Tipos de usinagem por eletroerosão: guia para usinagem por eletroerosão

Na indústria de usinagem, os fabricantes frequentemente se deparam com peças muito resistentes, muito finas ou simplesmente muito complexas para os métodos de usinagem convencionais. É exatamente aí que a Usinagem por Eletroerosão (EDM) demonstra seu valor. Ao remover material com descargas elétricas controladas em vez de força, essa técnica de usinagem CNC mantém tolerâncias rigorosas em aços-ferramenta, carbonetos, titânio e outras ligas exóticas.

Este processo de usinagem por descarga elétrica pode ser categorizado em muitas variações dependendo do método de usinagem; os mais comumente usados são eletroerosão a fio, eletroerosão por penetração e eletroerosão por perfuração de furos.

Fio EDM (WEDM)

Princípio de funcionamento e configuração

A eletroerosão a fio utiliza um fio eletricamente carregado e continuamente tensionado, normalmente latão ou latão revestido, como eletrodo móvel. O fio nunca entra em contato com a peça. Em vez disso, uma folga controlada é mantida enquanto o CNC guia o fio ao longo de um caminho programado. A peça fica submersa em água deionizada, que atua como dielétrico e remove os detritos com eficiência. Guias de fio superiores e inferiores permitem inclinar ou afunilar o fio para criar ângulos.

O gerador da máquina modula a energia, a duração e a frequência dos pulsos durante o desbaste e múltiplas passagens de desbaste. Os cortes de desbaste priorizam a velocidade, deixando margem para desbastes sucessivos que ajustam a tolerância e o acabamento superficial. A fixação é importante: uma configuração sólida e termicamente estável, pontos de referência precisos e bons caminhos de descarga impactam diretamente a precisão e o rendimento.

Aplicações e materiais típicos

Máquinas de eletroerosão a fio são normalmente utilizadas para perfis complexos: matrizes, punções, engrenagens, formas estriadas, componentes médicos e contornos 2,5D complexos que são difíceis ou impossíveis de fresar. Elas se destacam em aços para ferramentas endurecidos (A2, D2, H13), carboneto de tungstênio, titânio, Inconel e outras superligas. Cenários comuns incluem corte matrizes de fundição sob pressão de um bloco, produzindo inserções de precisão, seccionando peças quebradiças ou endurecidas sem induzir estresse e criando teias finas ou características delicadas sem distorção.

Vantagens e Limitações

• Precisão e acabamento: Manter ±0,0001–0,0002″ é rotina em configurações estáveis, e acabamentos de superfície abaixo de 1 μm Ra podem ser obtidos com múltiplas passagens de desbaste.
• Estresse mecânico mínimo: A ausência de forças de corte significa que paredes finas e detalhes finos permanecem intactos. As zonas afetadas pelo calor são pequenas e as camadas de refusão são finas.
• Amigável à automação: Rosqueamento automático, recuperação de fios rompidos e sondagem integrada proporcionam execuções confiáveis, especialmente em perfis mais longos.

Limitações: O fio deve acessar fisicamente o contorno, o que significa que rebaixos ou cavidades fechadas não são possíveis. A entrada requer um furo inicial, a menos que o ponto inicial esteja localizado em uma borda. Peças altas podem exigir estratégias cuidadosas de limpeza para manter a estabilidade e minimizar a erosão e quebras do fio.

Sinker EDM (Die-Sinking/EDM Convencional)

Eletrodos, ferramentas e formação de cavidades

A eletroerosão por penetração, também conhecida como eletroerosão por penetração, utiliza um eletrodo moldado, normalmente grafite ou cobre, montado em um cilindro. O eletrodo é colocado no negativo da cavidade e, em seguida, "afunda" na peça sob servocontrole, enquanto a descarga de faísca erode o material. Óleo à base de hidrocarbonetos é um dielétrico comum. A orbitação (pequenos movimentos programados, como órbitas circulares ou vetoriais) melhora a limpeza, o acabamento superficial e garante dimensões finais sem queima excessiva nos cantos.

A escolha do eletrodo faz uma grande diferença: o grafite garante maior velocidade, resiste ao calor e é adequado para cavidades maiores; o cobre retém bem os detalhes e pode produzir acabamentos mais finos. Fabricantes experientes costumam preparar vários eletrodos: um desbaste para afiar, um semiacabamento para estabilizar paredes e um acabamento para tolerâncias e Ra rigorosos.

