ES2264890B1 - Procedimiento de optimizacion de electroerosion en aleaciones no ferricas para moldes. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de optimización de electroerosión en aleaciones no férricas para moldes, del tipo de los utilizados en la industria de fabricación de moldes para materiales termoplásticos caracterizado por utilizar unas probetas y unos electrodos, con forma preferente de paralelepípedo, y por una secuencia de fases claramente definidas que propicia obtener como resultado una tabla de parámetros de usuario optimizada para la electroerosión en aleaciones no férricas para moldes que permita obtener la rugosidad final deseada y las dimensiones finales de la pieza acordes con las esperadas. Esta invención aporta la principal ventaja de permitir utilizar máquinas de electroerosión convencionales, no pensadas para aleaciones no férricas para moldes, con gran predictibilidad en los resultados, a la par que posibilita la utilización de estas aleaciones en la realización de moldes, especialmente en sus fases de pruebas, con la consiguiente disminución en su coste económico, especialmente importante enmoldes de importantes dimensiones.
Description
Procedimiento de optimización de electroerosión
en aleaciones no férricas para moldes.
La presente memoria descriptiva se refiere, como
su título indica, a un procedimiento de optimización de
electroerosión en aleaciones no férricas para moldes, del tipo de
los utilizados en la industria de fabricación de moldes para
materiales termoplásticos caracterizado por utilizar unas probetas
y unos electrodos, con forma preferente de paralelepípedo, y por
una secuencia de fases claramente definidas que propicia obtener
como resultado una tabla de parámetros de usuario optimizada para
la electroerosión en aleaciones no férricas para moldes que permita
obtener la rugosidad final deseada y las dimensiones finales de la
pieza acordes con las esperadas.
Las aleaciones no férricas para moldes, como las
realizadas a base de zinc, aluminio, cobre y magnesio, y
registradas como marca comercial con el nombre de Zamak, son un
material ampliamente conocido y utilizado mundialmente en múltiples
y variados tipos de productos gracias a su bajo coste económico y
alta resistencia, prácticamente de forma única mediante su
inyección en molde a alta presión y temperatura o por fundicion en
molde, como podemos ver reflejados en las Patente EP 0620620
"Soporte de alojamiento modular para unidades
eléctricas", BE 744869 "Engranajes con dientes
complejos moldeados en metal", o en la EP 1267092
"Collar universal para elemento cilíndrico, especialmente para
cables".
Sin embargo, es un material de reciente
inclusión en el mundo industrial para su mecanizado o erosión, por
lo que no se tienen parámetros de erosión que den una cierta
fiabilidad al proceso de erosión.
Las máquinas de electroerosión existentes, como
por ejemplo las descritas en las Patentes 89810857 "Máquina de
electroerosión con alambre", 468780 "Perfeccionamientos
introducidos en máquinas de
electro-erosión", o en la 461610
"Procedimiento para hacer funcionar un aparato de
electro-erosión para la mecanización de piezas de
metal", están pensadas para la erosión de los materiales
comúnmente utilizados en la fabricación de moldes, como acero o
aluminio, y para ello poseen unas tablas tecnológicas con unos
parámetros determinados en función del material de electrodo y de
pieza a erosionar, sin embargo no existe una tecnología especifica
para las aleaciones no férricas para moldes, con lo cual, en caso
de intentar erosionar ese material el operario de la máquina de
erosión no tiene la seguridad de que esta realizando el proceso de
erosión con éxito, dando lugar a frecuentes errores en el trabajo,
con el consiguiente problema económico de desperdicio de material y
tiempo de trabajo.
Para solventar la problemática existente en la
actualidad en cuanto al problema de la erosión de las aleaciones no
férricas para moldes se ha ideado el procedimiento de optimización
de electroerosión en aleaciones no férricas para moldes objeto de
la presente invención, el cual utiliza unas probetas y unos
electrodos, con forma preferente de paralelepípedo, mediante una
secuencia de fases claramente definidas que propicia obtener como
resultado una tabla de parámetros de usuario que permitirá
erosionar una pieza determinada en aleaciones no férricas para
moldes, consiguiendo que la fabricación de la pieza sea correcta. En
el proceso de erosión se deben de obtener dos factores que van a
determinar la correcta fabricación de una pieza, los cuales son
citados a continuación:
1- Obtención de la rugosidad final de la pieza:
en el proceso de erosión uno de los objetivos es conseguir una
rugosidad determinada. La rugosidad de la pieza dependerá de la
importancia que tenga en esa pieza el acabado final de la
misma.
2- Obtención de las dimensiones finales de la
pieza a erosionar acordes con las especificaciones dadas.
Las aleaciones no férricas para moldes tienen el
comportamiento de un material poroso, con lo cual se desconoce a
priori como se van a comportar en los procesos de erosión. Esa
porosidad hace que las aleaciones no férricas para moldes no sean
unos materiales con unas propiedades homogéneas en el proceso de la
erosión, por lo cual hasta ahora no se han utilizado en la
industria de fabricación de moldes.
En el mundo de la erosión, los electrodos para
la electroerosión se fabrican básicamente con dos tipos de
materiales, cobre y grafito, dependiendo de las características a
obtener.
El electrodo de grafito necesita de una
mecanización fácil, permitiendo obtener un acabado normal de la
erosión, con un alto desgaste del electrodo, siendo bastante
estable térmicamente.
