Lição 6.7CortarCapítulo 6 · Corte e usinagem não convencional

Usinagem eletroquímica (ECM)

A eletrólise dissolve o metal com a forma da ferramenta

A usinagem eletroquímica (ECM) remove metal dissolvendo-o, átomo por átomo, com corrente elétrica e água salgada. Funciona como uma galvanoplastia ao contrário: a ferramenta com forma nunca toca a peça, nunca desgasta e não deixa dano de calor nem rebarbas. Fabricantes de motores a jato a usam para dar forma a pás de ligas de níquel resistentes.

Foto: Alkanchik, CC BY 3.0, via Wikimedia Commons

Usinagem eletroquímica · a célula de ECM e um detalhe da folgaOs números circulados correspondem às etapas abaixo; a faixa de baixo amplia a folga sob a ponta da ferramenta.

Como funciona

Monte o circuito. Uma fonte de corrente contínua faz da peça o ânodo (lado positivo) e da ferramenta com forma o cátodo (lado negativo). Ela opera em baixa tensão, normalmente 5–25 V, mas com milhares de amperes.
Feche a folga. A ferramenta, normalmente de cobre, latão ou aço inoxidável, é aproximada a poucas décimas de milímetro da peça. As duas nunca se tocam.
Bombeie o eletrólito. Um eletrólito (um líquido que conduz eletricidade), normalmente cloreto de sódio ou nitrato de sódio em água, é bombeado rapidamente pela ferramenta e pela folga.
Dissolva o metal. A corrente passa pelo eletrólito, e os átomos da superfície da peça saem como íons metálicos (átomos com carga elétrica). Bolhas de hidrogênio se formam na ferramenta, que nunca desgasta.
Avance e copie. A ferramenta avança de forma constante. O metal se dissolve mais rápido onde a folga é mais estreita, então os pontos altos somem e a peça adquire a forma da ferramenta em negativo.
Lave e filtre. O fluxo leva embora o metal dissolvido como lama (hidróxido metálico), além de gás e calor. O eletrólito é filtrado, resfriado e reutilizado.

Dados-chave

Materiais: Qualquer metal condutor de eletricidade, especialmente ligas difíceis de cortar: superligas de níquel, titânio, ligas de cobalto, aço temperado. A dureza não importa.
Peças típicas: Pás de turbina e blisks (discos com pás de peça única), raiamento de canos de armas, furos profundos de refrigeração, rebarbação de furos transversais internos em corpos de válvulas e de injetores
Tamanho da peça: De furos transversais de cerca de um milímetro de largura a peças de motor de várias centenas de milímetros
Precisão: Normalmente cerca de ±0,05 mm; a ECM pulsada (PECM) pode manter cerca de ±0,01 mm
Acabamento superficial: Lisa e muitas vezes brilhante, sem rebarbas, trincas nem camada danificada pelo calor; rugosidade Ra (altura média das saliências da superfície) normalmente 0,1–2 µm, quase espelho com PECM
Tamanho de lote adequado: Volumes médios a altos de peças de alto valor: a ferramenta não desgasta, mas desenvolvê-la exige tentativa e erro
Custo de ferramental e máquinas: Alto: máquinas muitas vezes de várias centenas de milhares de dólares ou mais, além de ferramentas sob medida e um grande sistema de manuseio do eletrólito
Velocidade: Definida pela corrente: cerca de 2 cm³ de aço dissolvidos por minuto para cada 1.000 A; a ferramenta normalmente avança de uma fração de milímetro a alguns milímetros por minuto

Pontos fortes e limites

Pontos fortes

Sem desgaste da ferramenta: uma ferramenta pode fazer milhares de peças
Corta qualquer metal, por mais duro que seja, sem dano de calor
Sem força de corte e sem rebarbas; superfícies lisas e sem tensões
Rápida em formas 3D complexas em ligas difíceis

Limites

Só funciona em metais condutores de eletricidade
Máquinas caras e desenvolvimento lento de ferramentas por tentativa e erro
Cantos internos vivos e detalhes finos são difíceis: a folga os arredonda
Grandes volumes de eletrólito e de lama metálica a filtrar e descartar com segurança

Onde é usado

AeroespacialPás de turbina e blisks em ligas de níquel e titânio; furos de refrigeração
DefesaRaiamento (ranhuras em espiral) dentro de canos de armas
AutomotivoRebarbação de furos transversais em injetores de combustível, corpos de válvulas e peças de transmissão
Geração de energiaPás de turbinas a gás e a vapor
FerramentariaCavidades de matrizes de forjamento em aço temperado

Como reconhecê-lo

Superfícies lisas, muitas vezes brilhantes ou acetinadas, sem marcas de ferramenta, sem rebarbas e sem descoloração por calor.
Bordas e cantos internos levemente arredondados, nunca afiados como navalha.
Formas curvas complexas, como perfis de pás, em ligas muito duras, sem linhas de usinagem visíveis.
Furos transversais dentro de uma peça com bordas bem arredondadas e sem rebarbas.

Compare com

Eletroerosão por penetração6.6também copia uma ferramenta com forma em metal duro, mas o funde com faíscas; mais lenta, o eletrodo desgasta e resta uma fina camada refundida.Galvanoplastia11.5a mesma química ao contrário: a peça é o cátodo, e o metal é depositado em vez de removido.Usinagem química6.8também dissolve metal, mas com um banho de ataque e máscaras em vez de corrente elétrica e uma ferramenta com forma.

Assista

Piyush Singh · Um tour animado pelo circuito, pela folga e pelo fluxo

MTDCNC · Máquinas de ECM reais e peças prontas de perto

EMAG · Como funcionam as máquinas de ECM industrial e de ECM pulsada

CamcraftInc · ECM em uma oficina de produção fazendo peças de precisão

Veja fotos reais

Wikipedia: Usinagem eletroquímica — diagrama do princípio, história e aplicações
Busca de fotos no Wikimedia Commons

Lembre-se

A ECM dissolve o metal com corrente e água salgada; a ferramenta nunca toca a peça e nunca desgasta.
A peça copia a ferramenta porque o metal se dissolve mais rápido onde a folga é mais estreita.
Serve para ligas difíceis e altos volumes; procure superfícies lisas e sem rebarbas e bordas suavemente arredondadas.