UNIVERSIDADE ESTADUAL DO OESTE DO PARANÁ UNIOESTE – CAMPUS DE FOZ DO IGUAÇU

CURSO: ENGENHARIA MECÂNICA DISCIPLINA: PROCESSOS DE USINAGEM II

DOCENTE: CAMILO ALEXANDRE FURLANETTO

IGOR RAFAEL BERNARDINELI

LEONARDO CRISTOFOLI

SIDNEY BRUCE SHIKI

PEDRO HENRIQUE DA COSTA WACHESK

TIAGO SARTOR

ELETROEROSÃO

FOZ DO IGUAÇU 2009

1

IGOR RAFAEL BERNARDINELI

LEONARDO CRISTOFOLI

SIDNEY BRUCE SHIKI

PEDRO HENRIQUE DA COSTA WACHESK

TIAGO SARTOR

ELETROEROSÃO

Trabalho apresentado como requisito parcial de avaliação na disciplina Processos de Usinagem II. Professor: Camilo Alexandre Furlanetto.

FOZ DO IGUAÇU 2009

2

AGRADECIMENTO

Ao professor Camilo Alexandre Furlanetto pelas aulas e orientação na confecção do presente trabalho.

À professora Leonilda Correia dos Santos pela orientação na padronização e elaboração deste trabalho.

À família e amigos dos integrantes que em todo momento apoiaram os estudos e a aquisição de conhecimento. À Universidade Estadual do Oeste do Paraná pelo sua contribuição na formação de seus acadêmicos. À Fundação Parque Tecnológico Itaipu pelo seu incentivo à pesquisa e desenvolvimento. À todos os professores do curso de Engenharia Mecânica pela contribuição no aprendizado dos alunos.

3

RESUMO

A usinagem por eletroerosão é um processo de usinagem não-convencional, ou seja,

não há contato entre a ferramenta e a peça. Foi desenvolvido para atender as exigências

industriais. Sua principal característica é a usinagem de superfícies complexas e de alta

precisão dimensional. Este processo pode ser usado na fabricação de matrizes, estampagem,

forjamento, extrusão, dentre outras. Os dois tipos de eletroerosão utilizados industrialmente

são a fio e por penetração e as ferramentas utilizadas são um fio especial e um eletrodo,

respectivamente. Avanços tecnológicos relacionados ao processo de usinagem por

eletroerosão têm sido alavancados pelo surgimento de novas empresas no setor.

Palavras-chave: Usinagem não-convencional; Eletroerosão.

ABSTRACT

The electrical discharge machining (EDM) is a non-conventional machining process

so, there is no contact between the tool and workpiece. It was developed to meet the demand

of industry. Its main characteristic is the machining of complex surfaces and high dimensional

precision. This process can be used in the manufacture of matrices, stamping, forging,

extrusion, among others. The two types of EDM that are used industrially are for wire and

penetration and the tools used are the special wire and a electrode respectively. The tools used

for machining methods above is a special wire and the electrode. Technological advances

related to the machining process by EDM have been leveraged by the emergence of new

companies in the sector.

Keywords: Non-conventional machining, Electrical Discharge Machining.

4

SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 5

2 HISTÓRIA ............................................................................................................................. 6

3 O PROCESSO ....................................................................................................................... 8

3.1 Definição e Mecanismo de Funcionamento ...................................................................... 8

3.2 Aplicabilidade do Processo e Características das Peças Produzidas ............................. 9

3.3 Ferramentas e Componentes ........................................................................................... 10

3.3.1 A Máquina ...................................................................................................................... 10

3.3.2 O Eletrodo ...................................................................................................................... 11

3.3.3 Escolha do Eletrodo e Limpeza da Superfície ............................................................ 12

4 ELETROEROSÃO POR PENETRAÇÃO ....................................................................... 15

5 ELETROEROSÃO A FIO .................................................................................................. 19

6 FABRICANTES E EQUIPAMENTOS ............................................................................. 21

7 PROTÓTIPO ....................................................................................................................... 23

7.1 Componentes ..................................................................................................................... 23

7.2 Configurações ................................................................................................................... 24

8 CONCLUSÃO ..................................................................................................................... 25

9 REFERÊNCIAS.................................................................................................................. 26

