Aplicaciones del mecanizado por descarga eléctrica en diversos sectores industriales.

Aplicaciones del mecanizado por descarga eléctrica

Mecanizado por electroerosión La electroerosión (EDM) corta, da forma y microperfora materiales conductores de electricidad mediante una descarga controlada en un medio dieléctrico. Se elige cuando el corte convencional se ve limitado por la alta dureza y las geometrías complejas, ya que la EDM elimina material mediante descargas eléctricas controladas y puede mecanizar materiales endurecidos y detalles delicados. Algunas aplicaciones comunes de la EDM son la fabricación de moldes y matrices, inyectores de combustible, engranajes de precisión, instrumental quirúrgico y álabes de turbina. 

La electroerosión se utiliza para cortar agujeros profundos, cavidades, esquinas afiladas, agujeros curvos, ranuras, nervaduras y diversas microestructuras. que resultan difíciles o imposibles de crear con los procesos de mecanizado CNC tradicionales. Por ello, se utiliza ampliamente en el mecanizado de precisión en diversas industrias, permitiendo la fabricación de piezas complejas, tolerancias estrictas, acabados finos y el conformado de metales endurecidos.  

Las próximas secciones profundizarán en las aplicaciones del mecanizado por descarga eléctrica, el mecanismo del proceso y cómo puede aprovechar esta tecnología para su proyecto. 

Mecanizado por descarga eléctrica: ¿Cómo funciona este proceso de mecanizado sin contacto?

Funcionamiento de la electroerosión en la fabricación

El mecanizado por descarga eléctrica (EDM) es un proceso de fabricación sustractivo no convencional, en el que una herramienta (electrodo/alambre) elimina el material de piezas conductoras mediante chispas eléctricas controladas dentro de un medio dieléctrico. Esto significa que no hay contacto directo entre el electrodo y la pieza. Es mucho menos sensible a la dureza de la pieza que el mecanizado convencional, pero la maquinabilidad aún depende de las propiedades eléctricas y térmicas, la composición del material, el lavado y los parámetros del proceso. 

Cuando la corriente pasa a través del electrodo, crea un espacio con la pieza de trabajo y produce calor extremo (plasma), que funde y erosiona el material. La temperatura del canal de plasma de descarga puede ser ~ 20,000 ° C o incluso más alta. Esta alta temperatura también trae consigo la seguridad ante descargas eléctricas preocupaciones. 

Analicemos los componentes que intervienen en el proceso de mecanizado por descarga eléctrica. 

1. Generador de Impulso: Sincroniza y da forma al pulso de voltaje/corriente.
2. Electrodo: Funciona como una herramienta, que tiene la forma de la inversa de una cavidad o de un alambre continuo. 
3. Sistemas de control de avance y separación servoaccionados: Estos componentes analizan la retroalimentación del voltaje del espacio y reposicionan el electrodo. 
4. Fluido dieléctrico: El material dieléctrico aísla inicialmente el espacio entre los electrodos; bajo un campo eléctrico suficientemente intenso, se ioniza y forma un canal de plasma conductor. Además, enfría la zona de mecanizado y elimina los residuos erosionados. 
5. Bomba y filtro: Estos dispositivos se utilizan para reutilizar el fluido dieléctrico y eliminar las impurezas del mismo antes de devolverlo al sistema.

¿Cómo se genera una chispa eléctrica en el mecanizado por descarga eléctrica (EDM)?

A medida que el electrodo se acerca a la pieza de trabajo, la fuente de alimentación pulsada aumenta la diferencia de potencial a través del estrecho espacio. El campo eléctrico ioniza el fluido dieléctrico. Los electrones emitidos por el cátodo se aceleran a través del espacio y colisionan con las moléculas dieléctricas neutras. De esta forma, se pierden electrones e iones. Una vez que la densidad de iones y electrones es suficientemente alta, el espacio se vuelve conductor, formando un estrecho canal de plasma denominado «chispa». 

Tipos de mecanizado por descarga eléctrica

La electroerosión por penetración, la electroerosión por hilo, la electroerosión para perforación de agujeros y la electroerosión para perforación de agujeros pequeños son los principales tipos de mecanizado por descarga eléctrica. 

Electroerosión por penetración o electroerosión por penetración

Electroerosión por hilo versus electroerosión por plomo

El método de electroerosión por penetración utiliza un electrodo de cobre o grafito que se adapta perfectamente a la forma o características deseadas, el cual se hunde en la pieza de trabajo. Esto significa que, en primer lugar, se necesita un electrodo personalizado con una forma específica. 

