Lección 6.6CortarCapítulo 6 · Corte y mecanizado no convencional

Electroerosión por penetración

Las chispas copian un electrodo con forma en una cavidad ciega

La electroerosión por penetración (EDM, por electrical discharge machining, también llamada EDM de hundimiento o de matriz) quema una cavidad con forma en el metal con diminutas chispas eléctricas. Un electrodo de grafito o de cobre, con la forma en negativo de la cavidad (salientes donde la cavidad necesita huecos), se hunde en el acero sin tocarlo nunca. Muchos moldes de piezas de plástico, como tapones, carcasas de teléfono y molduras del interior del coche, consiguen así sus nervios profundos y sus esquinas interiores afiladas.

Foto: CC BY 3.0, vía Wikimedia Commons

EDM por penetración · sección de la máquina y detalle ampliado de la separación de chispaLos números en círculo coinciden con los pasos de abajo; el detalle de la derecha amplía el hueco bajo la punta del electrodo.

Cómo funciona

Da forma al electrodo. Un electrodo de grafito o de cobre se fresa con el negativo exacto de la cavidad, algo más pequeño para dejar sitio a la separación de chispa.
Sumerge la pieza. El bloque de acero descansa sobre la mesa en un depósito de aceite dieléctrico (un fluido aislante eléctrico). El aceite bloquea la corriente hasta que salta una chispa, enfría el metal y arrastra los residuos.
Cierra la holgura. Un servo (un motor que corrige constantemente su propia posición) baja el electrodo hasta dejar solo un diminuto hueco, normalmente de unas pocas centésimas de milímetro. Los dos nunca se tocan.
Chispa. El generador de pulsos dispara breves pulsos de tensión. Cada uno atraviesa el aceite, y una chispa de aproximadamente 8.000–12.000 °C funde y vaporiza un cráter microscópico.
Lava y avanza. Entre pulsos, el aceite barre los residuos del hueco. El servo mantiene el hueco constante mientras el electrodo se hunde más, con miles de chispas por segundo.
Acaba con suavidad. La máquina pasa a chispas más débiles, a menudo con un electrodo de acabado nuevo y un pequeño movimiento orbital. Las chispas más pequeñas dejan cráteres más pequeños y dan el tamaño y la textura finales.

Datos clave

Materiales: Cualquier material conductor de la electricidad: acero para herramientas templado, carburo de wolframio, titanio, aleaciones de níquel, cobre. No plásticos, vidrio ni la mayoría de las cerámicas.
Piezas típicas: Cavidades de moldes y matrices, nervios y ranuras profundos y estrechos, esquinas interiores afiladas, chaveteros ciegos y hexágonos interiores en piezas templadas
Tamaño de pieza: Desde detalles de menos de 1 mm hasta cavidades en bloques de molde de aproximadamente un metro
Precisión: Normalmente unos ±0,01 mm; unas pocas micras (milésimas de milímetro) con un acabado cuidadoso
Acabado superficial: Mate y finamente craterizada. La rugosidad Ra (altura media de las irregularidades de la superficie) va de unos 10 µm en el desbaste a unos 0,2 µm en el acabado.
Tamaño de lote adecuado: Piezas únicas y utillaje (cada molde es único); pequeñas piezas de precisión en series modestas
Coste de utillaje y máquina: Máquina de unos 100.000–500.000 $; un electrodo a medida por forma, a menudo varios (desbaste y acabado)
Velocidad: Lento: normalmente de 2 a 400 mm³ de metal por minuto; una cavidad de molde suele llevar de horas a días

Ventajas y límites

Ventajas

Corta acero templado y carburo con tanta facilidad como un metal blando
Sin fuerza de corte, así que los nervios delgados y los detalles finos sobreviven
Esquinas interiores afiladas y cavidades ciegas profundas de casi cualquier forma
Texturas uniformes y repetibles directamente desde la máquina

Límites

Solo funciona con materiales conductores de la electricidad
Lento: horas o días para una cavidad profunda
Necesita un electrodo a medida para cada forma, y los electrodos se desgastan
Deja una fina capa refundida (una piel quebradiza resolidificada) que puede necesitar pulido

Dónde se usa

Moldes de inyección de plásticoCavidades para tapones, carcasas, conectores y piezas del interior del coche
Fundición a presión y forjaMatrices templadas para carcasas de aluminio y herramientas de mano forjadas
AeroespacialOrificios de refrigeración con forma en álabes de turbina de aleación de níquel
ElectrónicaMoldes y matrices de estampación para diminutas piezas de conectores
Talleres de utillajeExtracción de machos de roscar y brocas rotos atascados en piezas caras

Cómo reconocerlo

Una superficie mate uniforme, “esmerilada”, formada por diminutos cráteres solapados, sin marcas de herramienta en una sola dirección.
Esquinas interiores afiladas y nervios profundos y estrechos que ninguna fresa giratoria podría alcanzar.
En las piezas de plástico moldeadas, una textura mate uniforme de grano fino suele venir de un molde erosionado por chispas (graduada en la escala de texturas VDI 3400).
En el taller: electrodos de grafito gris oscuro que parecen “negativos” precisos de la pieza.

Compáralo con

Electroerosión por hilo6.5las mismas chispas, pero un hilo fino en movimiento corta perfiles pasantes; la EDM por penetración hace cavidades ciegas (de fondo cerrado) con un electrodo con forma.Fresado5.2mucho más rápido en metal blando, pero una fresa redonda no puede dejar esquinas interiores afiladas y tiene dificultades con el acero templado.Mecanizado electroquímico6.7también copia una herramienta con forma, pero disuelve el metal por electrólisis, sin daños por calor y con casi nada de desgaste de la herramienta.

Míralo

Practical Machinist · La física básica de la EDM, explicada para principiantes

temmy candra wijaya · Una animación del electrodo, el hueco y las chispas

Defiance Machine · Una máquina real quemando una cavidad bajo el aceite

Sodick Inc. · Cambios automáticos de electrodo para funcionar sin supervisión

Ver fotos reales

Wikipedia: Mecanizado por descarga eléctrica — esquema del principio, máquinas de EDM por penetración y por hilo
Búsqueda de fotos en Wikimedia Commons

Recuerda

La EDM por penetración copia un electrodo con forma en cualquier metal conductor, por duro que sea, con diminutas chispas en aceite.
Es lenta y necesita electrodos a medida, así que compensa en moldes, matrices y formas que ningún otro proceso puede hacer.
Busca esquinas interiores afiladas y una superficie mate uniforme llena de cráteres.