5

1 INTRODUÇÃO

Os avanços tecnológicos no campo da engenharia são historicamente dominados por

mudanças nos processos de fabricação. Duas das principais causas dessas mudanças são: (I) a

exigência da indústria por processos produtivos cada vez mais eficientes e que atendam

plenamente as necessidades de toda a cadeia de consumidores, desde os fabricantes até os

usuários finais do produto e (II) a introdução de novos tipos de materiais, que são

continuamente desenvolvidos tanto para aplicações rotineiras, assim como para casos

especiais. Nesse sentido, observa-se que são relativamente raros os casos em que um único

processo de fabricação se apresenta como suficiente para a execução de uma tarefa específica

de usinagem. Por exemplo, na usinagem com remoção de cavaco (torneamento, fresamento,

etc), a retirada de material da peça ocorre pela ação exclusivamente mecânica da ferramenta

de corte. Desta forma, as propriedades mecânicas do material a ser usinado e peças de

configurações geométricas altamente complexas restringem, em muitos casos, a

potencialidade de aplicação destes e outros processos convencionais de usinagem. Em

contrapartida, na usinagem por eletroerosão (Eletrical Discharge Machining – EDM), que é

um processo não convencional de usinagem de alta precisão, não existe contato mecânico

entre a ferramenta e a peça a ser confeccionada. A retirada de material decorre principalmente

de fenômenos termoelétricos. Sendo assim, a erodibilidade de um material apresenta muito

pouca dependência de suas propriedades mecânicas, porém é extremamente influenciada por

suas propriedades físicas. Por esse motivo o processo de EDM é bastante utilizado pela

indústria na fabricação de peças de variadas dimensões e de elevada complexidade de

materiais de difícil usinagem [KONIG et al].

Figura 1 – Exemplo de peças fabricadas pelo processo de Eletroerosão.

6

2 HISTÓRIA

No período entre a Primeira e a Segunda Guerras Mundiais que as primeiras aplicações

envolvendo o princípio da eletroerosão teve seu início prático, basicamente sendo utilizado

para a remoção de brocas e ferramentas de rosqueamento quebradas. Aqueles eram

equipamentos rudimentares de difícil operação, sendo que o controle feito manualmente da

distância de trabalho entre os eletrodos ocasionava a geração de arcos e curtos circuitos tendo

como resultado a ineficiência do processo.

Há relatos que entre os anos de 1751 e 1766, a remoção de material por descargas

elétricas entre dois eletrodos foi respectivamente observada por Benjamin Franklin e Josef

Priestley. Posteriormente, no ano de 1881, Meritens aplicou arcos elétricos em operações de

soldagem e por volta do ano de 1900, Kohlschütter utilizou descargas elétricas para produzir

pó metálico coloidal, sendo assim caracterizada a primeira aplicação de descargas elétricas na

usinagem de metais, este físico foi também o primeiro a notificar sobre a ocorrência de

desgaste nos eletrodos após o processo.

Com o intuito de eliminar o desgaste de contatos elétricos resultante dos primeiros

equipamentos, os quais eram extremamente rudimentares, principalmente o controle manual

da distância de trabalho entre os eletrodos que resultava na geração de arcos e curtos circuitos,

B.R. e N.I. Lazarenko observaram que a capacidade destruidora de uma descarga elétrica

poderia ser utilizada para a usinagem dos metais. Sendo assim, realizaram estudos visando ao

aumento e controle dessa remoção, para que pudessem então atingir parâmetros satisfatórios

do processo. Como resultado desta pesquisa, em 1940 foi apresentada à indústria nacional da

então União Soviética a primeira aplicação aperfeiçoada de uma máquina-ferramenta de

eletroerosão, que permitia produzir sucessivas faíscas elétricas entre dois eletrodos, submersos

num meio de trabalho líquido, por meio de um gerador de descargas elétricas (circuito de

relaxação 22 RC). Este dispositivo foi batizado como circuito Lazarenko conforme destacado

pela figura 2. Este circuito apresentava como principais vantagens a simplicidade construtiva,

boa confiabilidade, baixo custo e a facilidade de usinagem de superfícies com alto grau de

acabamento.

Pela primeira vez foi possível ter um certo controle do tempo dos pulsos de tensão, fato

que auxiliou na constatação de que determinadas distâncias entre os eletrodos resultavam em

melhores taxas de remoção de material. Pode ser verificado também que a introdução de um

circuito simples de controle no servo-mecanismo de avanço do eletrodo ferramenta

7

proporcionou o ajuste automático da distância entre os eletrodos conforme a situação da fenda

de trabalho, resultando na diminuição ou mesmo na eliminação da formação de arcos elétricos

e curtos circuitos entre os eletrodos durante a usinagem.

