28 Jun
MECANIZADO ELECTROQUIMICO:
El mecanizado electroquímico permite la reproducción de la forma y dimensiones de la herramienta (cátodo) sobre el material a mecanizar (ánodo) debido a la disolución anódica (átomos del ánodo se desprenden) provocada en presencia de un electrólito que fluye entre pieza y herramienta. Los átomos desprendidos tienden a depositarse sobre el cátodo pero la corriente del electrólito entre cátodo y ánodo los arrastra.
Características:
No existe contacto herramienta-pieza (distancia del orden de 0,1 a 0,4 mm) y por tanto no existen esfuerzos mecánicos ni térmicos que puedan originar deformaciones. – La herramienta puede ser más blanda que el material a cortar y su desgaste es mínimo. – No se producen rebabas en el material mecanizado. – Aplicado fundamentalmente al mecanizado de aleaciones de alta resistencia mecánica y dureza. Por ejemplo en la industria de los semiconductores, donde se requieren materiales de alta resistencia y forma compleja. – Permite obtener formas complejas con acabados superficiales muy buenos, difíciles de conseguir por otros medios en materiales de gran dureza. – Aplicable a materiales conductores de la electricidad. – La herramienta (cátodo) avanza sobre la pieza (ánodo) a medida que va eliminando material. La velocidad de avance es entre 0,1 y 20 mm/min. – El electrólito fluye entre la herramienta y la pieza a alta velocidad (5 a 50 m/s). Su presión no es muy elevada pero al aplicarse a una superficie de gran tamaño puede originar fuerzas muy elevadas.Mecanismo de arranque de material
– El proceso de electroconformado se basa en el proceso de Electrólisis descubierto por Faraday: cuando dos metales, uno conectado al polo positivo (ánodo) y otro al polo negativo (cátodo) de una fuente de corriente continua se sumergen en un electrólito, se produce un desprendimiento de iones del ánodo que tienden a depositarse sobre el cátodo. En el mecanizado electroquímico se evita que el material desprendido del ánodo se deposite sobre el cátodo.
– La cantidad de material disuelto es proporcional a la corriente eléctrica que circula.
– La cantidad de material disuelto es inversamente proporcional a la distancia entre pieza y herramienta (en teoría).
– El electrólito actúa como una resistencia eléctrica (cientos de Ohmios).
Sistema
– Electrólito: sales inorgánicas del tipo NaCl o NaNO3 disueltas en agua. Permite la disolución anódica, el paso de corriente entre cátodo y ánodo, eliminar el material arrancado durante el proceso y enfriar la zona para mantener temperatura constante en la zona de trabajo. Debe tener alta conductividad y baja viscosidad.
– Generador de corriente continua: alta intensidad (densidad de corriente de 10 a 500 A/cm2) y baja tensión (8 a 30 V)
– Electrodos: su diseño es crítico en el proceso. Se fabrican en cobre, latón, bronce, inoxidable, tungsteno, cobre-berilio, cobre-tungsteno, aleaciones de titanio, etc.
– Sistema de ventilación: para eliminar el H2 originado durante el proceso. Durante el proceso se origina H2 debido a la descomposición del agua en la que se disuelve el NaCl o el H2NO3. Los iones OH se unen a los iones del metal del ánodo y el hidróxido correspondiente se deposita. Al mismo tiempo, el H2 de desprende y si reconcentra en una gran cantidad puede inflamarse y originar explosiones. – Filtrado del electrólito para eliminar partículas arrancadas y bombeo (1 l/min)
– Calentador del electrólito en su depósito de reserva (20 a 50ºC)
Precisión
Acabado superficial del orden de 0,1 a 2,5 μm (Ra). Depende mucho del material a mecanizar, de su estado superficial, del tipo de electrólito usado y de su velocidad de circulación (más velocidad mejor acabado) o de la densidad de corriente (más corriente mejor acabado) aplicada.
