eletroerosão

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PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL FENG - FACULDADE DE ENGENHARIA DEMM – Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrónica USINAGEM POR ELETROEROSÃO Igor Schmidt Sarita Canabarro Sabo Porto Alegre - RS, Junho de 2008.

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Page 1: Eletroerosão

PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO S UL

FENG - FACULDADE DE ENGENHARIA DEMM – Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatrónica

USINAGEM POR ELETROEROSÃO

Igor Schmidt Sarita Canabarro Sabo

Porto Alegre - RS, Junho de 2008.

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IGOR SCHMIDT SARITA CANABARRO SABO

USINAGEM POR ELETROEROSÃO

Trabalho apresentado ao Prof° Me. Nilson Valega Fernandes da disciplina de Usinagem, turma 370, do curso de Engenharia Mecânica, da Pontifícia Universidade Católica do Rio grande do Sul.

Porto Alegre - RS, Junho de 2008.

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RESUMO SCHMIDT, Igor; SABO, Sarita C.. Usinagem por eletroerosão. Porto Alegre,

Departamento de Engenharia Mecânica e Mecatronica, Faculdade de Engenharia

Mecânica, Pontifícia universidade Católica do Estado do Rio Grande do Sul, 2008. 21 p.

Trabalho.

Este trabalho tem como objetivo, demonstrar o processo de eletroerosão suas

variações e o principio de funcionamento da maquina, suas principais aplicações o

assim como ferramentas a que a compõe.

O descrito foi direcionado a simplificar o conteúdo, desvinculado explicações

como funcionamento de periféricos, mecanismos e outros já utilizados em diferentes

processos e maquinas.

Analisando verifica-se que este processo de usinagem é aplicado para executar

formas complexas e em pequenas quantidades, lembrando que a cuidados ao operar a

maquina, exigindo qualificação do operador e somados a outros insumos próprios do

processo o torna um processo caro em relação aos demais.

Palavras-chave: Eletroerosão, eletroerosão por penetração, eletroerosão a fio.

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LISTA DE ILUSTRAÇÕES

FIGURA 1 – FORMAS COMPLEXAS PRODUZIDAS POR ELETROEROSÃO---------------------------8 FIGURA 2 – ESQUEMA SIMPLIFICADO DO PROCESSO DE ELETROEROSÃO -------------------- 10 FIGURA 3 – ESQUEMA QUE DEMONSTRA O GAP-------------------------------------------------------- 11 FIGURA 4 – ESQUEMA SIMPLIFICADO DO MOMENTO DA DESCARGA--------------------------- 12 FIGURA 5 – CONDUTIVIDADE ELÉTRICA DE VÁRIOS MATERIAIS--------------------------------- 13 FIGURA 6 – MAQUINA DE ELETROEROSÃO A FIO ------------------------------------------------------ 15 FIGURA 7 – PLOTER----------------------------------------------------------------------------------------------- 16 FIGURA 8 – PEÇAS USINADAS POR ELETROEROSÃO -------------------------------------------------- 16 FIGURA 9 – ELETRODO FORMA COMPLEXA-------------------------------------------------------------- 19 FIGURA 10 – ELETRODO FORMA COMPLEXA ------------------------------------------------------------ 19 FIGURA 11 – ELETRODO FORMA COMPLEXA ------------------------------------------------------------ 19

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SUMARIO

SUMARIO-------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------5

1 INTRODUÇÃO ----------------------------------------- -------------------------------------------------------6

2 DEFINIÇÃO DO PROCESSO ------------------------------------------------------------------------------7

3 PRINCIPIOS DO PROCESSO DE ELETROEROSÃO-----------------------------------------------8

3.1 APLICAÇÕES--------------------------------------------------------------------------------------------------8 3.2 ELETROEROSÃO: UM FENOMENO INVISIVEL ------------------------------------------ ---------- 10 3.3 MATERIAIS USINAVEIS EM ELETROEROSÃO----------------------------------------------------- 13