Al introducir el electrodo en la pieza de trabajo, se genera la geometría negativa. Un cabezal de empuje introduce el electrodo en la pieza, que se encuentra sumergida en un fluido dieléctrico. 

Aplicaciones adecuadas: Perfiles, cavidades, elementos ciegos, formas 3D complejas en matrices, moldes y componentes industriales. 

Alambre EDM

Como su nombre lo indica, la electroerosión por hilo utiliza un movimiento continuo.electrodo de alambreFabricada en cobre, latón o latón galvanizado. El electrodo de alambre se introduce en el material para cortar perfiles y contornos complejos, siguiendo el modelo CAD.

Aplicaciones adecuadas: Perfilado y contorneado en matrices de estampado, engranajes y herramientas de extrusión.

EDM de perforación de agujeros

Este tipo de electroerosión se utiliza para crear agujeros estrechos y profundos. Un electrodo tubular hueco penetra en la pieza de trabajo mientras suministra la solución dieléctrica para eliminar el material erosionado. 

Aplicaciones adecuadas: Inyectores de combustible, disipadores de calor, componentes de tubos hipodérmicos, componentes endoscópicos, etc.

Electroerosión de perforación de agujeros pequeños

La electroerosión de orificios pequeños o electroerosión de orificios rápidos utiliza un electrodo tubular hueco para crear orificios pequeños de alta relación de aspecto en materiales conductores. Permite crear orificios con un diámetro inferior a 0.3 mm manteniendo una relación L/D de 15:1 o superior. Por otro lado, la microelectroerosión especializada crea orificios con diámetros inferiores a 0.1 mm y una relación L/D superior a 30:1.

Aplicaciones adecuadas: Sistemas de administración de fármacos, obleas de silicio, inyectores de combustible con orificios de pulverización a microescala y rendijas ópticas. 

A continuación, vamos a analizar una por una las aplicaciones del mecanizado por descarga eléctrica en diferentes industrias. 

Aplicaciones del mecanizado por descarga eléctrica en la fabricación de dispositivos médicos 

Aplicaciones médicas de EDM

La fabricación de dispositivos médicos requiere micromecanizado y una precisión extrema, ya que influye directamente en la exactitud del diagnóstico, la salud del paciente y las soluciones personalizadas. Por ello, la electroerosión se utiliza en una amplia gama de procesos de fabricación médica, desde implantes específicos para cada paciente hasta componentes de equipos de diagnóstico e instrumental quirúrgico.  

La electroerosión funciona bien con materiales totalmente endurecidos y biocompatibles, como aleaciones de titanio, aceros inoxidables y cromo-cobalto. Permite cortar esquinas afiladas y producir características a microescala (ranuras de aproximadamente 0.1 mm de ancho, orificios de más de 150 mm de profundidad, etc.), esenciales en la fabricación de dispositivos médicos.

Ejemplos de aplicación:

• Stents cardiovasculares de titanio, 316L acero inoxidable y nitinol.
• Implantes de cadera y rodilla con textura superficial
• Bisturíes quirúrgicos, cánulas y fórceps con bordes cortantes afilados y perfiles complejos. 
• Implantes dentales
• Dispositivos de administración de fármacos con microagujeros ( ⌀ < 0.3 mm)
• Placas de hueso

Ejemplo de caso específico:

fabricantes de máquinas de electroerosión utilice el botón Método EDM de penetración de troqueles para dispositivos implantables (stents cardiovasculares, AISI 316L). Aplicando una corriente de pulso óptima de 1.5 A/45 µs [1Esto garantiza el espesor de refundición, el tamaño del cráter y el acabado superficial deseados.

Aplicaciones del mecanizado por descarga eléctrica en la industria automotriz

Engranajes mecanizados por electroerosión para la industria automotriz

El proceso de mecanizado por descarga eléctrica se utiliza en la industria automotriz para crear componentes con características críticas y microscópicas, así como para moldes y matrices que producen autopartes en grandes volúmenes. Por ejemplo, la perforación de microagujeros en inyectores de combustible y moldes de inyección para el moldeado de tableros de instrumentos. 

Los componentes de la caja de cambios, las guías de válvulas, los anillos de las boquillas y piezas similares requieren microprecisión y un acabado fino, difíciles de lograr con el fresado y el taladrado CNC. Por ello, se utiliza la electroerosión (EDM) para cumplir con estos requisitos. 