El electrodo de cobre necesita de una
mecanización sensiblemente más lenta, permitiendo obtener un
acabado bastante bueno de la erosión, con poco desgaste del
electrodo, aunque es bastante inestable térmicamente.
Como fase preliminar al procedimiento de
optimización de electroerosión en aleaciones no férricas para
moldes hay que tomar unos datos que nos sirvan como referencia de
partida a la hora de obtener unos primeros resultados. Esos
primeros datos son las propias tecnologías dadas por el fabricante
de una máquina de electroerosión en los materiales de electrodo
(Cobre - Grafito) para el acero como material a erosionar. Estas
tecnologías dan unos parámetros, los cuales modificaremos en función
de los primeros análisis de rugosidad que obtengamos. Cabe reseñar
que estas primeras pruebas van a generar resultados dispares de la
realidad pero nos servirán como datos de partida para las próximas
pruebas que vayamos a erosionar.
El procedimiento de optimización de
electroerosión en aleaciones no férricas para moldes va a constar
de las siguientes fases:
- \bullet
- Fase 1 - Diseño de las probetas.
- \bullet
- Fase 2 - Diseño de las Electrodos.
- \bullet
- Fase 3 - Mecanizado de las probetas de aleaciones no férricas para moldes.
- \bullet
- Fase 4 - Mecanizado de los electrodos de Cobre y de Grafito.
- \bullet
- Fase 5 - Erosionado de los electrodos con las tecnologías propias del fabricante y obtención de la rugosidad real de la probeta.
- \bullet
- Fase 6 - Erosionado mejorando los parámetros hasta conseguir una rugosidad deseada fijada.
- \bullet
- Fase 7 - Recopilación de datos y generación de una tabla de usuario que se pueda utilizar en la máquina de erosión.
Este procedimiento permite comprobar que las
aleaciones no férricas para moldes son unos materiales con una
elevada porosidad lo que hace que no tengan un comportamiento
uniforme en el proceso de erosionado. Además no posee unas
características homogéneas y depende en gran parte de la calidad
del mismo. Por tanto, se puede decir que las aleaciones no férricas
para moldes no tienen unas propiedades lineales previsibles como
las pueden tener otros materiales utilizados en la industria tales
como acero o el aluminio.
Según se ha observado en los ensayos, las
aleaciones no férricas para moldes son unos materiales que no
permiten introducir ni potencias ni tiempos de impulsos altos,
porque debido a su comportamiento en la erosión desgasta el
electrodo produciéndole huellas de rugosidad al propio electrodo
que a posteriori se grabarán en la pieza erosionada.
Las aleaciones no férricas para moldes son unos
materiales idóneos para la fabricación de prototipos de moldes, ya
que no solo son fáciles de mecanizar sino que a la hora de
erosionar, el tiempo es mucho menor que en el acero. De propiedades
es muy similar al aluminio, pero en la erosión las aleaciones no
férricas para moldes se comportan de diferente manera, ya que no se
llega a conseguir las rugosidades que se consiguen con el
aluminio.
Este procedimiento de optimización de
electroerosión en aleaciones no férricas para moldes que se
presenta aporta múltiples ventajas sobre los sistemas disponibles
en la actualidad siendo la más importante de permitir la
utilización de máquinas de electroerosión convencionales, no
pensadas específicamente para las aleaciones no férricas para
moldes, con estos materiales, con una gran predictibilidad en los
resultados tanto en tamaño como en rugosidad, gracias a la tabla de
usuario obtenida.
Otra importante ventaja es que posibilita la
utilización de las aleaciones no férricas para moldes en la
realización de moldes como prototipo, especialmente en sus fases de
pruebas, con la consiguiente disminución en su coste económico,
especialmente importante en el caso de moldes de importantes
dimensiones.
Otra importante ventaja es que, gracias a su
mayor velocidad de erosión, posibilita una disminución en los
tiempos de erosionado del material, con el subsiguiente ahorro
económico.
Para comprender mejor el objeto de la presente
invención, en el plano anexo se ha representado una realización
práctica preferencial de los elementos utilizados en el
procedimiento de optimización de electroerosión en aleaciones no
férricas para moldes.
En dicho plano la figura -1- muestra tres vistas
de un ejemplo de probeta de pruebas antes de las pruebas.
La figura -2- muestra tres vistas de un ejemplo
de electrodo antes de las pruebas.
La figura -3- muestra tres vistas de la erosión
de uno de los electrodos sobre una de las zonas de erosión de la
probeta.
La figura -4- muestra tres vistas de un ejemplo
de probeta de pruebas, una vez efectuada la electroerosión,
mostrando ambas zonas de erosión.
La figura -5- muestra tres vistas de un ejemplo
de electrodo, una vez efectuada la electroerosión, mostrando la
zona desgastada.
El procedimiento de optimización de
electroerosión en aleaciones no férricas para moldes objeto de la
presente invención, tal y como hemos visto anteriormente, utiliza
unas probetas y unos electrodos, con forma preferente de
paralelepípedo, mediante una secuencia de fases claramente
definidas que propicia obtener como resultado una tabla de
parámetros de usuario que permitirá erosionar una pieza determinada
en aleación no férrica para moldes, consiguiendo que la fabricación
de la pieza sea correcta. En el proceso de erosión se deben de
obtener dos factores que van a determinar la correcta fabricación
de una pieza, los cuales son citados a continuación:
1- Obtención de la rugosidad final de la pieza:
en el proceso de erosión uno de los objetivos es conseguir una
rugosidad determinada. La rugosidad de la pieza dependerá de la
importancia que tenga en esa pieza el acabado final de la
misma.