O circuito de Lazarenko, hoje em dia, é utilizado somente para algumas aplicações

especiais, como a usinagem sob regimes de acabamento.

Este circuito é dotado de resistor capacitor eletrodo.-ferro. eletricidade.-peça e fonte de

corrente contínua.

Figura 2 – Circuito de Lazarenko

O processo de eletroerosão é um dos mais populares e um dos primeiros processos de

usinagem não tradicional a surgir. A carência do avanço tecnológico foi o que retardou a

utilização deste método, pois somente quando foram desenvolvidos os aços de elevada dureza

e tenacidade, no início do século passado, surgiu à necessidade de utilizar-se da eletroerosão

(EDM), uma vez que este processo é eficiente para esses materiais.

Figura 3. Uma das primeiras máquinas de EDM, lançada pela Mitsubishi®.

8

3 O PROCESSO

Processos não-tradicionais de usinagem, onde a ferramenta de corte não necessita ser

mais dura que o material a ser usinado [FERRARESI, 2003], vêm sido desenvolvidos com o

objetivo de aumentar a produção ao mesmo passo que o desperdício de material é minimizado

[TELECURSO 2000, 2003]. Desse modo, processos como a Usinagem por Descargas

Elétricas (Electrical Discharge Machining - EDM) ou também chamada de Eletroerosão, têm

ganhado espaço na indústria.

3.1 Definição e Mecanismo de Funcionamento

De forma geral, a eletroerosão é um processo termo-elétrico que provoca erosão do

material da peça através de uma série de descargas elétricas entre um eletrodo ou fio e a peça

imersa em um meio dielétrico [MAHAPATRA et al, 2006]. Essas descargas rompem as

ligações químicas das moléculas do material, em geral metálico, erodindo a peça. Durante o

processo formam-se pequenas partículas metálicas que são ejetadas e escoadas pelo fluído

dielétrico. Portanto para que a eletroerosão ocorra é necessário um eletrodo e um fluido

dielétrico (isolante) para que o circuito esteja aberto e haja as descargas. O processo é capaz

de produzir furos, ranhuras e outras formas complexas que, pelos processos convencionais,

teriam grandes complicações para serem confeccionadas.

Atualmente, com o advento de máquinas CNC, as ferramentas de eletroerosão se

restringem a uma fina haste com extremidade esférica. Com métodos computacionais, é

possível obter-se trajetórias definidas, o que viabiliza a obtenção de superfícies complexas,

como em uma fresadora CNC. Isto favorece o processo, pois não há a necessidade de se

fabricar ferramentas com geometrias não convencionais, que com o decorrer da usinagem, em

processos tradicionais, requereriam novas correções de forma. O sistema de lavagem é outro

fator de significativa importância no ferramental, tendo várias funções importantes. Uma delas

é a de arrastar todo material erodido entre a ferramenta e peça, garantindo um avanço contínuo

da ferramenta. Outra função é a renovação constante do fluido dielétrico na interface,

mantendo as características físicas e químicas do mesmo. Essa renovação garante também o

resfriamento mais pronunciado através da ferramenta ou peça. A lavagem interna pode ser

feita por sucção ou injeção. As vantagens de um ou outro sistema dependem de cada caso e

deve ser levado em conta não só a geometria da peça, mas também a precisão requerida.

9

O sistema de fixação da peça também influi na Taxa de Remoção de Material (TRM),

pois se relaciona com o sistema de lavagem permitindo a passagem do dielétrico em diferentes

regiões. Todo o conjunto que compõem o ferramental relaciona-se mutuamente, portanto a

escolha de um ferramental adequado ao tipo de trabalho a ser executado, deve levar em

consideração todos os fatores envolvidos, para que o processo tenha o melhor desempenho.

Figura 4 – Confecção de furo utilizando Eletroerosão.

