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Lección 6.7CortarCapítulo 6 · Corte y mecanizado no convencional

Mecanizado electroquímico (ECM)

La electrólisis disuelve el metal con la forma de la herramienta

El mecanizado electroquímico (ECM) elimina metal disolviéndolo, átomo a átomo, con corriente eléctrica y agua salada. Funciona como el recubrimiento galvánico al revés: la herramienta con forma nunca toca la pieza, nunca se desgasta y no deja daño por calor ni rebabas. Los fabricantes de motores a reacción lo usan para dar forma a álabes de aleaciones de níquel tenaces.

Mecanizado electroquímico (ECM): una foto real
Foto: Alkanchik, CC BY 3.0, vía Wikimedia Commons
El metal se disuelve en agua salada y copia la forma de la herramientaSección de una celda ECM, con un detalle ampliado del hueco: sin chispas, sin contacto, sin desgaste de herramientaPiezaánodo (+)ÉmboloHerramientacátodo (−)Fuente de alimentación de CC5–25 V, miles de amperios− a la herramienta+ a la piezaLa herramienta avanza hacia abajode forma constanteEntrada de electrolito(agua salada)fuera con el lodoBombaFiltroy cubaDetalle ampliado del hueco (sin escala)Electrolito (agua salada)Punto alto = hueco estrecho = disolución más rápidaPieza (ánodo +)Herramienta (cátodo −): nunca se desgastaEl metal se convierte en ionesBurbujas de hidrógenoEl flujo arrastra el lodo123456PiezaHerramienta y piezas de la máquinaCorriente eléctricaElectrolito (agua salada)
Mecanizado electroquímico · la celda ECM y un detalle de la holguraLos números en círculo corresponden a los pasos de abajo; la franja inferior amplía la holgura bajo la punta de la herramienta.

Cómo funciona

  1. Conecta el circuito. Una fuente de corriente continua hace de la pieza el ánodo (lado positivo) y de la herramienta con forma el cátodo (lado negativo). Funciona a baja tensión, normalmente 5–25 V, pero con miles de amperios.

  2. Cierra la holgura. La herramienta, normalmente de cobre, latón o acero inoxidable, se acerca a unas pocas décimas de milímetro de la pieza. Nunca se tocan.

  3. Bombea el electrolito. Un electrolito (un líquido que conduce la electricidad), normalmente cloruro de sodio o nitrato de sodio en agua, se bombea rápido a través de la herramienta y por la holgura.

  4. Disuelve el metal. La corriente circula por el electrolito, y los átomos de la superficie de la pieza salen como iones metálicos (átomos con carga eléctrica). En la herramienta se forman burbujas de hidrógeno, y ella nunca se desgasta.

  5. Avanza y copia. La herramienta avanza de forma constante. El metal se disuelve más rápido donde la holgura es más estrecha, así que los puntos altos desaparecen y la pieza toma la forma de la herramienta en negativo.

  6. Limpia y filtra. El flujo se lleva el metal disuelto en forma de lodo (hidróxido metálico), además de gas y calor. El electrolito se filtra, se enfría y se reutiliza.

Datos clave

Materiales
Cualquier metal conductor de la electricidad, sobre todo aleaciones difíciles de cortar: superaleaciones de níquel, titanio, aleaciones de cobalto, acero templado. La dureza no importa.
Piezas típicas
Álabes de turbina y blisks (discos con álabes de una pieza), rayado de cañones de armas, agujeros profundos de refrigeración, desbarbado de agujeros transversales internos en cuerpos de válvulas e inyectores
Tamaño de pieza
Desde agujeros transversales de aproximadamente un milímetro de ancho hasta piezas de motor de varios cientos de milímetros
Precisión
Normalmente unos ±0,05 mm; el ECM pulsado (PECM) puede mantener unos ±0,01 mm
Acabado superficial
Lisa y a menudo brillante, sin rebabas, grietas ni capa dañada por el calor; rugosidad Ra (altura media de las irregularidades de la superficie) normalmente 0,1–2 µm, casi como un espejo con PECM
Tamaño de lote adecuado
Volúmenes medios a altos de piezas de alto valor: la herramienta no se desgasta, pero desarrollarla requiere ensayo y error
Coste de utillaje y máquina
Alto: las máquinas suelen costar varios cientos de miles de dólares o más, además de herramientas a medida y un gran sistema de manejo del electrolito
Velocidad
Fijada por la corriente: aproximadamente 2 cm³ de acero disueltos por minuto por cada 1.000 A; la herramienta avanza normalmente de una fracción de milímetro a unos pocos milímetros por minuto

Ventajas y límites

Ventajas

  • Sin desgaste de herramienta: una herramienta puede hacer miles de piezas
  • Corta cualquier metal, por duro que sea, sin daño por calor
  • Sin fuerza de corte y sin rebabas; superficies lisas y sin tensiones
  • Rápido en formas 3D complejas en aleaciones tenaces

Límites

  • Solo funciona con metales conductores de la electricidad
  • Máquinas caras y desarrollo de herramientas lento, por ensayo y error
  • Las esquinas interiores vivas y los detalles finos son difíciles: la holgura los redondea
  • Grandes volúmenes de electrolito y de lodo metálico que filtrar y desechar de forma segura

Dónde se usa

  • AeroespacialÁlabes de turbina y blisks de aleaciones de níquel y titanio; agujeros de refrigeración
  • DefensaRayado (ranuras en espiral) en el interior de cañones de armas
  • AutomociónDesbarbado de agujeros transversales en inyectores de combustible, cuerpos de válvulas y piezas de transmisión
  • Generación de energíaÁlabes para turbinas de gas y de vapor
  • Fabricación de herramientasCavidades de matrices de forja en acero templado

Cómo reconocerlo

  • Superficies lisas, a menudo brillantes o satinadas, sin marcas de herramienta, sin rebabas y sin decoloración por calor.
  • Bordes y esquinas interiores ligeramente redondeados, nunca afilados como una cuchilla.
  • Formas curvas complejas, como los perfiles aerodinámicos de álabes, en aleaciones muy duras y sin líneas de mecanizado visibles.
  • Agujeros transversales dentro de una pieza con bordes limpiamente redondeados y sin rebabas.

Compáralo con

Electroerosión por penetración6.6también copia una herramienta con forma en metal duro, pero lo funde con chispas; más lenta, el electrodo se desgasta y queda una fina capa refundida.Galvanizado electrolítico11.5la misma química a la inversa: la pieza es el cátodo y el metal se deposita en vez de eliminarse.Mecanizado químico6.8también disuelve metal, pero con un baño de ataque y máscaras en lugar de corriente eléctrica y una herramienta con forma.

Míralo

Piyush Singh · Un recorrido animado por el circuito, la holgura y el flujo

MTDCNC · Máquinas ECM reales y piezas terminadas de cerca

EMAG · Cómo funcionan las máquinas ECM industriales y de ECM pulsado

CamcraftInc · ECM en un taller de producción fabricando piezas de precisión

Ver fotos reales

Recuerda

  • El ECM disuelve metal con corriente y agua salada; la herramienta nunca toca la pieza y nunca se desgasta.
  • La pieza copia a la herramienta porque el metal se disuelve más rápido donde la holgura es más estrecha.
  • Es adecuado para aleaciones tenaces y volúmenes altos; busca superficies lisas y sin rebabas y bordes suavemente redondeados.

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