2- Obtención de las dimensiones finales de la
pieza a erosionar acordes con las especificaciones dadas.
Las aleaciones no férricas para moldes tienen el
comportamiento de un material poroso, con lo cual se desconoce a
priori como se van a comportar en los procesos de erosión. Esa
porosidad hace que las aleaciones no férricas para moldes no sean
unos materiales con unas propiedades homogéneas en el proceso de la
erosión, por lo cual hasta ahora no se han utilizado en la
industria de fabricación de moldes.
En el mundo de la erosión, los electrodos (1)
para la electroerosión se fabrican básicamente con dos tipos de
materiales, cobre y grafito, dependiendo de las características a
obtener.
El electrodo (1) de grafito necesita de una
mecanización fácil, permitiendo obtener un acabado normal de la
erosión, con un alto desgaste del electrodo, siendo bastante
estable térmicamente.
El electrodo (1) de cobre necesita de una
mecanización sensiblemente más lenta, permitiendo obtener un
acabado bastante bueno de la erosión, con poco desgaste del
electrodo, aunque es bastante inestable térmicamente.
Como fase preliminar al procedimiento de
optimización de electroerosión en aleaciones no férricas para
moldes hay que tomar unos datos que nos sirvan como referencia de
partida a la hora de obtener unos primeros resultados. Esos
primeros datos son las propias tecnologías, o tablas de datos de
operación, dadas por el fabricante de una máquina de electroerosión
en los materiales de electrodo (1) (cobre - grafito) para el acero
como material a erosionar. Estas tecnologías dan unos parámetros,
previstos inicialmente para la operación en acero, los cuales
modificaremos en función de los primeros análisis de rugosidad que
obtengamos. Cabe reseñar que estas primeras pruebas van a generar
resultados dispares de la realidad pero nos servirán como datos de
partida para las próximas pruebas que vayamos a erosionar. De esta
forma podremos obtener, partiendo de los parámetros conocidos para
el acero, y proporcionados por el fabricante, una tabla de
parámetros de erosión específica para aleaciones no férricas, y que
permitan conocer de antemano tanto la rugosidad como las
características de mecanizado, propiciando su utilización en la
fabricación de moldes de inyección, que de otro modo no sería
viable ya que con los datos proporcionados por el fabricante no es
posible la erosión de las aleaciones no férricas.
El procedimiento de optimización de
electroerosión en aleaciones no férricas para moldes va a constar
de las siguientes fases secuenciales:
- \bullet
- Fase 1 - Diseño de las probetas (2).
- \bullet
- Fase 2 - Diseño de las Electrodos (1).
- \bullet
- Fase 3 - Mecanizado de las probetas (2) de aleación no férrica para moldes.
- \bullet
- Fase 4 - Mecanizado de los electrodos (1) de Cobre y de Grafito.
- \bullet
- Fase 5 - Erosionado de los electrodos (1) con las tecnologías propias del fabricante y obtención de la rugosidad real de la probeta (2).
- \bullet
- Fase 6 - Erosionado mejorando los parámetros hasta conseguir una rugosidad deseada fijada.
- \bullet
- Fase 7 - Recopilación de datos y generación de una tabla de usuario que se pueda utilizar en la máquina de erosión.
Fase
1
Las probetas (2), o bloques de aleación no
férrica para moldes para las pruebas, donde se van a realizar los
ensayos, deben ser unas probetas en las que se puedan tener las dos
electroerosiones (3,4), una realizada con electrodo (1) de cobre y
otra realizada con el electrodo (1) de grafito. Estas probetas (2)
tendrán una profundidad de erosión preferentemente de unos dos
milímetros. Las probetas (2) tendrán un lado abierto para poder
realizar una mejor medición de la rugosidad. El aspecto de la
probeta (2) será con forma preferente de paralelepípedo,
preferentemente con dos dimensiones bastante similares y la tercera
aproximadamente del doble de las anteriores, con dos zonas de
erosión (3,4) rectangulares, situadas ambas en uno de los lados de
mayor superficie, y coincidentes con los extremos opuestos de la
probeta (2).
Se realizaran una pluralidad de probetas (2),
preferentemente seis probetas (2), y en cada una de ellas se
anotara el nombre de la prueba y el Vdi, (parámetro de rugosidad
deseada extraído de la tabla del fabricante de la máquina),
aplicado a dicha erosión. Cada probeta (2) tendrá el mismo Vdi
aplicado para el electrodo (1) de cobre y el de grafito. Cada
probeta (2) tendrá un Vdi diferente para poder comprobar las
rugosidades.
