eletroerosão
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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
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.