimiento especializadas para aplicaciones EDM.

Generalmente, cuanto mayor sea el porcentaje de tungsteno, mayor será la EWR y la estabilidad de corte, pero a expensas de velocidades de corte más lentas. Por el contrario, cuanto más cobre, mejor es el acabado superficial y el MRR, pero con EWR reducido.

La composición más estándar de tungsteno de cobre es 30 % Cu y 70 % W. Sin embargo, la composición se puede personalizar según la aplicación, como 50 % W y 50 % Cu para interruptores sellados. Para electrodos de soldadura por puntos, es común 89 % W y 11 % Cu.

Parámetros de proceso de EDM para mejorar MRR

Debido a que EDM es un proceso térmico, podría inferir lógicamente que el aumento de la conductividad térmica aumentará el MRR. Sin embargo, es un desafío encontrar el "punto óptimo" donde la conductividad sea lo suficientemente alta como para mejorar las tasas de corte, pero no tan alta como para dejar el espacio de chispa vacío de calor.

Afortunadamente, existen modelos empíricos para determinar los parámetros del proceso en relación con las propiedades del material, lo que ayuda a identificar el punto óptimo del parámetro del proceso que producirá de manera eficiente piezas según las especificaciones.

Más importante aún, los estudios han demostrado que la conductividad térmica por sí sola no influye en la MRR . En cambio, la influencia de la conductividad térmica se realiza solo junto con la corriente máxima.

Eso significa que la combinación de la conductividad térmica del tungsteno de cobre y una chispa más fuerte e impactante permitiría una eliminación de material más rápida (aunque no bonita). Tenga en cuenta, sin embargo, que solo aumentar la corriente máxima sin aumentar también la conductividad comprometería el acabado de la superficie, debido a la combustión desigual más explosiva.

Picaduras y resistencia al arco de CC del tungsteno de cobre

Otro problema en EDM son las picaduras, que ocurren cuando el lodo del material de electrodo de EDM desgastado y el material de la pieza de trabajo removida no se filtran adecuadamente del fluido dialéctico.

• Cuando se acumulan suficientes partículas entre el electrodo y la pieza de trabajo, se puede convertir la corriente CA en corriente CC.
• Al actuar como un electrodo, los desechos atraen una chispa, que luego forma un arco a través del fluido y crea una descarga concentrada, lo que en última instancia provoca un hoyo en el material.

Este arco DC a menudo pasa desapercibido hasta que se produce la picadura. Dado que la causa más común son las malas condiciones de lavado, los maquinistas buscan sistemas y software de filtración de una micra que puedan responder a la detección de corriente continua y ajustar los parámetros de corte en consecuencia.

A veces, sin embargo, las malas condiciones de lavado pueden ser difíciles de evitar, especialmente para quemaduras particularmente difíciles. En estas situaciones, un electrodo de tungsteno de cobre puede ser muy beneficioso.

La integridad estructural del cobre puro puede producir acabados superficiales excepcionales, incluso sin circuitos de pulido especiales. Su resistencia general a la formación de arcos de CC combinada con el alto punto de fusión y la densidad del tungsteno lo convierten en un electrodo con alta resistencia al desgaste incluso en situaciones de lavado deficiente.

Rendimiento óptimo de cobre tungsteno en electroerosión

En EDM, la integridad estructural de un material determina su capacidad para soportar las miles de chispas diminutas a las que estará sujeto el material y, en última instancia, la calidad de la pieza de trabajo. Por lo tanto, un material de electrodo con la combinación correcta de propiedades puede significar la diferencia entre un trabajo bien hecho y uno desechado.

Es por eso que la alta conductividad eléctrica y la resistencia a la erosión del arco del cobre, en combinación con la excelente conductividad térmica y la resistencia al desgaste del tungsteno, hacen que el rendimiento sea óptimo como material de electrodo EDM.

Para obtener más información sobre el tungsteno de cobre y por qué podría elegirlo para sus aplicaciones relacionadas con EDM, descargue nuestro informe sobre materiales de electrodos de soldadura por resistencia.