Ejemplos de aplicación:

• Orificios de pulverización en la boquilla del inyector de combustible con una relación de aspecto elevada.
• Válvulas de aguja y asientos de inyector con tolerancia de sellado ajustada 
• Cavidades para engranajes helicoidales y cónicos
• Componentes del turbocompresor con tolerancias muy ajustadas.
• Conectores eléctricos y microinterruptores
• Troqueles de estampado para paneles de carrocería
• Matrices de extrusión para perfiles estructurales de aluminio
• Troqueles de moldeo por inyección para componentes plásticos de automoción

Ejemplo de caso específico:

El mes pasado recibimos un “ Prototipo de boquilla de inyector de combustible diéselEl diseño se realizó a través de nuestra plataforma en línea. El diámetro del orificio era inferior a 140 µm, y la salida debía ser más ancha que la entrada para dispersar el combustible en forma de abanico. Nuestros ingenieros utilizaron perforación láser de orificios piloto, seguida de perforación electroerosión de orificios pequeños. El cliente indicó que esto contribuyó a mejorar la eficiencia del combustible en aproximadamente un 1.2 % durante la fase de pruebas inicial.

Aplicaciones del mecanizado por descarga eléctrica en la fabricación de matrices y moldes. 

Herramientas de troquelado EDM

El proceso de mecanizado por descarga eléctrica Tiene amplias aplicaciones en la fabricación de matrices, moldes, herramientas y dispositivos de fijación. Esto se debe a su capacidad para el perfilado complejo, el micromecanizado, el mecanizado de materiales endurecidos, la creación de cavidades y canales profundos, y la precisión dimensional.  

La electroerosión no utiliza fuerzas de corte como en el mecanizado tradicional; en su lugar, emplea una descarga eléctrica para eliminar material de la pieza. Por lo tanto, permite cortar directamente secciones frágiles de paredes delgadas, cavidades largas, ranuras estrechas y otras características con microdetalles. Además, materiales de herramientas como D2, H13 y carburos se pueden cortar directamente con electrodos o hilos. 

Sinker EDM ofrece Precisión de posicionamiento de aproximadamente ± 0.025 mm y una calidad de acabado de 0.1 µm Ra (incluso menor con máquinas especializadas). Permiten crear orificios colocados con precisión en matrices y moldes para eyectores, ventilación y refrigeración.

Ejemplos de aplicación:

• Moldeo por inyección (núcleos y cavidades)
• Orificios para pasadores eyectores y orificios de refrigeración biselados en los moldes. 
• Cavidades de impresión 3D en matrices de forja
• Troqueles para conformado de chapa metálica (troqueles progresivos y de recorte)
• Juego de punzones y troqueles para estampar 
• Bloques de banda de rodadura y ranuras para segmentos de moldes de neumáticos 
• Electrodos EDM para trabajos posteriores de electroerosión por penetración. 
• Dispositivos de fijación a medida para tornos y fresadoras CNC.
• Calibres pasa/no pasa y calibres de perfil
• Insertos de calibre y plantillas de inspección

Aplicaciones del mecanizado por descarga eléctrica en la industria aeroespacial 

Mecanizado por electroerosión aeroespacial 

La electroerosión produce diversos componentes aeroespaciales a partir de metales y aleaciones duros, resistentes al calor y de alto rendimiento, como por ejemplo: Ti-6Al-4V, Ti-17, Inconel, tungsteno y WaspaloyEl mecanizado por descarga eléctrica se utiliza para los canales de refrigeración en turbinas, juntas de panal y geometrías complejas de motores.

La electroerosión en la fabricación de componentes aeroespaciales mantiene tolerancias de micras, minimiza las zonas afectadas por el calor y elimina los riesgos de endurecimiento por deformación, factores cruciales para la precisión y la seguridad de las aeronaves.

Además, EDM cumple con los estándares de seguridad y calidad para la fabricación aeroespacial, incluyendo: AS9100, SAE AS7116/3, y MIL-STD-2175. 