4 PROCESSO --------------------------------------------------------------------------------------------------- 14

4.1 ELETROEROSÃO POR PENETRAÇÃO ---------------------------------------------------------------- 14 4.2 ELETROEROSÃO A FIO----------------------------------------------------------------------------------- 15

5 ELETRODO: FERRAMENTA DA ELETROEROSÃO --------------- ----------------------------- 18

6 CONCLUSÃO ------------------------------------------------------------------------------------------------ 20

REFERÊNCIAS----------------------------------------------------------------------------------------------------- 21

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1 INTRODUÇÃO

A eletroerosão baseia-se na destruição de partículas metálicas por meio de

descargas elétricas.

Data de meados do século XVIII a descrição de um processo para obtenção de

pó metálico mediante descargas elétricas.

Mas este processo só passou a ser utilizado industrialmente há cerca de sessenta

anos, para a recuperação de peças com ferramentas quebradas em seu interior (machos,

brocas, alargadores).

Durante a Segunda Guerra Mundial, as necessidades de acelerar a produção

industrial e a escassez de mão-de-obra impulsionaram a pesquisa de novas tecnologias,

visando tornar possível o aumento da produção, com um mínimo de desperdício. Esse

esforço marcou o início, entre outras realizações, da era da eletroerosão.

Estudando este trabalho, vamos poder conhecer as aplicações da eletroerosão na

indústria, os princípios deste processo e ficaremos sabendo como são confeccionados os

eletrodos usados nas máquinas de eletroerosão.

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2 DEFINIÇÃO DO PROCESSO

É um processo térmico de fabricação caracterizado pela remoção de material

conseqüente a sucessões de descargas elétricas que ocorrem entre um eletrodo e uma

peça, através de um líquido dielétrico conhecido pela sigla EDM = Eletrical Discharge

Machining

A eletroerosão é um processo para fabricação de peças isoladas, no máximo para

pequenas séries. A peça é submersa em um líquido, onde não existe força de corte, pois

não há contato entre a ferramenta e a peça não formando as tensões comuns dos

processos convencionais de usinagem.

Para que a eletroerosão ocorra é necessário que os materiais envolvidos sejam

bons condutores de eletricidade. Tanto a peça como os eletrodos estão ligados a uma

fonte de corrente contínua por meio de cabos normalmente o eletrodo tem polaridade

positiva e a peça, polaridade negativa.

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3 PRINCIPIOS DO PROCESSO DE ELETROEROSÃO

3.1 APLICAÇÕES

Este é um dos processos não tradicionais de usinagem que vêm ganhando espaço

ultimamente. Várias razões explicam esse crescimento.

Pense, por exemplo, nos novos materiais que têm surgido, como os carbonetos

metálicos, as superligas e as cerâmicas. Trata-se, geralmente, de materiais muito duros.

Você já imaginou a dificuldade que seria usiná-los pelos processos tradicionais?

Imagine também a dificuldade que representaria a usinagem pelos métodos

tradicionais de uma peça com formas tão complexas como a mostradas a baixo figura 1.

Figura 1 – Formas complexas produzidas por eletroerosão

Brocas helicoidais são eficientes para produzir furos redondos. Mas que broca

produziria um furo irregular como o da peça acima?

Por eletroerosão, o molde dessa peça pode ser produzido em uma só fase de

operação.

Além disso, os processos tradicionais de usinagem geram calor e tensões na

superfície usinada, produzem enormes cavacos e afetam as características estruturais da

peça, portanto, não são adequados para produzir superfícies de alta qualidade,

praticamente sem distorções e sem alterações micro estruturais. Já na usinagem por

eletroerosão, a peça permanece submersa em um líquido, assim, há rápida dissipação do

calor gerado; neste não existe força de corte, pois não há contato entre a ferramenta e a

peça, não se formando as tensões comuns dos processos convencionais de usinagem.