3.2 Aplicabilidade e Características das Peças Produzidas

A usinagem por descargas elétricas, ou como é conhecida ainda na indústria, usinagem

por eletroerosão, é um processo indicado na usinagem de formas complexas em materiais

condutores elétricos, especialmente aqueles de alta dureza e difíceis de serem usinados por

processos tradicionais. Suas maiores aplicações são: fabricação de matrizes para estampagem,

forjamento, fieiras para trefilação, extrusão, moldes de plástico, enfim, para o setor de

ferramentaria em geral [CRUZ et al, 1999]. Uma das principais vantagens é permitir a

confecção de geometrias bem complexas e de dimensões diminutas. Um dos materiais que é

largamente usinado por EDM é o aço-ferramenta ABNT M2, que apresenta grande

versatilidade, combinando excelente tenacidade, dureza e resistência a abrasão, muito

indicado para confecção de matrizes de estampagem profundas e outras ferramentas de

deformação plástica à frio.

Quanto maior for o ponto de fusão e vaporização do material da peça, menores serão a

TRM, a relação de desgaste (RD) e melhor o acabamento superficial (AS). Materiais como

alumínio, chumbo, magnésio e suas ligas são fáceis de serem usinados pelo EDM, por causa

dos seus baixos pontos de fusão e vaporização. O contrário ocorre para materiais como o

ósmio, titânio e suas ligas que tem elevados pontos de fusão e vaporização. Outra propriedade

do material bastante influente é a condutividade elétrica. Quanto melhor condutor elétrico for

10

o material, maior a TRM. Segue abaixo um diagrama que demonstra um quadro comparativo

entre a condutividade de diversos materiais [SCHMIDT et al, 2008].

Figura 5 – Gráfico mostrando a faixa de materiais utilizados em Eletroerosão.

3.3 Ferramentas e componentes

3.3.1 A Máquina

As máquinas modernas de eletroerosão apresentam os seguintes componentes básicos

[TELECURSO 2000]:

• O painel de comando e gerador de potência são o “cérebro” da máquina. Nele são

determinados todos os parâmetros de usinagem;

• O cabeçote é o local onde é fixado o eletrodo ou, eventualmente, a peça. Ele fica preso

à coluna da máquina e tem movimentação vertical;

• O tanque de usinagem é o recipiente onde a peça e o eletrodo permanecem

submersos durante o processo de eletroerosão;

• A mesa de usinagem é o local onde a peça é apoiada. Permite fazer dois tipos de

avanço: longitudinal e transversal;

• O reservatório de dielétrico e sistema de filtragem é o recipiente onde fica

armazenado o fluido isolante e onde é feita a limpeza dos resíduos gerados no

processo;

11

• A base é o conjunto que abriga motores e todos os sistemas de transmissão.

Figura 6 – Componentes de máquina de usinagem por Eletroerosão.

3.3.2 O Eletrodo

Na eletroerosão por penetração, a ferramenta usada é o eletrodo. Em princípio, todos

os materiais condutores de eletricidade podem ser usados como eletrodo. Mas tendo em vista

que na fabricação de uma ferramenta por eletroerosão o preço de confecção do eletrodo

representa uma parcela significativa dos custos do processo, é importante escolher com

cuidado o material a ser utilizado e o método de usinagem [SCHMIDT, 2008]. Os melhores

materiais para produção de eletrodos são aqueles que têm ponto de fusão elevado e com alta

condução de eletricidade. De um modo geral, os materiais para eletrodos podem ser agrupados

em duas categorias: metálicos e não-metálicos.

Entre os materiais metálicos, os mais utilizados são: cobre eletrolítico, cobre

tungstênio e cobre sinterizado. Eletrodos feitos desses materiais caracterizam-se por

apresentarem ótimo acabamento e mínimo desgaste durante o processo de eletroerosão.

Entre os materiais não-metálicos, o grafite é o principal. Este é um material de fácil

usinagem, porém é muito quebradiço. Os eletrodos de grafite são insensíveis aos choques

térmicos, conservam suas qualidades mecânicas a altas temperaturas, praticamente não se

deformam e são leves. Entretanto, são abrasivos, não podem ser moldados ou conformados e

não aceitam redução por ácido.

12

Figura 7 – Exemplos de eletrodos utilizados em Eletroerosão por penetração.

Peças retangulares e cilíndricas, de dimensões padronizadas, são encontradas no

comércio. Quando se trata de eletrodos de perfis irregulares e complexos, é recomendável

analisar cuidadosamente a relação custo-benefício antes de partir para sua construção.

Os eletrodos podem ser produzidos pelos métodos convencionais de usinagem, como o

fresamento, torneamento, aplainamento etc. A figura a contida anteriormente mostra alguns

eletrodos usados a fim de produzir moldes que posteriormente serão usados na fabricação de

outras peças.