Ejemplos de aplicación:

• Agujeros pequeños, profundos y angulados en las palas de la turbina.
• Perfiles de ranuras en forma de abeto en discos de turbina
• Juntas de nido de abeja en las carcasas de los motores a reacción
• Remolinos en las boquillas de combustible
• Perfiles aerodinámicos complejos de paredes delgadas
• Secciones estructurales y perfiles complejos en componentes del tren de aterrizaje 
• Actuadores hidráulicos
• Componentes de la válvula
• Soportes y fijaciones de titanio para satélites

Aplicaciones del mecanizado por descarga eléctrica en electrónica y semiconductores 

En la industria electrónica y de semiconductores, la necesidad de componentes a nivel microscópico ha aumentado, junto con el uso de materiales duros como el carburo de silicio y el nitruro de galio. La electroerosión permite mecanizar SiC y GaN altamente dopados. Algunos ejemplos son microinterruptores, conectores, carcasas de sensores, zócalos de prueba y tarjetas de sonda.

Dado que la electroerosión no implica corte por cizallamiento, preserva la frágil geometría de los microconectores de los componentes semiconductores. En consecuencia, el mecanizado sin rebabas permite dar forma a componentes electrónicos de paso fino. 

Ejemplos de aplicación:

• Componentes de microconectores de paso fino
• Accesorios para equipos de procesamiento de semiconductores 
• Agujas de prueba de sonda
• Piezas de prueba de obleas/corte de obleas 
• MEMS y cabezales de impresión de inyección de tinta 
• Zócalos de prueba de circuitos integrados
• Blancos de pulverización

Aplicaciones de la electroerosión en la fabricación de equipos de defensa. 

Aplicaciones de la electroerosión en electrónica

La precisión y el nivel de detalle son cruciales en la fabricación de equipos y componentes de defensa, por lo que la electroerosión se utiliza para producir componentes para sistemas de misiles, radares, armas y aeronaves militares. Además, la electroerosión es una excelente opción para el mecanizado de precisión de aleaciones de alto rendimiento que pueden soportar presiones y temperaturas extremas.

Las principales razones por las que se valora la electroerosión en la fabricación de componentes de defensa son: la capacidad de dar forma y perfilar aleaciones aeroespaciales endurecidas, una fuerza de corte prácticamente nula e integridad superficial, precisión dimensional y perforación de agujeros pequeños.

Ejemplos de aplicación:

• Carcasas de aviónica y componentes de conectores de precisión
• Flexiones del giroscopio
• Hardware de clase propulsión espacial
• Álabes guía de tobera de motor aeronáutico
• Componentes de guiado de misiles
• Componentes de precisión para satélites

Aplicaciones de la electroerosión en el mecanizado de materiales duros

Como se mencionó anteriormente, la electroerosión puede cortar, dar forma y taladrar materiales duros y tratados térmicamente (como carburo de tungsteno con unión de cobalto, ~ >70 HRC); el requisito básico es que la pieza de trabajo sea conductora de electricidad. 

Un proceso de mecanizado CNC convencional, como el fresado, utiliza el método de corte por cizallamiento y, por lo tanto, tiene dificultades para mecanizar materiales duros debido al rápido desgaste de la herramienta. En cambio, la electroerosión (EDM) funciona bien, ya que elimina material mediante chispas eléctricas controladas. A diferencia de los problemas de alcance de la herramienta en el fresado o el taladrado, la EDM utiliza un electrodo o cables y puede taladrar agujeros largos y profundos con precisión.

Veamos algunos metales/aleaciones duros que se pueden utilizar en el proceso de mecanizado por descarga eléctrica.

Servicio de mecanizado por electroerosión Basado en su diseño CAD 

En Boda, somos expertos en el mecanizado de características pequeñas, intrincadas y detalladas para sus piezas con tolerancias tan bajo como ±0.004 mmPodemos trabajar con más de 30 materiales duros y difíciles, incluidos aceros para herramientas, aceros templados, aleaciones de titanio, Inconel y carburos. 

En nuestra fábrica, tenemos Electroerosión por hilo, electroerosión por penetración, electroerosión por perforación de agujeros y microelectroerosión Equipo que puede utilizarse para la producción de matrices y moldes a medida, así como para una variedad de componentes industriales. Nuestros servicios EDM también pueden ofrecer una enfoque híbridoSi las piezas se pueden procesar mediante fresado, torneado, taladrado u otros métodos, los combinamos con electroerosión (EDM). El mecanizado CNC permite la eliminación rápida de grandes cantidades de material y el acceso a geometrías específicas. Posteriormente, la electroerosión se utiliza para características duras, complejas, pequeñas, profundas o sensibles a la fuerza. 

A Contactar Para el diseño de su mecanizado por electroerosión, cargue su archivo CAD y especifique los requisitos. Nuestros ingenieros revisarán su diseño y le proporcionarán un presupuesto con información sobre el diseño para la fabricación (DFM).