Fase
2
Los electrodos (1) con los que se realizaran las
erosiones, deben ser de dos materiales diferentes como se ha
mencionado anteriormente. Los electrodos (1) tienen las mismas
dimensiones para cada tipo de material. Los electrodos (1) tienen
una forma preferente de paralelepípedo, preferentemente con dos
dimensiones bastante similares y la tercera aproximadamente del
doble de las anteriores, siendo estas dimensiones preferentemente
de la mitad o menos de las dimensiones equivalentes de la probeta
(2). Al realizar el diseño de los electrodos (1), les aplicaremos
un GAP (espacio intermedio de tolerancia para la erosión eléctrica)
preferentemente de 0.25 mm para así poder conseguir la medida
deseada. El electrodo (1) tendrá unas dimensiones tales que, al
erosionar, sobresalga una pequeña distancia, preferentemente de
aproximadamente una quinta parte de su mayor dimensión, en voladizo
por uno de los lados de la probeta (2), de tal forma que
posteriormente sea posible medir el desgaste que ha tenido el
electrodo (1) comparando la parte desgastada por la erosión con la
parte en voladizo no desgastada por ella. Se realizaran una
pluralidad de electrodos (1), preferentemente seis, de cada tipo
(grafito y cobre).
Fase
3
Las probetas (2) son mecanizadas preferentemente
en una fresadora de 3 ejes, mediante una mordaza hidráulica o
similar en la cual sujetaremos la probeta a mecanizar. Para el
mecanizado de las probetas, se deberán escuadrear una pluralidad,
preferentemente 6, de tacos de aleación no férrica para moldes,
dejándolos a las medidas deseadas. Las probetas una vez mecanizadas
deberán tener un buen acabado superficial.
Fase
4
Al igual que las probetas (2) los electrodos (1)
son mecanizados preferentemente en la fresadora de 3 ejes. El
método de sujeción de los electrodos (1) para su mecanización, es
la de embridar a la mesa una base de tipo "hirschmann" o
similar donde tomaremos el origen en el centro de la base. Con esta
base, al colocar el electrodo (1) este queda centrado respecto del
origen que hemos tomado.
El mecanizado de los electrodos (1) lo
realizaremos en los dos tipos diferentes de material (grafito y
cobre), a partir de unos tacos en bruto de dimensiones superiores a
las deseadas. Los electrodos (1) serán mecanizados mediante un
programa de control numérico apropiado a las dimensiones finales
deseadas, de manera que así todos los electrodos (1) al ser
mecanizados tendrán las mismas dimensiones. Los electrodos (1) han
sido pensados de manera que si fuera necesario tener que realizar
más ensayos, solo habría que remecanizar los mismos electrodos (1),
aprovechando los ya existentes.
Fase
5
Dentro de esta fase consideraremos tres
apartados fundamentales:
- \bullet
- Fase 5.1 - Relación entre la rugosidad y el Vdi
- \bullet
- Fase 5.2 - Proceso de erosión
- \bullet
- Fase 5.3 - Medición con el rugosímetro.
Fase
5.1
La medición de la rugosidad obtenida se
realizará con la ayuda de un rugosímetro, realizando una pluralidad
de medidas en diferentes puntos de la pieza y hallando la media
ponderada de la rugosidad, considerando esta la rugosidad de la
probeta (2).
\newpage
La relación entre la rugosidad obtenida y el Vdi
al que corresponde dicha rugosidad se obtiene a través de la
siguiente formula:
VDI = 20 x LOG
(10 x Ra
(\mum))
Siendo Ra la rugosidad media obtenida en los
diferentes ensayos con el rugosímetro.
Para simplificar la rápida conversión entre
rugosidad, los fabricantes de máquinas de erosión suelen
proporcionar una tabla de conversión rápida de rugosidad a Vdi,
calculada para los materiales estándar (acero en este caso). Un
ejemplo de esta tabla se muestra a continuación, y nos permitirá
obtener unos valores de partida para el proceso:
\vskip1.000000\baselineskip
| VDI | Ra (\mum) | VDI | Ra (\mum) | |
| 40 | 10 | 27 | 2.2 | |
| 39 | 9 | 26 | 2 | |
| 38 | 8 | 25 | 1.8 | |
| 37 | 7 | 24 | 1.6 | |
| 36 | 6.3 | 23 | 1.4 | |
| 35 | 5.6 | 22 | 1.26 | |
| 34 | 5 | 20 | 1 | |
| 33 | 4.5 | 19 | 0.9 | |
| 32 | 4 | 18 | 0.8 | |
| 31 | 3.5 | 17 | 0.7 | |
| 30 | 3.2 | 16 | 0.63 | |
| 29 | 2.8 | 15 | 0.56 | |
| 28 | 2.5 | 14 | 0.50 |
\vskip1.000000\baselineskip
Fase
5.2
Para el proceso de erosión se parte de una
probeta (2) y unos electrodos (1) ya fabricados con anterioridad,
tal y como se ha descrito. La sujeción de la probeta se realiza
preferentemente a través de una mordaza de presión hidráulica, la
cual ha sido alineada con anterioridad al amarre de la probeta (2).
A continuación, se centra la probeta (2) con la ayuda de un
palpador de bola o instrumento similar.
Una vez la probeta (2) ya está centrada son
perfectamente conocidas las coordenadas X e Y de la pieza. Ahora se
realiza un contacto en pieza con el electrodo (1) para tener
localizada la coordenada Z.
Una vez tomadas las coordenadas de erosión ya se
puede crear un programa de erosión que defina un proceso, de
acuerdo con los valores de partida anteriormente seleccionados y
proporcionados por el fabricante, y profundidad de erosión con un
recorrido de prueba.