Aplicações, tolerâncias e acabamento de superfície

A eletroerosão por penetração é uma opção ideal para cavidades de moldes 3D, relevos, nervuras, cavidades profundas, logotipos e geometrias que um fio reto simplesmente não consegue acessar. Tolerâncias de ± 0,0002–0,001″ são realistas, dependendo do tamanho e da configuração, com acabamentos superficiais abaixo de 1 μm Ra possíveis em queimas de acabamento. Como o eletrodo transmite a geometria, misturas complexas e formas livres são típicas em moldes de injeção e ferramentas de fundição sob pressão.

Vantagens e Limitações

• Capacidade 3D real: Sua principal força é criar cavidades cegas, rebaixos e formas tridimensionais complexas que são impossíveis de serem produzidas pela eletroerosão a fio.
• Acabamento de superfície superior: Capaz de produzir acabamentos de superfície excepcionalmente finos em contornos complexos, muitas vezes eliminando a necessidade de polimento manual.

Limitações: Essa erosão constante requer compensação de desgaste na programação e frequentemente requer a fabricação de múltiplos eletrodos para uma única tarefa. A taxa de remoção volumétrica é geralmente mais lenta do que a da eletroerosão a fio, tornando-a menos eficiente para remoção de material em larga escala. Além disso, cada cavidade específica requer um eletrodo dedicado, e características profundas e estreitas frequentemente apresentam dificuldades na limpeza dielétrica, o que pode comprometer tanto a velocidade quanto a precisão.

Perfuração de furos por eletroerosão (furos rápidos/furos pequenos)

Mecânica de Processos

O núcleo do eletroerosão por perfuração de furos é um eletrodo tubular rotativo de alta velocidade, normalmente feito de latão, cobre ou cobre-tungstênio resistente ao desgaste. Este tubo oco, na maioria dos casos, atua como cátodo e a peça de trabalho como ânodo. Um gerador emite pulsos elétricos de alta frequência através do espaço entre eles, criando uma série de faíscas controladas que vaporizam e erodem o material.

Fundamental para o processo é o fluido dielétrico pressurizado — geralmente água deionizada — que é bombeado através do centro do eletrodo rotativo. Este fluido exerce duas funções vitais: expulsa com força as partículas erodidas para fora da estreita abertura, evitando curto-circuitos, e deioniza o canal para manter uma condição de centelhamento estável. A rotação do eletrodo garante um desgaste uniforme e ajuda a obter um furo mais reto, estabilizando o tubo. Um servo sistema ajusta constantemente a posição do eletrodo para manter a abertura precisa à medida que o furo se aprofunda, permitindo a criação de furos profundos e de pequeno diâmetro em materiais endurecidos sem a deflexão da ferramenta, que seria uma ameaça na usinagem tradicional.

Casos de uso: orifícios de partida e resfriamento

É prática comum entre os fabricantes recorrer à perfuração por eletroerosão para furos iniciais antes da eletroerosão a fio quando o perfil começa longe de uma borda. É também o padrão para furos de resfriamento pequenos e de alta razão de aspecto em pás e palhetas de turbinas, padrões de resfriamento por efusão e filme, e furos precisos em componentes médicos ou microfluídicos. Superligas à base de níquel, titânio e aços temperados são todos candidatos adequados, desde que sejam condutivos.

Velocidade, precisão e limitações

• Velocidade para perfuração de furos: A perfuração por eletroerosão é excepcionalmente rápida para a criação de furos pequenos e profundos, especialmente em materiais resistentes e condutores, onde a perfuração convencional é lenta ou impossível. A velocidade é determinada principalmente pela pressão dielétrica, pelo material do eletrodo e pela liga específica a ser perfurada, permitindo furos de início rápido e padrões de furos de alto rendimento.
• Precisão no diâmetro: Esse processo se destaca pela precisão posicional e pela produção de furos retos e de alta proporção, com diâmetros de até 0,015 polegadas.

