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1.0 - Histórico
Em 1751, Joseph Priestley descreveu o processo (físico-químico) para produção de um pó coloidal, através de descargas elétricas. Na década de 30, o processo foi utilizado para solucionar problemas de fabricação de máquinas e equipamentos quando era preciso recuperar peças em cujo interior havia ferramentas quebradas (machos, brocas, alargadores etc). Com a eclosão da Segunda Guerra Mundial , que acarretou enormes dificuldades na obtenção de matérias- primas, além de exigir aumento da produção industrial a curto prazo e com o mínimo possível de desperdício, um grupo de cientistas liderados por R. Lazarenko desenvolveu o processo, possibilitando a sua comercialização. Foi o início da era da eletroerosão. A eletroerosão é um fenômeno muito complexo, tanto que os conhecimentos que se têm sobre o assunto vêm de experiências praticas, havendo, portanto, possibilidade de encontrar explicações contraditórias do fenômeno. A erosão ocorre por meio de uma descarga elétrica entre dois elementos condutores de eletricidade (peça a ser usinada e eletrodo) que, colocados em um liquído dielétrico, irá reproduzir na peça uma cópia fiel com todas as suas características mas ao inverso do mesmo. Geralmente a peça a ser usinada é fixada na mesa de coordenadas da máquina e o eletrodo no cabeçote porta-eletrodo, sendo que para a mesa da máquina a polaridade é negativa e para o cabeçote porta-eletrodo é positiva. O eletrodo não fica em contato com a peça, e a uma certa distancia dispara uma centelha. esta distancia chamada GAP (comprimento da centelha), depende da regulagem da intensidade de corrente. Inicialmente o eletrodo vem se aproximando da peça que é comandada opor um acionamento hidráulico eletrônico, até uma distância denominada (GAP), no qual o potencial elétrico excede o necessário a perfuração da camada dielétrica. Nesse instante o dielétrico, que tem a função de isolante, passa a ser condutor, formando uma ponte entre a peça e o eletrodo, e é provocada uma descarga elétrica (centelhamento), que poderá ter seu tempo de duração regulado através de comandos eletrônicos. Durante o impacto dos elétrons (centelha) com a superfície da peça a ser usinada, que ocorre a uma temperatura elevada, o material desintegra-se em forma de minúsculas esferas. Parte do material e vaporizado, provocando gases, sendo em forma de minúsculas esferas. Parte do material é vaporizado, provocando gases, sendo de 12% a 72% não identificáveis. Entre os conhecidos encontram-se hidrogênio, metano, propano, acetileno e óxido de carbono.
2.0 - O QUE É ELETROEROSÃO
É uma máquina-ferramenta de usinagem por penetração, especificamente utilizada para usinagem de metais (aços temperados, pastilha de metal duro etc.) A ferramenta que reproduz a cavidade (eletrodo) deve ter o perfil desejado na cavidade.
figura
e descrição
2.1 - DEFINIÇÃO DO PROCESSO
A eletroerosão é um processo moderno de usinagem que oferece vantagens consideráveis e sua aplicação esta em continua expansão. A peça a ser usinada e a ferramenta põem-se a trabalhar de forma a não se tocarem. À distância que as separa será preenchida por um líquido isolante. Como conseqüência , o trabalho realiza-se num recipiente. A peça a ser usinada e a ferramenta estão ligadas através de cabos com uma fonte de corrente contínua. Em um dos cabos encontra-se incorporado um interruptor. Ao liga-lo resulta, entre a peça a ser usinada e a ferramenta, um a tensão elétrica. Inicialmente a corrente não passa, já que o dielétrico atua comum um isolante entre a peça e a ferramenta ,. Ao diminuir-se o espaço entre ambas, salta uma centelha, uma vez alcançada a distância determinada, que é muito pequena. Nesta fase também denominada descarga, a corrente transforma-se em calor. A superfície do material se aquece fortemente dentro do campo do canal de descarga. Ao interromper a corrente, o canal de descarga esfria rapidamente. A seguir evapora-se a fusão metálica da superfície em forma explosiva, removendo, até certa profundidade, o material fundido. Assim forma-se uma pequena cratera. Ao sucederem-se as descargas, formam-se crateras uma ao lado da outra, e o resultado é uma remoção constante de material na superfície da peça a ser usinada. Com relação à polaridade, existe um intercâmbio de partículas carregadas negativamente e positivamente forma-se no canal de descarga um fluxo de corrente. Conseqüentemente, as partículas produzem calor e provocam a fusão do metal. Se