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Uma vantagem adicional é a automatização das máquinas de eletroerosão, que

permite a obtenção de estreitos limites de tolerância, é possível um controle rigoroso da

ação da ferramenta sobre a peça usinada, graças a um servomecanismo que reage

rapidamente às pequenas variações de intensidade de corrente.

Tudo isso torna a eletroerosão um processo adequado para atender às exigências

atuais de qualidade e produtividade, com grande aplicação na confecção de matrizes

para estampos de corte, moldes de injeção, forjaria, cunhagem e fabricação de

ferramentas de metal duro.

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3.2 ELETROEROSÃO: UM FENOMENO INVISIVEL

A eletroerosão é um processo complexo, em grande parte não visível. Para que a

eletroerosão ocorra, é necessário que os materiais envolvidos (peça a ser usinada e a

ferramenta) sejam bons condutores de eletricidade.

A ferramenta que produz a erosão, ou seja, o desbaste da superfície usinada, é o

eletrodo.

Peça e eletrodo são mergulhados num recipiente que contém um fluido isolante,

isto é, não condutor de eletricidade, chamado dielétrico. Em geral, são utilizados como

dielétricos o óleo mineral e o querosene. O querosene requer cuidados especiais, pois é

inflamável e exala um odor forte, prejudicial à saúde e ao ambiente.

Tanto a peça como o eletrodo, estão ligados a uma fonte de corrente contínua

por meio de cabos. Geralmente, o eletrodo tem polaridade positiva e a peça, polaridade

negativa.

Um dos cabos está conectado a um interruptor, que aciona e interrompe o

fornecimento de energia elétrica para o sistema. A figura 2 a seguir mostra um esquema

simplificado do processo de eletroerosão.

Figura 2 – Esquema simplificado do processo de eletroerosão

Íons: partículas eletricamente carregadas. Chamam-se cátions quando carregadas

positivamente e ânions quando carregadas negativamente.

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Ao ser ligado o interruptor, forma-se uma tensão elétrica entre o eletrodo e a

peça, inicialmente, não há passagem de corrente, já que o dielétrico atua como isolante,

quando o espaço entre a peça e a ferramenta é diminuído até uma distância determinada,

o dielétrico passa a atuar como condutor, formando uma “ponte” de íons entre o

eletrodo e a peça, produz-se então, uma centelha que superaquece a superfície do

material dentro do campo de descarga, fundindo-a. Estima-se que, dependendo da

intensidade da corrente aplicada, a temperatura na região da centelha possa variar entre

2.500°C e 50.000°C.

Figura 3 – Esquema que demonstra o GAP

O processo de erosão ocorre simultaneamente na peça e no eletrodo. Com

ajustes convenientes da máquina, é possível controlar a erosão, de modo que se obtenha

até 99,5% de erosão na peça e 0,5% no eletrodo.

A distância mínima entre a peça e a ferramenta, na qual é produzida a centelha, é

chamada GAP (do inglês gap = folga) figura 3, e depende da intensidade da corrente

aplicada. O GAP é o comprimento da centelha.

O tamanho do GAP pode determinar a rugosidade da superfície da peça. Com

um GAP alto, o tempo de usinagem é menor, mas a rugosidade é maior. Já um GAP

mais baixo implica maior tempo de usinagem e menor rugosidade de superfície. As

partículas fundidas, desintegradas na forma de minúsculas esferas, são removidas da

região por um sistema de limpeza e no seu lugar, fica uma pequena cratera. O dielétrico,

além de atuar como isolante participa desta limpeza e ainda refrigera a superfície

usinada.

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O fornecimento de corrente é interrompido pelo afastamento do eletrodo. O ciclo

recomeça com a reaproximação do eletrodo até a distância GAP, provocando uma nova

descarga.

Figura 4 – Esquema simplificado do momento da descarga

A duração da descarga elétrica e o intervalo entre uma descarga e outra são

medidos em microssegundos e controlados por comandos eletrônicos.