Ahora, una vez centrada la probeta (2) y
definido el programa de erosión, se ejecuta dicho programa y
erosionamos la probeta (2). Mientras erosiona la máquina ofrece la
posibilidad de ver la eficacia a la que se esta erosionando, la
velocidad de avance y otros parámetros que tienen influencia en la
erosión. Con estos datos se generan unas hojas de proceso donde se
colocan anotaciones particulares de cada erosión. Cuando la erosión
ha finalizado y debido a que la superficie que erosionamos es plana
se mide el desgaste (5) que se ha producido en los electrodos (1)
con la ayuda de un reloj comparador (preferentemente con tolerancia
centesimal) que se encarga de medir el salto producido en el
electrodo (1).
\newpage
Fase
5.3
Una vez realizada la erosión de las probetas (2)
en las zonas de erosión (3,4) se procede a la medida de la
rugosidad real que tienen, es decir se obtiene un valor de
rugosidad media, normalmente diferente del previsto en las tablas,
que permita asignarle un Vdi determinado según las tablas o la
fórmula anteriormente descrita.
Los ensayos y medidas de la rugosidad se
realizan preferentemente con la ayuda de un rugosímetro portátil,
que consta de cuatro partes principales:
1 - Panel de control: permite el control y
regulación de las diferentes opciones de medida y calibración que
se pueden conseguir con el rugosímetro.
2 - Adaptador: permite que sea más cómoda la
realización de las mediciones, separando el palpador del panel de
control, aunque el palpador se puede también acoplar directamente
al panel de control.
3 - Palpador: es el sensor, o parte que realiza
físicamente la medición en la probeta (2).
4 - Cala Patrón: elemento con una rugosidad
definida y conocida que permite la calibración del rugosímetro.
Antes de realizar una medición con el
rugosímetro hay que proceder a calibrarlo, para que las mediciones
realizadas posteriormente sean correctas. Para ello existe una cala
patrón con una rugosidad determinada conocida con lo cual se mide
primero en la cala para ver que el rugosímetro marca la rugosidad
de la cala patrón. Es importante realizar el desplazamiento del
palpador en dirección perpendicular a las líneas de mecanizado
existentes en la cala patrón porque es en esta dirección de medida
en la cual se encuentra especificada la rugosidad definida de la
cala patrón.
Una vez calibrado el rugosímetro se realizan
varias mediciones, preferentemente 5, en las zonas de erosión (3,4)
probeta (2) y el propio rugosímetro desecha aquellos valores que
están fuera de una tolerancia determinada con anterioridad. De esas
mediciones obtenidas se determina que la rugosidad media será la
media ponderada de esas mediciones.
Fase
6
Estos son los resultados de las primeras pruebas
realizadas en la Fase 5 usando la tecnología, o tabla de valores
suministrada por el fabricante, de acero de la máquina de
electroerosión. Esta tecnología, o tabla de valores proporcionada
por el fabricante para la erosión del acero, se usa como una
primera prueba para obtener unos resultados de rugosidad con los
cuales partir. En las tablas que se adjunta a continuación se pueden
reseñar como datos más significativos la rugosidad media de la
probeta (Ra) y el Vdi real que corresponde dicha rugosidad, junto
con el Vdi erosionado, (valor teórico obtenido de la tabla del
fabricante).
\vskip1.000000\baselineskip
| Electrodo | Vdi erosionado | Ra (\mum) | Vdi pieza |
| Cobre | 27 | 11.5 | 41 |
| Cobre | 24 | 10.85 | 41 |
| Cobre | 22 | 10.78 | 41 |
| Cobre | 20 | 10.7 | 41 |
| Cobre | 16 | 10 | 40 |
| Cobre | 14 | 10.2 | 41 |
| Electrodo | Vdi erosionado | Ra (\mum) | Vdi pieza |
| Grafito | 27 | 4.2 | 32 |
| Grafito | 24 | 4.5 | 32 |
| Grafito | 22 | 4.4 | 32 |
| Grafito | 20 | 3.2 | 31 |
| Grafito | 16 | 3.16 | 31 |
| Grafito | 14 | 2.6 | 29 |
\vskip1.000000\baselineskip
De estas primeras pruebas se observa que, debido
a que las aleaciones no férricas para moldes son materiales muy
poroso se deja marcada la huella de la rugosidad anterior, o bien
los niveles de intensidad y tiempo de impulso no son los adecuados
para este tipo de material. Todo esto se aclarara en los sucesivos
ensayos que se realicen a posteriori.
Debido a que los resultados de las erosiones no
se corresponden con las rugosidades obtenidas, se van a realizar
nuevos ensayos modificando y mejorando los parámetros de mayor
influencia en la erosión hasta conseguir la rugosidad deseada
fijada.
A continuación vamos a citar los parámetros que
definen la erosión y que son susceptibles de modificar y mejorar
para conseguir dicha rugosidad deseada (aunque estos parámetros
pueden variar ligeramente de una máquina de electroerosión a
otra):
- \bullet
- VDI: es la aspereza producida por la chispa en la superficie erosionada.
- \bullet
- INTENSIDAD (I): nivel de potencia que se pueden obtener en el generador. Cada nivel de potencia lleva asociado una intensidad media.
- \bullet
- TENSIÓN DE ENCENDIDO (V): indica los diferentes niveles de tensión de ionización en el gap.
- \bullet
- IMPULSO (Ti): indica el tiempo de descarga. Este valor es decisivo tanto para la capacidad de arranque como para el desgaste sufrido por el electrodo (1).
- \bullet
- PAUSA (To): indica el intervalo de tiempo entre dos descargas sucesivas.