Inconvenientes
Elevado consumo de energía frente a los procesos convencionales. – Cada producto y material requiere una investigación para determinar sus parámetros óptimos de proceso.– Los electrodos son caros por su dificultad de diseño, pero tienen una vida muy larga. – Se requiere personal con elevada formación. – No se pueden conseguir esquinas vivas.
Aplicaciones
Mejora del acabado superficial (eliminar crestas en la superficie). – Realización de agujeros (incluso varios simultáneos de 0,05 a 75 mm). Ejemplo: en álabes deturbinas o en moldes. – Realización de ranuras y formas complejas en un único movimiento de avance en moldes. – Mecanizado de superficies tipo fresado (el electrodo sigue una trayectoria sobre la pieza a
mecanizar). – Mecanizado de superficies con electrodo girando. -Eliminación de rebabas. – Aplicaciones principales en la industria aeroespacial, automoción y medicina.
Variaciones del proceso
– Mecanizado por arco o chispa electroquímica. Se trata de un proceso híbrido entre electroquímico y electroerosión. Se aplica a materiales no conductores de la electricidad: fibra de vidrio, cuarzo, plásticos reforzados con fibra, material cerámico, etc. Cuando la tensión aplicada por el generador de corriente es muy elevada, la reacción electroquímica origina burbujas de H2 que dan lugar a chispas entre ellas y el electrodo, originando calor suficiente para fundir el material de la pieza a mecanizar sobre la que se originan cráteres.
– Mecanizado electroquímico pulsado. La corriente eléctrica se suministra en forma de pulsos. Las interrupciones de corriente entre un pulso y otro se usan para favorecer que el flujo de electrólito elimine material arrancado, gases, etc. y se renueve en la zona de separación entre herramienta y pieza. Durante la interrupción de corriente el electrodo se retira de la zona de mecanizado para favorecer el flujo del electrólito. La pausa permite ajustar un nuevo gap entre pieza y herramienta. Se mejora la precisión.
– Rectificado electroquímico. Combina el rectificado convencional con el mecanizado electroquímico. La máquina usada es similar a una rectificadora. El electrodo es la rueda de rectificar, que en este caso dispone de partículas abrasivas (generalmente metálica con abrasivo de diamante o Al2O3). La rueda gira a razón de 1200 a 2000 m/min. El abrasivo sirve de aislante entre la rueda (electrodo) y la pieza y además elimina los productos electrolíticos de la zona de trabajo. El electrólito (generalmente NaNO3) fluye en la zona de trabajo. La mayoría del material eliminado es por acción electroquímica y sólo el 5% es eliminado por acción mecánica de la muela. Se aplica a materiales de gran dureza.
– Afilado electroquímico. Para el acabado superficial de agujeros. Combina el afilado convencional con el mecanizado electroquímico. El 80% del material eliminado es por acción electroquímica. La herramienta fabricada en inoxidable es el cátodo. El cuerpo de la herramienta tiene alojadas piedras de afilar con abrasivo (igual que en el sistema convencional) que eliminan el óxido de la superficie de la pieza originado por el efecto electroquímico. La herramienta tiene movimiento de giro y lineal. Lo que sobresalen las piedras de afilar del cuerpo de la herramienta determina el gap del proceso. Se consiguen velocidades de proceso 100% mayores que en el afilado convencional.
– Torneado electroquímico. Se puede usar para el mecanizado de superficies exteriores, interiores o frontales de piezas de revolución metálicas. Utilizando herramientas de forma se pueden hacer penetraciones radiales en una única pasada. La herramienta no está en contacto con la pieza. Existe un gap entre ambas y el electrólito sale por la punta de la herramienta. La máquina es similar a un torno convencional, aunque está más protegido para evitar la corrosión de sus componentes por acción del electrólito. Al no existir contacto herramienta-pieza, se pueden mecanizar piezas de sección muy delgada. Se alcanzan tolerancias de milésimas y acabados de 0,12 μm.
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