Descargas sucessivas, ao longo de toda a superfície do eletrodo, fazem a

usinagem da peça. A freqüência das descargas pode alcançar até 200 mil ciclos por

segundo. Na peça fica reproduzida uma matriz, que é uma cópia fiel do eletrodo, porém

invertida.

Observação:

Por que, no processo de eletroerosão, a fonte de energia deve fornecer corrente

contínua e não corrente alternada?

Se você analisar como flui a corrente elétrica por uma pilha, que é um gerador

de corrente contínua, você encontrará a explicação para a pergunta anterior. A pilha tem

dois pólos: o de carvão (+) e o de zinco (-). Os elétrons se movem do pólo negativo para

o positivo e a intensidade da corrente é constante. Na corrente alternada, a intensidade

da corrente é variável, gerando inversões de polaridade (o mesmo pólo ora é positivo,

ora é negativo). No processo de eletroerosão, isso poderia levar a um desgaste maior da

ferramenta do que da peça.

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3.3 MATERIAIS USINAVEIS EM ELETROEROSÃO

Indicada para processos complexos em materiais de alta dureza, ponto de fusão

bem definido, elevado calor latente, de difícil usinagem por processos convencionais.

Limitada pela necessidade desses materiais serem condutores de eletricidade

independentes de serem metálicos ou não abaixo figura 5 demonstra um quadro

comparativo da condutividade de diversos materiais.

Figura 5 – Condutividade elétrica de vários materiais

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4 PROCESSO 4.1 ELETROEROSÃO POR PENETRAÇÃO

O processo mais comum de eletroerosão baseia-se na penetração do eletrodo na

peça.

Características:

● Imagem do eletrodo transferido a peça;

● mecanismo de furar e gravar;

● avanço do eixo “Z”.

Aplicações:

● Indústria Automotiva;

● indústria de gravação e estampagem;

● usinagem de metais de elevada dureza;

● peças com geometrias complexas;

● industria de moldes e matrizes.

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4.2 ELETROEROSÃO A FIO

Para certas finalidades, como a usinagem de cavidades passantes e perfurações

transversais, é preferível usar o processo de eletroerosão a fio figura 6.

Os princípios básicos deste processo são semelhantes aos da eletroerosão por

penetração.

A diferença é que, neste processo, um fio de latão ionizado, isto é, eletricamente

carregado, atravessa a peça submersa em água desionizada, em movimentos constantes,

provocando descargas elétricas entre o fio e a peça, as quais cortam o material. Para

permitir a passagem do fio, é feito previamente um pequeno orifício no material a ser

usinado.

O corte a fio é programado por computador, que permite o corte de perfis

complexos e com exatidão.

Figura 6 – Maquina de eletroerosão a fio

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Em alguns equipamentos, um ploter, isto é, um traçador gráfico, possibilita a

conferência da execução do programa pela máquina, como mostra a figura 7.

Figura 7 – Ploter

Atualmente, a eletroerosão a fio é bastante usada na indústria para a confecção

de placas de guia, porta punções e matrizes (ferramentas de corte, dobra e repuxo).

A figura 8 mostra alguns exemplos de peças usinadas por eletroerosão a fio.

Figura 8 – Peças usinadas por eletroerosão

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Características:

● A eletroerosão a fio é um método para cortar materiais condutivos com um

fino eletrodo que segue um caminho programado;

● ausência de forças de corte e tensões comuns dos processos convencionais de

usinagem, pois não há contato físico entre o fio e peça;

● rápida dissipação de calor, pelo fato de a peça permanecer submersa em

líquido;

● a dureza do material da peça não tem efeito negativo na velocidade de corte.

Aplicações:

● Confecção de matrizes para estampas de corte, fieiras para trefilação, micro

EDM e a fabricação de ferramentas de metal duro;

● materiais muito duros e de difícil usinagem pelos processos tradicionais.