3.3.3 Escolha do Eletrodo e Limpeza da Superfície

Considerando o caso de usinagem de um furo quadrado em um bloco prismático de

aço, o eletrodo a ser empregado pode ser de cobre eletrolítico, o qual é apropriado para a

eletroerosão do aço. As medidas nominais do eletrodo são as mesmas da cavidade a ser

produzida. No entanto, um eletrodo com as mesmas dimensões da cavidade produziria um

desbaste maior que o desejado. Por isso, é necessário calcular as medidas finais do eletrodo

levando em consideração:

• O comprimento da centelha (GAP);

13

• O rugosidade desejada na superfície da peça;

• O coeficiente de segurança.

O coeficiente de segurança gira em torno de 10% do valor da tolerância dimensional

da peça.

Dependendo do trabalho a ser realizado, dois tipos de eletrodo podem ser necessários:

o eletrodo de desbaste e o eletrodo de acabamento.

Outro cuidado que deve ser tomado e o da limpeza adequada da superfície da peça. A

lavagem, isto é, a circulação do dielétrico entre o eletrodo e a peça usinada, é muito

importante porque, durante a usinagem, partículas erodidas tendem a acumular-se em pontos

da superfície do eletrodo e da peça.

O acúmulo de grandes quantidades de partículas acarreta diminuição da resistência

elétrica, facilitando a formação de descargas anormais, que danificam a peça e o eletrodo.

Para obter maior rendimento, melhor acabamento e menor desgaste do eletrodo, um

sistema eficiente de limpeza deve remover essas partículas da zona de trabalho.

No início da usinagem, o dielétrico encontra-se limpo, isento de partículas e resíduos

carbonados, pois foi filtrado no reservatório de dielétrico.

A resistência do dielétrico limpo é maior do que se ele estiver carregado de partículas.

Portanto, para romper esta resistência, de modo a permitir que a primeira descarga ocorra, é

necessário um tempo maior.

As partículas criadas pelas primeiras descargas reduzem as resistências do dielétrico,

melhorando as condições de trabalho. Por isso, a pressão de limpeza não pode ser muito leve,

nem muito potente, pois o melhor rendimento da máquina é obtido com uma certa

porcentagem de contaminação do dielétrico.

Existem vários processos e dispositivos de limpeza. A escolha do processo apropriado

depende das características da peça e do eletrodo.

Limpeza por Injeção

Este processo é feito por injeção do líquido dielétrico abaixo da peça ou por dentro do

eletrodo. No primeiro caso é necessário fazer um furo na peça para possuir acesso ao fluído.

No segundo caso o eletrodo têm de ser furado para possibilitar a passagem do dielétrico.

14

Figura 8 – Processo de limpeza por injeção.

Limpeza por aspiração ou sucção

Nesse processo de limpeza o dielétrico é aspirado ao invés de injetado através de um

recipiente ou de furo no eletrodo.

Limpeza por jato lateral

Este processo é utilizado quando não é possível fazer um furo no eletrodo ou na peça.

A injeção é feita por bicos posicionados de forma a alcançar toda a superfície de trabalho.

Figura 9 – Limpeza por jato lateral

Existem ainda outros mecanismos de limpeza que baseiam-se em mecanismos similares aos

citados acima como: limpeza por agitação do dielétrico, fluxo transversal e limpeza

combinada.

15

4. ELETROEROSÃO POR PENETRAÇÃO

Trata-se do processo mais comum na eletroerosão, consiste na penetração do eletrodo

na peça metálica.

Neste processo uma descarga elétrica acontece entre um anodo e um catodo, e é

produzida por corrente contínua de pulsação controlada. A ferramenta a ser utilizada nesse

processo é o eletrodo que, geralmente, fica conectado ao pólo positivo, ou seja, o catodo. A

peça a ser usinada, por sua vez, deve ser condutora de eletricidade, costuma ser conectada ao

pólo negativo, sendo esse, portanto, o anodo. Contudo, vale citar que esta condição pode,

perfeitamente, ser invertida. Durante a usinagem, ambos, peça e eletrodo, são mergulhados

num recipiente que contém um fluído isolante, denominado dielétrico. Tanto a peça como o

eletrodo são conectados à uma fonte de corrente contínua por meio de cabos e um destes

cabos é ligado a um interruptor que permite ligar e desligar a alimentação do sistema (Figura

4).

Figura 10 - Esquema geral do processo de Eletroerosão.