- \bullet
- CONDENSADORES (C): parámetro de condensadores activados en el generador.
- \bullet
- SERVO: parámetro del temporizador, tiempo de retroceso en segundos.
- \bullet
- TIEMPO DE RETROCESO (Tr): parámetro del temporizador en segundos.
- \bullet
- TIEMPO DE TRABAJO (Tt): parámetro del temporizador en segundos.
Estas variables son las que definen
fundamentalmente las condiciones en un proceso de erosión. Existen
otro tipo de variables que pudieran asimismo influir, tales como la
limpieza, pero no es significativa en este tipo de ensayos.
En esta Fase 6 se realizan distintos ensayos,
variando los distintos parámetros de la máquina y partiendo de los
valores de referencia obtenidos en la Fase 5, tratando de conseguir
la rugosidad deseada. Se comienza consiguiendo un Vdi determinado
mediante unos ensayos. Paulatinamente se realizan ensayos sucesivos
hasta conseguir los diferentes Vdi. Toda esta información se agrupa
en una tabla de valores de usuario que automáticamente permite
erosionar a esas condiciones de erosión determinadas para este tipo
de material en concreto, obteniendo de esta forma resultados
totalmente predecibles.
El punto de partida se fija en un Vdi
determinado que consideramos optimo para este tipo de material, y
se realizan una serie de pruebas con los parámetros indicados como
ejemplo en las siguientes tablas:
\vskip1.000000\baselineskip
| Prueba 1 | Condiciones de erosión | ||||||||
| Electrodo | I | V | Ti | To | C | NS | SERVO | Tr | Tt |
| Grafito | 6 | 200 | 25 | 10 | 0 | 2 | 30 | 0.3 | 0.8 |
| Rugosidad medida (micras) | 4.9 | ||||||||
| Vdi real de la pieza | 33 |
\vskip1.000000\baselineskip
| Prueba 2 | Condiciones de erosión | ||||||||
| Electrodo | I | V | Ti | To | C | NS | SERVO | Tr | Tt |
| Grafito | 5 | 200 | 50 | 25 | 0 | 2 | 30 | 0.3 | 0.8 |
| Rugosidad medida (micras) | 5.13 | ||||||||
| Vdi real de la pieza | 34 |
\vskip1.000000\baselineskip
| Prueba 3 | Condiciones de erosión | ||||||||
| Electrodo | I | V | Ti | To | C | NS | SERVO | Tr | Tt |
| Grafito | 5 | 200 | 25 | 10 | 0 | 2 | 30 | 0.3 | 0.8 |
| Rugosidad medida (micras) | 4.11 | ||||||||
| Vdi real de la pieza | 33 |
\vskip1.000000\baselineskip
| Prueba 4 | Condiciones de erosión | ||||||||
| Electrodo | I | V | Ti | To | C | NS | SERVO | Tr | Tt |
| Grafito | 5 | 200 | 75 | 25 | 0 | 2 | 30 | 0.3 | 0.8 |
| Rugosidad medida (micras) | 5.8 | ||||||||
| Vdi real de la pieza | 35 |
\vskip1.000000\baselineskip
| Prueba 5 | Condiciones de erosión | ||||||||
| Electrodo | I | V | Ti | To | C | NS | SERVO | Tr | Tt |
| Grafito | 5 | 200 | 15 | 10 | 0 | 2 | 30 | 0.3 | 0.8 |
| Rugosidad medida (micras) | 3.5 | ||||||||
| Vdi real de la pieza | 32 |
\vskip1.000000\baselineskip
Como conclusión de estos ensayos se obtienen
diferentes tipos de rugosidad modificando principalmente la
potencia y los tiempos de impulso y de pausa. Eso indica que ya
tenemos valores fijados para los Vdi comprendidos entre 35 y
32.
En los siguientes ensayos lo que se consigue es
obtener unas rugosidades inferiores para ir completando la tabla de
rugosidades. Se realizan varios ensayos similares, preferentemente
un mínimo de 8 ensayos, constando cada ensayo de varias pruebas,
preferentemente en número de 5.
Fase
7
Todos los datos obtenidos en los ensayos y
pruebas de la Fase 6 se recogen igual que los anteriormente
mencionados, buscando y cambiando parámetros para ajustar las
rugosidades, a las cuales se quería llegar. A continuación se
muestran unas tablas con los parámetros finales obtenidos como
resultado.