Limitações: A especialização em precisão também traz consigo algumas desvantagens. O acabamento superficial dentro dos furos é geralmente mais rugoso do que o obtido por eletroerosão a fio ou passes de acabamento em eletroerosão por penetração. Além disso, o processo limita-se a furos predominantemente retos e não permite a criação de formas curvas. Por fim, o calor intenso localizado pode deixar uma camada de refusão e pequenas rebarbas nos pontos de entrada e saída, o que pode exigir acabamento secundário em aplicações críticas.

Máquinas de eletroerosão especializadas e processos híbridos

EDM de pó misto (PMEDM)

Ao suspender pós condutores ou semicondutores no dielétrico, essa técnica pode expandir o canal de descarga, reduzir a densidade de energia e melhorar o acabamento superficial, reduzindo o desgaste da ferramenta. O PMEDM é valioso para passes de acabamento em moldes ou componentes onde a integridade da superfície é importante. Requer filtragem e controle de processo para manter a concentração consistente.

Fresamento/Orbital EDM para Formas 3D

Também chamada de fresamento por eletroerosão ram, essa abordagem utiliza um pequeno eletrodo que segue uma trajetória de ferramenta tridimensional, orbitando para criar formas complexas, semelhante à de uma fresa de ponta esférica, sem a necessidade de forças de corte. É eficaz para detalhes delicados ou de difícil acesso e pode reduzir o número de eletrodos dedicados.

Comparando o desempenho entre tipos de máquinas de eletroerosão

Velocidades de corte e drivers de tempo de ciclo

• Fio EDM: Alta velocidade relativa em cortes periféricos, especialmente em perfis longos de altura constante. O tempo do ciclo depende da altura da peça, do comprimento do contorno, do número de camadas e da descarga.
• Chumbada EDM: Taxas médias de remoção: área do eletrodo, estratégia orbital e tempo de acionamento da descarga. A fabricação do eletrodo aumenta o tempo de processamento.
• Perfuração de furos: Rápido para furos pequenos e profundos: o rendimento depende do desgaste do eletrodo, da pressão dielétrica e da liga.

Precisão, tolerâncias e acabamento superficial (Ra)

• Fio EDM: Precisão muito alta: ±0,0001–0,0002″ comum, <1 μm Ra alcançável com múltiplas desnatações.
• Chumbada EDM: Alta precisão: ±0,0002–0,001″ típico: <1 μm Ra em queimaduras de acabamento com energia ajustada e órbita.
• Perfuração de furos: Alta precisão posicional para localização de furos; o acabamento da superfície é modesto em relação ao fio/chumbo.

Efeitos térmicos: camada de refusão, microfissuras e ZTA

Todos os processos de eletroerosão produzem uma fina camada de refusão com potencial para microfissuras, embora a zona afetada pelo calor (ZTA) seja geralmente rasa. Isso pode ser atenuado com passadas de acabamento de menor energia, parâmetros de pulso otimizados, limpeza adequada e polimento ou retificação leve pós-processo quando a integridade da superfície for crítica (por exemplo, componentes aeroespaciais propensos à fadiga).

Seleção para suas necessidades de usinagem por descarga elétrica

Agora que você aprendeu sobre os diferentes tipos de eletroerosão, é hora de resumi-los para referência futura na escolha de um processo de usinagem por eletroerosão. Os critérios de seleção podem ser divididos em quatro aspectos.

Geometria e considerações de recursos

• Contornos abertos e perfis passantes: Escolha a eletroerosão a fio. É ideal quando o fio consegue acessar todo o trajeto sem deixar rebaixos.
• Cavidades fechadas e verdadeiras formas 3D: Escolha a eletroerosão por imersão. Ela cria características que um fio não consegue alcançar e transfere geometrias complexas de um eletrodo.
• Furos pequenos, profundos e retos: Escolha a perfuração por eletroerosão. É o caminho mais rápido para furos iniciais e recursos de resfriamento de alta proporção.

Material, Dureza e Estado de Tratamento Térmico

Todos os tipos de usinagem por eletroerosão exigem condutividade, mas a dureza não é um fator limitante, pois a eletroerosão prospera em aços-ferramenta tratados termicamente, carbonetos, titânio e ligas de níquel. Se a estabilidade dimensional após o tratamento térmico for importante, a eletroerosão após o endurecimento elimina o risco de distorção devido às forças de usinagem. Para carbonetos ou materiais delicados, prefira arames ou parâmetros de penetração cuidadosamente ajustados para minimizar microfissuras.