Ao ligar-se o interruptor, forma-se uma tensão elétrica entre o eletrodo e a peça.

Inicialmente, no entanto, não há formação de corrente elétrica devido a propriedade do

dielétrico de ser um isolante elétrico. Quando se diminui o espaço entre os dois componentes

condutores, quebra-se a rigidez elétrica do dielétrico [HALLIDAY et al, 2003], de modo que

o fluído passa a atuar como condutor. A partir disso, forma-se uma espécie de “ponte” de

partículas carregadas (íons) entre o eletrodo e a peça. Desse modo, centelhas são produzidas,

acarretando em um superaquecimento da superfície da peça dentro do campo de descarga,

fundindo-a. Estima-se que as temperaturas da região atingida pela centelha atinjam entre 2500

16

e 50000 °C e a potência despendida no processo pode chegar a 1000 W/m2. A descarga

elétrica produzida dura alguns milionésimos de segundo e este período é denominado de Toff.

Cessada a descarga elétrica, inicia-se, por alguns milionésimos de segundo, o período Toff,

período que ocorrerá a emersão dos gases eletrolíticos. Desse modo, os espaços ocupados pelo

gás serão preenchidos pelo fluido dielétrico em temperatura muito menor que a região em

usinagem, assim, com o choque térmico, ocorrerá na região em questão uma micro

deformação por contração e essa, responsável pela desagregação das partículas que se uniam a

peça, dando início ao processo de usinagem ou corte.

Figura 11 - Formação de centelha.

A distância para a qual começa a haver passagem de corrente pelo dielétrico e

produção da centelha é chamada de GAP (folga) tendo dependência da intensidade da corrente

aplicada. Esse parâmetro da usinagem por eletroerosão determina a rugosidade superficial da

peça. Para GAPs elevados, devido ao maior distanciamento entre peça e ferramenta, há maior

rugosidade do material da peça, no entanto, os tempos de usinagem são menores. Com GAPs

baixos, forma-se menor rugosidade com um maior tempo de usinagem.

Figura 12 - Esquema mostrando a medida de GAP e rugosidade superficial da peça.

O progressivo desgaste ocorrido no processo de eletroerosão, no entanto, ocorre

17

simultaneamente na peça e no eletrodo. A peça, como geralmente está conectada ao pólo

negativo, recebe o impacto dos elétrons, ao passo que a ferramenta, por sua vez, recebe o

impacto causado pelos íons positivos. Estes últimos são mais pesados que os elétrons, por isso

menos velozes, transferem assim, menor energia á ferramenta. Desta forma, calor de menor

intensidade é gerado na ferramenta com conseqüente redução do volume de material removido

da mesma. Com ajustes convenientes na máquina pode-se minimizar o desgaste no eletrodo

que em nada contribui para a usinagem da peça, podendo-se chegar à 99.5% de erosão na peça

e 0.5% no eletrodo.

Após um período de exposição da peça às descargas elétricas, o qual é controlado por

um comando eletrônico, o fornecimento de corrente é interrompido através do afastamento do

eletrodo. Realiza-se limpeza e refrigeração por meio do fluído, e então se recomeça o ciclo

com a aproximação do eletrodo até a distância de GAP, provocando uma nova descarga. A

repetição desse ciclo de descargas sucessivas realiza a usinagem da peça, sendo que a

freqüência das descargas pode alcançar até 200 mil ciclos por segundo.

Na peça, fica reproduzida uma matriz que é uma cópia fiel do eletrodo, porém invertida.

Figura 13 – Exemplo de peça fabricada pelo processo de penetração

A Eletroerosão por penetração tem suas maiores aplicações voltada para as áreas da:

18

Indústria automotiva, industria de gravação e estampagem, usinagem de metais de elevada

dureza, peças com geometria complexas, industria de moldes e matrizes.

19

5. ELETROEROSÃO A FIO

Com um mecanismo de funcionamento semelhante ao da eletroerosão por penetração,

a eletroerosão a fio consiste em um fio de metal ionizado que atravessa a peça submersa em

água deionizada. Descargas elétricas entre o fio e a peça, cortam o material. O processo é todo

programado no computador e permite o corte de perfis complexos com exatidão.

Figura 14 – Ilustração do processo de eletroerosão à fio.