\vskip1.000000\baselineskip
| Electrodo de grafito | |||||||||
| Vdi | I | V | Ti | To | C | NS | SERVO | Tr | Tt |
| 34 | 5 | 200 | 20 | 25 | 0 | 2 | 30 | 0.3 | 0.8 |
| 33 | 6 | 200 | 25 | 10 | 0 | 2 | 30 | 0.3 | 0.8 |
| 32 | 5 | 200 | 25 | 10 | 0 | 2 | 30 | 0.3 | 0.8 |
| 31 | 5 | 200 | 12 | 6 | 0 | 2 | 30 | 0.3 | 0.8 |
| 30 | 4 | 200 | 12 | 6 | 0 | 2 | 30 | 0.3 | 0.8 |
| 29 | 3 | 200 | 75 | 25 | 0 | 2 | 30 | 0.3 | 0.8 |
| 28 | 3 | 200 | 50 | 15 | 0 | 2 | 30 | 0.3 | 0.8 |
| 27 | 3 | 200 | 25 | 6 | 0 | 2 | 40 | 0.3 | 0.8 |
| 26 | 2 | 200 | 10 | 5 | 4 | 2 | 65 | 0.3 | 0.8 |
| 25 | 2 | 200 | 25 | 15 | 0 | 2 | 40 | 0.3 | 0.5 |
| 24 | 2 | 200 | 15 | 10 | 0 | 2 | 45 | 0.3 | 0.5 |
\vskip1.000000\baselineskip
| Electrodo de cobre | |||||||||
| Vdi | I | V | Ti | To | C | NS | SERVO | Tr | Tt |
| 39 | 6 | 200 | 100 | 25 | 0 | 2 | 30 | 0.3 | 0.8 |
| 35 | 6 | 200 | 25 | 10 | 0 | 2 | 30 | 0.3 | 0.8 |
| 34 | 4 | 200 | 50 | 15 | 0 | 2 | 30 | 0.3 | 0.8 |
| 32 | 4 | 200 | 25 | 10 | 0 | 2 | 30 | 0.3 | 0.8 |
| 30 | 4 | 200 | 12 | 6 | 0 | 2 | 30 | 0.3 | 0.8 |
| 29 | 3 | 200 | 12 | 6 | 0 | 2 | 30 | 0.3 | 0.8 |
| 27 | 3 | 200 | 6 | 6 | 0 | 2 | 30 | 0.3 | 0.8 |
\vskip1.000000\baselineskip
Mediante los valores de estas tablas, objeto del
procedimiento descrito, ya podemos proceder a la electroerosión de
las aleaciones no férricas para moldes de una manera predecible,
pudiendo conocer en todo momento la Vdi y el resto de los
parámetros que debemos ajustar para obtener una rugosidad o
profundidad de erosión determinada, empleándose como si el equipo
de electroerosión hubiera sido previsto para estas aleaciones.
Después de realizar y analizar todos los ensayos
con las diferentes probetas podemos decir dos cosas importantes con
respecto al comportamiento en general de las aleaciones no férricas
para moldes:
1. Las aleaciones no férricas para moldes son
materiales con una elevada porosidad lo que hace que no tengan un
comportamiento uniforme en el proceso de erosionado.
2. Las aleaciones no férricas para moldes no
poseen unas características homogéneas y dependen en gran parte de
la calidad del mismo.
Por tanto, se puede decir que las aleaciones no
férricas para moldes no tienen unas propiedades lineales
previsibles como las pueden tener otros materiales utilizados en la
industria tales como acero o el aluminio laminado.
Según se ha observado en los ensayos, las
aleaciones no férricas para moldes son materiales que no permiten
introducir ni potencias ni tiempos de impulsos altos, porque debido
a su comportamiento en la erosión desgasta el electrodo
produciéndole huellas de rugosidad al propio electrodo que a
posteriori se grabarán en la pieza erosionada.
Respecto a la utilización de los electrodos con
las aleaciones no férricas para moldes podemos extraer las
siguientes ventajas y desventajas de cada uno de los tipos:
Ventajas:
- \bullet
- Sufre poco desgaste
- \bullet
- La erosión es muy estable
- \bullet
- Tiempos de erosión rápidos
Desventajas:
- \bullet
- Difícil mecanización
- \bullet
- Material muy pesado
- \bullet
- Se degrada el electrodo
\vskip1.000000\baselineskip
Ventajas:
- \bullet
- Rugosidades mas bajas
- \bullet
- Fácil mecanización
- \bullet
- Material poco pesado.
- \bullet
- Permite trabajar con intensidades altas
Desventajas:
- \bullet
- Desgaste elevado
- \bullet
- Tiempos elevados
Para piezas que no sea necesario una rugosidad
baja, es interesante el erosionar con electrodo de cobre, ya que en
el proceso de fabricación de la pieza en cuestión se van a reducir
tiempos de erosión con lo cual se obtendrá una mayor rentabilidad
en la fabricación de las mismas. Esto será viable siempre y cuando
la geometría del electrodo no sea muy compleja ya que entonces se
debería de realizar un estudio de tiempos entre la fabricación del
electrodo y la erosión del mismo.
Las aleaciones no férricas para moldes son
materiales idóneo para la fabricación de prototipos, no solo son
fáciles de mecanizar sino que a la hora de erosionar, el tiempo es
mucho menor que en el acero. De propiedades son muy similares al
aluminio, pero en la erosión las aleaciones no férricas para moldes
se comportan de diferente manera, ya que no se llega a conseguir
las rugosidades que se consiguen con el aluminio. A todo ello
debemos unir su menor coste material.
Se omite voluntariamente hacer una descripción
detallada del resto de particularidades del sistema que se presenta
o de los elementos componentes que lo integran, pues estimamos por
nuestra parte que el resto de dichas particularidades no son objeto
de reivindicación alguna.
Una vez descrita suficientemente la naturaleza
del presente invento, así como una forma de llevarlo a la práctica,
solo nos queda por añadir que su descripción no es limitativa,
pudiéndose efectuar algunas variaciones de procedimiento, formas o
tamaños, siempre y cuando dichas variaciones no alteren la
esencialidad de las características que se reivindican a
continuación.