a duração dos impulsos é curta, encontra-se em movimento maior número de partículas com carga negativa do que com carga positiva. No eletrodo receptor se produz mais calor quanto mais partículas de um tipo se mova até ele. Também é importante o fato de as partículas carregadas positivamente, por serem uma massa maior, produzirem mais calor a máxima velocidade de choque. Com a finalidade de diminuir o desgaste do eletrodo, escolhe-se a polaridade de tal forma que ela possa levar maior quantidade possível de energia de calor durante o tempo de descarga a peça a ser usinada. Com impulsos curtos liga-se o eletrodo ao pólo negativo, o que equivale à polaridade negativa. Tratando-se de impulsos longos, liga-se o eletrodo ao pólo positivo, o que denominamos polaridade positiva. A duração de impulsos, onde se muda a polaridade, depende de alguns fatores sujeitos principalmente às características físicas dos materiais a usinar e dos eletrodos. Na usinagem de aços com eletrodos de cobre, o limite de duração dos impulsos é de aproximadamente 5 milionésimos de segundo. A precisão de usinagem depende, entre outros fatores, do desgaste do eletrodo. Esse desgaste é representado pela letra grega teta com um "V" como coeficiente proporcional. Este valor índica, em percentagem, o volume de material perdido ou desgastado no eletrodo em comparação com o volume do material removida da peça usinada. De forma similar aos processos convencionais de usinagem também a eletroerosão não deixa uma superfície completamente lisa, mas ligeiramente áspera e ondulada. Superfícies assim são típicas de erosão e, assim sendo, é preciso primeiro saber a função da peça para depois submetê-la a esse processo de usinagem. Com o processo de eletroerosão podem-se usinar superfícies de acabamento rústico ou fino tal como na usinagem em maquinas com ferramentas.
Para perfis regulares, pode-se confeccionar o eletrôdo com qualquer material citado. Para perfis irregulares devem ser considerados o custo e a facilidade da sua construção. O eletrôdo da fig. 1, para ser confeccionado devemos selecionar um dos materiais já mencionados.
fig 1
Construção - Rasgo "A" ; medida 0,5 x 0,6 mm
Material - grafite
Vantagem - o grafite é um material de fácil usinagem.
Desvantagens - material muito frágil. Não pode ser desgastado em solução ácida.
Material - Cobre eletrolítico.
Desvantagem: A usinagem do eletrôdo da fig1. será dificultada, devido à profundidade do rasgo "A", por ser um material pastoso.
Material - Cobre tungstênio
Desvantagem: Por serem materiais de maior custo.
Observação
Para usinagem de metal duro (pastilha de carboneto), recomenda-se confeccionar eletrôdo com cobre tungstênio, pois o tungstênio possui maior resistência ao calor, facilita a usinagem e, além disso, proporciona baixíssimo grau de desgaste do eletrodo.
Em caso de execução de perfuração passante (fig 2), podemos utilizar eletrodos montados (fig. 3).
figura 2
Vantagens a) Este processo é utilizado para a usinagem em conjunto dos eletrôdos(eletrôdo de desbaste e de acabamento), calculado em função da fórmula:
Mf = Mn -(2 GAP +2r + Cs) = desbaste fórmula para acabamento: Mf = Mn -(2GAP + 2r)
b)Uma vez feito o alinhamento para o eletrôdo de desbaste, o de acabamento já fica alinhado e localizado.
Na construção de eletrôdos devem-se levar em conta a profundidade a ser usinada e o desgaste do mesmo. Para se deteminar as medidas laterais, deve-se primeiro determinar a emperagem em função da área de erosão.
Fig 4
NOTA
As cargas elétricas tendem a se concentrar nas pontas; por esse motivo à freqüência das descargas será maior nas arestas. Conseqüentemente, o desgaste do eletrôdo será maior onde houver maior freqüência de descarga fig. 5
A usinagem pelo processo de eletroerosão, devido à influência do "GAP", provoca medida maior que a do eletrôdo. Deve-se fazer com que os eletrôdos (desbaste e acabamento) tenham medidas menores que a medida nominal em função do GAP que se vai obter durante a usinagem. Em eletrôdos de perfis regulares a redução poderá ser feita pelos meios convencionais de usinagem; já em eletrôdos com perfis complexos seria praticamente impossível, fazer a redução. Para tanto, usamos o recurso da solução ácida, composta de ácido nítrico e água, que atacará toda a superfície submersa, uniformemente fig 6.
fig. 6
Para se obter a medida desejada deve-se, inicialmente, medir um ponto de referência do eletrôdo e, periodicamente, fazer a verificação no mesmo ponto, até atingir a medida requerida.