Tamanho do lote, custo e economia de ferramentas

• Protótipos e pequenos lotes: A eletroerosão a fio minimiza o uso inicial de ferramentas e requer poucos eletrodos, o que a torna econômica para operações únicas e pequenas tiragens.
• Moldes de alto volume ou cavidades repetidas: A eletroerosão por penetração torna-se econômica quando se amortiza o projeto e a fabricação do eletrodo em diversas peças. Estratégias eficientes de eletrodo (desbaste/acabamento, geometrias compartilhadas) reduzem o custo total.
• Células de perfuração de furos: Para padrões recorrentes de furos de resfriamento, a perfuração EDM dedicada com automação fornece rendimento previsível.

Automação, Fixação e Monitoramento de Processos

A eletroerosão moderna oferece suporte à manufatura a laser. Rosqueadores automáticos de fio, trocadores de ferramentas, sondagem em processo e monitoramento da máquina reduzem o tempo ocioso e o desperdício. Você deve priorizar:

• Filtragem dielétrica limpa e estável para manter a estabilidade da faísca.
• Fixação rígida com dados confiáveis para garantir repetibilidade em skims ou eletrodos.
• Geradores adaptativos e controle de canto para proteger a precisão em raios internos apertados.
• SPC e registro de conjuntos de parâmetros para rastreabilidade em usinagem de precisão regulamentada na produção de peças médicas e aeroespaciais.

Conclusão

A usinagem por descarga elétrica permite projetos complicados utilizando precisão Usinagem CNC e superação da dureza do material por meio de métodos complementares: eletroerosão por fio para perfis, eletroerosão por penetração para cavidades e eletroerosão por perfuração para furos profundos.

Equipado com o conhecimento de nossos artigos, você poderá tomar decisões bem informadas na escolha da eletroerosão para melhorar a qualidade das peças e a competitividade na manufatura avançada!

Perguntas frequentes

A eletroerosão é apenas para metal? Posso usá-la em materiais macios e não endurecidos?

Não exatamente. Por definição, a eletroerosão é exclusivamente para materiais eletricamente condutores, e isolantes como plásticos, vidro e cerâmicas comuns ou materiais compósitos estão fora de questão. No entanto, materiais como grafite, carbonetos de silício, diboreto de titânio e certos compósitos poliméricos também são eletricamente condutores. Apesar de serem o nicho da eletroerosão, também podem ser processados pelo método de usinagem.

Além disso, se os materiais macios em questão forem metais macios, como alumínio ou aço carbono, a eletroerosão é totalmente viável, apesar de ser comumente usada em materiais mais duros. Só que os métodos tradicionais de usinagem costumam ser mais rápidos e econômicos, a menos que a geometria seja extremamente complexa ou delicada.

Como o tamanho da peça limita a EDM?

Cada tipo de eletroerosão possui restrições de tamanho inerentes. As eletroerosões a fio são limitadas pelo seu alcance de deslocamento e pelo tamanho do tanque. As eletroerosões por imersão são limitadas pela capacidade do tanque de trabalho e do eletrodo. Para componentes muito grandes, como a hélice de um navio, seriam necessárias máquinas de eletroerosão dedicadas e massivas.

O que causa a camada de reformulação e isso é sempre um problema?

A camada de refusão é uma camada fina e solidificada de material que foi derretida, mas não removida pelo fluido dielétrico. Embora toda eletroerosão a crie, sua importância depende da aplicação. Para muitos moldes e ferramentas, ela é irrelevante ou pode ser removida por tratamento de superfície. Para componentes aeroespaciais altamente estressados sujeitos à fadiga, este é um fator crítico que deve ser minimizado ou removido.

O EDM é considerado um processo lento?

A eletroerosão geralmente não é um processo de alta velocidade para remoção de material em massa em comparação com a usinagem convencional. Seu valor está na sua capacidade de usinagem de precisão, não na sua velocidade bruta. A velocidade "efetiva" é alta quando se considera que pode eliminar múltiplas etapas (por exemplo, usinagem de desbaste, tratamento térmico, usinagem de acabamento) e produzir uma peça acabada a partir de uma peça bruta endurecida em uma única configuração.