Vantagens e desvantagens:

● Peças com formas complexas, superfícies de alta qualidade, praticamente sem

distorções ou alterações micro-estruturais;

● problemas: baixa taxa de remoção de material; a produção de superfícies com

camadas refundidas e dificuldades no descarte dos fluidos utilizados no processo.

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5 ELETRODO: FERRAMENTA DA ELETROEROSÃO

Como você já sabe, na eletroerosão por penetração, a ferramenta usada é o

eletrodo.

Em princípio, todos os materiais condutores de eletricidade podem ser usados

como eletrodo. Mas tendo em vista que na fabricação de uma ferramenta por

eletroerosão o preço de confecção do eletrodo representa uma parcela significativa dos

custos do processo, é importante escolher com cuidado o material a ser utilizado e o

método de usinagem.

Os melhores materiais para produção de eletrodos são aqueles que têm ponto de

fusão elevado e são bons condutores de eletricidade, de um modo geral, os materiais

para eletrodos podem ser agrupados em duas categorias: metálicos e não metálicos.

Entre os materiais metálicos, os mais utilizados são: cobre eletrolítico,

cobretungstênio e cobre sinterizado. Eletrodos feitos desses materiais caracterizam-se

por apresentarem ótimo acabamento e mínimo desgaste durante o processo de

eletroerosão.

Entre os materiais não-metálicos, o grafite é o principal. Este é um material de

fácil usinagem, porém é muito quebradiço. Os eletrodos de grafite são insensíveis aos

choques térmicos, conservam suas qualidades mecânicas a altas temperaturas,

praticamente não se deformam e são leves, entretanto, são abrasivos, não podem ser

moldados ou conformados e não aceitam redução por ácido.

Peças retangulares e cilíndricas, de dimensões padronizadas, são encontradas no

comércio. Quando se trata de eletrodos de perfis irregulares e complexos como

demostra figuras 9, 10 e 11, é recomendável analisar cuidadosamente a relação custo-

benefício antes de partir para sua construção.

Os eletrodos podem ser produzidos pelos métodos convencionais de usinagem,

como a fresagem, torneamento, aplainamento entre outros.

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Figura 9 – Eletrodo forma complexa

Figura 10 – Eletrodo forma complexa

Figura 11 – Eletrodo forma complexa

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6 CONCLUSÃO

Conforme vimos no decorrer do trabalho, obtivemos conhecimento para definir

o funcionamento básico de uma maquina de eletroerosão, assim como alguns segredos

do processo.

Considerado um dos mais modernos processos da indústria, o processo de

eletroerosão, comercializado com máquinas apartir da segunda metade deste século,

reuniu-se com os demais processos da usinagem para a formação do mesmo. Não há

processo isolado neste “fenômeno”, considera-se uma continuidade de processos.

Destacando o uso das demais máquinas operatrizes para dar inicio ao processo,

como o de tornos e centros de usinagens, por exemplo, pois a ferramenta deste processo

é o eletrodo, os materias envolvidos, os óleos (fluídos dielétricos), a importância do

conhecimento elétrico, etc.

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REFERÊNCIAS

MATOS, Gustavo G.; FELIPPI, Julio; Visão de um emprendedor. Ary

Ozório de Azevedo. Uma razão de vida.

Engemaq Equipamentos para Petrólio; Disponível em:

<http://www.engemaq.ind.br/>. Acesso em 05 Abr. 2008.

Agie Charmilles; Disponível em: <http://www.agie-charmilles.com.br/>.

Acesso em 05 Abr. 2008.

Mecatronica: Robótica, Disponível em:

<http://megatronica.com.br/eletroerosao.htm>. Acesso em 05 Abr. 2008.

Wikipedia : A enciclopédia livre, Disponível em:

<http://pt.wikipedia.org/wiki/Eletroerosão>. Acesso em 05 Abr. 2008.