2.4 - PROCESSO DE LIMPEZA
No processo de usinagem por eletroersão destaque especial deve ser dado ao sistema de limpeza, que deverá ser o mais eficiente possível, para permitir uma usinagem perfeita. As figs 1 e 2 mostram a limpeza feita por sucção, através do eletrôdo, em cavidades não-passantes.
fig1 fig
Vantagem
Neste processo o dielétrico que passa entre a peça e os eletrôdos mantem-se sempre limpo, pois as impurezas são eliminadas, indo para o filtro, sem contaminar o tanque de usinagem.
Desvantagem
Na fig 2. o furo de limpeza foi feito perpendicular. Vemos a saliência que se vai formando conforme o eltroôdo vai penetrando na peça, havendo necessidade de , periodicamente, ir removendo a saliência com alicate. A fig3 mostra o sistema de limpeza feita por sucção através da peça. Esse processo de limpeza, pode ser utilizado em cavidades passantes ou não passante , que apresentem meio de passagem do dielétrico.
fig 3
3.4 - TIPOS DE CORTE
Corte no espaço para fabricação de formas. Com utilização de corte por erosão em máquinas específicas, pode-se conseguir, indistintamente, grandes proveitos na fabricação de matrizes de corte, bem como de forma. As máquinas da nova geração podem efetuar cortes cônicos, mudar à vontade os ângulos de inclinação dentro de uma mesma forma. No caso de corte cilíndrico, cria-se um corpo cilíndrico. Utiliza-se para punções de corte, expulsadores, matrizes de sinterização. Com programas específicos para cortes cônicos o plano de corte pode ser inclinado dentro de um mesmo corte ou de corte em corte. É possível produzir ligações cônicas ou iso - radiais entre os diversos elementos de forma. Mediante a superposição de cortes, surgem superfícies, de corte diferentes em cada forma.
VC - Vertical Cut (corte cilíndrico com raios mínimos) CC - Classical Conic (corte cônico com raios mínimos e conexão cônica) SC - Sharp Conic (cortes piramidais com raio mínimo) IR - Iso Radien (conexões iso-radias para ferramentas de fundição e eletrôdos de forma) PR - Programable Radius (corte cônico com conexões cônicas ou cônico-cilindricas)
3.5 - ESTRUTURAS DAS SUPERFÍCIES USINADAS
Superfície com cavas rasas; esta superfície parece influenciar favoravelmente as características de corte de emergência e de lubrificação.
3.5.1 - BENEFICIAMENTO SUPERFICIAL
Durante o corte por erosão a superfície é fundida, ponto por ponto (na água) evaporada e removida. É presumível que aconteçam então processos químicos e físicos que transformem as características ao material na superfície. A profundidade que pode-se chegar a influenciar uma superfície de aço não tratada é de 0,01 a 0,03 mm; após um tratamento posterior, menos de 0,01 mm (incluindo rugosidade). Em caso de ser eliminada a sulfatação da superfície mediante limpeza ou jateamento, a mesma solta-se posteriormente.
4.0 - LOCAL DE INSTAÇÃO DA MÁQUINA
O ambiente de instalação do equipamento tem haver cuidados especiais:
- Ambientes climatizados possíveis oscilações no clima interno, podem influir negativamente na precisão da peça usinada.
- As máquinas de eletroerosão a fio não devem ficar perto de outros equipamentos pesados como prensas, guilhotinas.
Isso porque é chumbada diretamente no piso, podendo vibrar com a trepidação própria das máquinas.
5.0 - MANUTENÇÃO
Nas máquinas de eletroerosão por penetração normalmente devem ser efetuadas manutenções preventivas, conforme segue:
- no sistema hidráulico em geral.
- no sistema elétrico em geral.
- no manômetro (injeção do dielétrico)
- no tanque de dielétrico, filtros e bomba.
- pontos de lubrificação em geral
No processo de eletroerosão a fio, as máquinas de terceira geração (CNC) normalmente possuem um programa de manutenção preventiva e emergencial. Na preventiva é feita uma comunicação direta com o operador através do vídeo onde são apresentadas as manutenções através de páginas de acordo com as datas pré-fixadas.
Exemplo:
- limpeza do filtro do tanque de fluído dielétrico: quinzenal
- manutenção do suporte do fio: semanal
Na manutenção emergencial também é apresentado ao operador via vídeo através de um código ou mensagem sobre ocorrido imediatamente quando alguma anormalidade ocorre na presença de sensores distribuídos estrategicamente nos pontos fundamentais da máquina.
Exemplo:
- quebra do fio.
- nível do fluído dielétrico
- fluxo do dielétrico anormal
- erro de programa em trajetória não possível
- curto-circuito