Caso seja observado em um microscópio, pode-se verificar que o fio não chega a tocar

o metal a ser cortado, as descargas elétricas removem o material e permitem o avanço do fio

por dentro da peça. Para melhor entendimento, podemos usar uma analogia para explicar o

processo. Imagine um fio de metal fino esticado entre as mãos e deslizá-lo em um bloco de

queijo cortando-o da qualquer forma que quiser. Você pode alterar as posições das suas mãos

para definir formas complexas e curvas.

A eletroerosão a fio é bastante usada na indústria para confecção de placas de guia,

porta punções matrizes (ferramentas de corte dobra e repuxo), utilizada também para cortes

em materiais muito duros e resistentes. Caracteriza-se pela complexidade dos perfis e das

tolerâncias que produz, frente a outros processos de usinagem bem mais dispendiosos e de

menor precisão. Algumas pecas de complexidade altas só são possíveis através desse

20

processo. Enquanto no processo por penetração ocorre apenas a “impressão” do formato do

eletrodo na peça metálica, o processo a fio tem uma verdadeira atuação em três dimensões

(3D), pois tem a possibilidade de formar superfícies de formatos altamente complexos de

acordo com as limitações do uso de um fio para o processo de usinagem.

Figura 15 – Vista superior e geral de peça produzida por eletroerosão à fio.

21

6. FABRICANTES E EQUIPAMENTOS

AgieCharmilles

A AgieCharmilles é uma empresa de um grupo suíço Georg Fischer, e é uma das mais

respeitadas marcas de usinagem não tradicional do mundo, resultado de mais 50 anos de

atuação da GF AgieCharmilles no mercado de máquinas de eletroerosão .

Recentemente a AgieCharmilles lançou no mercado novas máquinas de eletroerosão

por penetração CNC possuindo alta tecnologia e produtividade, sendo ideal para a produção

de peças de grande porte com usinagem de alta performance e baixo consumo de energia, com

um gerador de 104 A.

Modelo FO 350

• Máx. peso do eletrodo 50 kg;

• Máx. peso da peça de trabalho 500 kg;

• Dimensões do tanque do dielétrico (largura, altura e profundidade ) 780 x 530 x 300mm;

• Dimensões da mesa (largura x profundidade) 500 x 400 mm;

• Tensão (Voltagem) 220 V;

• Corrente (Amperagem) 12 A;

• Máx. velocidade sustentada 1300 mm/min;

• Resolução 0.05µm.

Figura 16 – Modelo FO 350.

22

Mitsubishi

A empresa Começou com o carvão em 1881 através da aquisição da mina Takashima,

utilizando a produzir combustível para as suas extensas frotas. Eles também diversificavam

em construção naval, bancos, seguros, armazenamento e comércio. Posteriormente a

diversificação procedeu à organização em sectores tais como papel, aço, vidro, equipamentos

elétricos, aeronaves, óleo e imobiliário. A Mitsubishi construiu um amplo conglomerado, que

desempenhou um papel central na modernização da indústria japonesa.

Modelo BA24

• Eletroerosão por fio;

• Máx. peso da peça de trabalho 1500 kg;

• Máx. dimensões da peça de trabalho (largura, altura e profundidade ) 1050 x 820 x 415mm;

• Dimensões da mesa 880 X 680 mm;

• Tensão (Voltagem) 200 - 230 V;

• Corrente (Amperagem) 13,5 A;

• Diâmetro mínimo do furo de início 0,5 mm;

• Diâmetro do fio – 0,1 – 0,3 mm;

• Máx. velocidade sustentada 1300 mm/min;

• Resolução 0.05µm.

Figura 17 – Modelo BA24

23

7. PROTÓTIPO

Com o intuito de demonstrar o mecanismo do processo de eletroerosão foi

confeccionado um protótipo que simula este processo. O protótipo foi baseado na bancada

feita em uma página da internet [www.fatmanandcircuitgirl.com] o qual simula um processo

de eletroerosão a fio. Este é composto por um solenóide ligado em série com um eletrodo e

uma lâmina metálica, como mostrado na figura abaixo.

Figura 18 – Esquema do circuito do protótipo.

7.1 Componentes

Para confecção da bancada foram utilizados os seguintes componentes:

• Eletrodo de fio de aço;

• Lâmina de barbear;

• Fonte de corrente contínua;

• Mola helicoidal;

• Solenóide de fio de cobre.

O solenóide é utilizado para induzir uma força magnética no eletrodo e combinado com a ação

da mola faz o eletrodo vibrar próximo à superfície metálica da lâmina. Este movimento

oscilatório do eletrodo gera freqüentemente centelhas que vão fundindo a superfície metálica

lentamente erodindo a peça. Uma figura abaixo mostra um esquema desse mecanismo e a foto

correspondente da bancada confeccionada.

24

Figura 19 – Esquema do mecanismo utilizado e foto do experimento.

7.2 Configurações

Foram feitos vários testes com o objetivo de encontrar a melhor configuração da

alimentação da fonte que geraria quantidade aceitável de fagulhas sem danificar o circuito. Ao

final dos testes chegou-se à seguinte configuração:

• Corrente elétrica: 1 A;

• Tensão elétrica: 8 V.

25

8. CONCLUSÃO

Observou-se que o processo de eletroerosão é um processo de precisão, muito

utilizado na indústria atualmente. Este processo possibilita a fabricação de peças com

geometria complexa que, com métodos tradicionais de usinagem, seriam difíceis de se

produzir, além de utilizado também para cortes em materiais muito duros e resistentes.

Caracteriza-se pela complexidade dos perfis e das tolerâncias que produz, frente a

outros processos de usinagem bem mais dispendiosos e de menor precisão.

Algumas peças de complexidade altas só são possíveis através deste processo, e

isso nos possibilita avançar tecnologicamente.

26

9. REFERÊNCIAS

ARANTES, L. J., “Avaliação do Desempenho de Fluidos Dielétricos no Processo de Usinagem por Descargas Elétricas”, Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Uberlândia, MG, 2001.

CRUZ, C., “Há inúmeras maneiras não-tradicionais de usinar materiais: conheça algumas”. Máquinas e Metais, São Paulo, ano 29, v. 27, n. 324, p. 80-85, 1993.

FERRARESI, D., “Fundamentos da Usinagem dos Metais”, 11° edição, Edgard Blücher, São

Paulo, SP, Brasil, 2003.

HALLIDAY, D., RESNICK, R., WALKER, J., “Fundamentos da Física volume 3 -

Eletromagnetismo”, LTC, Rio de Janeiro, RJ, Brasil, 2003.

KONIG, W., “Advanced ceramics – sparks machine ceramics”, pmi, vol. 23, no.2, PP.96-100, 1991.

MAHAPATRA, S. S., PATNAIK, A., “Parametric Optimization of Wire Electrical Discharge

Machining (WEDM) Process using Taguchi Method”, Journal of the Brazilian Society of

Mechanical Sciences & Engineering, 2006.

PIRES, M. S. T., RASLAN, A. A., “Modificações em Aços Usinados por Eletroerosão na Presença de Carbeto de Boro em Pó”, Uberlândia, MG.

SCHMIDT, T. I., SABO, S. C., “Usinagem por Eletroerosão”, Departamento de Engenharia

Mecânica e Mecatrônica, Faculdade de Engenharia Mecânica, Pontifícia Universidade

Católica do Estado do Rio Grande do Sul, 2008.

SILVA, N. H., “Usinagem de furos de pequenos diâmentos na liga de titânio Ti6AI4V em

máquina de eletroerosão por penetração”, Dissertação de Mestrado, Pontifícia Universidade

Católica do Paraná, Curitiba, 2001.

TELECURSO 2000, “Mecânica – Processos de Fabricação volume 4”, Editora Globo, Rio de

Janeiro, RJ, Brasil, 2003.

27

AGIECHARMILLES,<HTTP://www.gfac.com/gfac>, consulta no dia 25/07/2009.

ALL ABOUT ELECTRICAL DISCHARGEMACHINING,<http://www.edmmachining.com> ,consulta no dia 13/07/2009.

MITSUBISHI,<HTTP://www.mitsubishiworld.com/index.php?option=com_content&task=view&id=158&Itemid=1158> , consulta no dia 04/08/2009.

NOTIPFERRAMENTARIA,<http://www.notipferramentaria.com.br/servicos/eletroeros

ao>, consulta no dia 15/07/2009.

SILMAQ & BLMAQ, <HTTP://www.blmaq.com.br/eletroerosão> , consulta no dia 04/08/2009.

WIKIPEDIAELECTRICAL.DISCHARGE.MACHININING,<HTTP://en.wikipedia.org/wiki/

Electrical_discharge_machining>, consulta no dia 24/07/2009.

WISEGEEK,<HTTP://www.wisegeek.com/what-is-edm>, consulta no dia 25/08/2009.