Claims (7)
1. Procedimiento de optimización de
electroerosión en aleaciones no férricas para moldes, del tipo de
los utilizados en la industria de fabricación de moldes para
materiales termoplásticos, caracterizado porque utiliza unas
probetas (2) y unos electrodos (1), mediante una secuencia de fases
claramente definidas, a saber Fase 1 de diseño de las probetas (2),
Fase 2 de diseño de los electrodos (1), Fase 3 de mecanizado de las
probetas (2) de aleación no férrica para moldes, Fase 4 de
mecanizado de los electrodos (1) de cobre y de grafito, Fase 5 de
erosionado de los electrodos (1) con las tecnologías propias del
fabricante y obtención de la rugosidad real de la probeta (2), Fase
6 de erosionado mejorando los parámetros hasta conseguir una
rugosidad deseada fijada, y Fase 7 de recopilación de datos y
generación de una tabla de usuario, siendo ésta utilizada en la
máquina de erosión al objeto de obtener la rugosidad final deseada
y las dimensiones finales de las piezas acordes con las esperadas,
utilizando indistintamente tanto electrodos de cobre como de
grafito.
2. Procedimiento de optimización de
electroerosión en aleaciones no férricas para moldes, según la
anterior reivindicación, caracterizado porque las probetas
(2) son unos bloques de aleación no férrica para moldes utilizados
para las pruebas, con una forma de paralelepípedo, preferentemente
con dos dimensiones bastante similares y la tercera aproximadamente
del doble de las anteriores, teniendo estas probetas (2) una
profundidad de erosión preferentemente de unos dos milímetros, con
un lado abierto para poder realizar una mejor medición de la
rugosidad, y estando dotadas con dos zonas de erosión (3,4)
rectangulares, situadas ambas en uno de los lados de mayor
superficie, y coincidentes con los extremos opuestos de la probeta
(2).
3. Procedimiento de optimización de
electroerosión en aleaciones no férricas para moldes, según la
reivindicación 1, caracterizado porque los electrodos (1)
con los que se realizaran las erosiones en las probetas (2), en
número de dos por cada probeta (2), son de materiales diferentes,
preferentemente cobre y grafito, teniendo ambos las mismas
dimensiones y una forma de paralelepípedo, preferentemente con dos
dimensiones bastante similares y la tercera aproximadamente del
doble de las anteriores, siendo estas dimensiones preferentemente
de la mitad o menos de las dimensiones equivalentes de la probeta
(2), siéndole aplicado un GAP (espacio intermedio de tolerancia
para la erosión eléctrica) preferentemente de 0.25 mm para así
poder conseguir la medida deseada, teniendo unas dimensiones tales
que, al erosionar, sobresalga una pequeña distancia,
preferentemente de aproximadamente una quinta parte de su mayor
dimensión, en voladizo por uno de los lados de la probeta (2), de
tal forma que posteriormente sea posible medir el desgaste que ha
tenido el electrodo (1) comparando la parte desgastada por la
erosión con la parte en voladizo no desgastada por ella.
4. Procedimiento de optimización de
electroerosión en aleaciones no férricas para moldes, según la
reivindicación 1, caracterizado porque la Fase 3 de
mecanizado de las probetas (2) de aleación no férrica para moldes
comprende la fabricación de una pluralidad de probetas (2),
preferentemente seis probetas (2), mecanizadas preferentemente en
una fresadora de 3 ejes, mediante una mordaza hidráulica o similar
en la cual sujetaremos la probeta (2) a mecanizar, debiéndose
escuadrar previamente el número necesario de tacos de aleación no
férrica para moldes, dejándolos a las medidas deseadas,
consiguiendo un buen acabado superficial.
5. Procedimiento de optimízación de
electroerosión en aleaciones no férricas para moldes, según la
reivindicación 1, caracterizado porque la Fase 4 de
mecanizado de los electrodos (1) de cobre y de grafito, comprende la
fabricación de una pluralidad de electrodos (1), preferentemente
seis de cada material (grafito y cobre), mecanizándolos
preferentemente en una fresadora de 3 ejes, con un método de
sujeción de los electrodos (1) para su mecanización de
embridamiento a la mesa de una base de tipo "hirschmann" o
similar donde tomaremos el origen en el centro de la base, de tal
forma que, al colocar el electrodo (1) este quede centrado respecto
del origen que hemos tomado, y realizando el mecanizado de los
electrodos (1) en los dos tipos diferentes de material (grafito y
cobre) a partir de unos tacos en bruto de dimensiones superiores a
las deseadas mediante un programa de control numérico apropiado a
las dimensiones finales deseadas, de manera que así todos los
electrodos (1) al ser mecanizados tendrán las mismas dimensiones,
estando previsto que si fuera necesario realizar más ensayos, solo
habría que remecanizar los mismos electrodos (1), aprovechando los
ya existentes.
6. Procedimiento de optimización de
electroerosión en aleaciones no férricas para moldes, según la
reivindicación 1, caracterizado porque la Fase 5.2 comprende
el proceso de erosión propiamente dicho, según los valores de
rugosidad y Vdi previstos anteriormente, para lo cual se parte de
una probeta (2) y unos electrodos (1) ya fabricados con
anterioridad, realizando la sujeción de la probeta preferentemente a
través de una mordaza de presión hidráulica, la cual ha sido
alineada con anterioridad al amarre de la probeta (2), centrando a
continuación la probeta (2) con la ayuda de un palpador de bola o
instrumento similar, con lo que son perfectamente conocidas las
coordenadas X e Y de la pieza, realizando a continuación un
contacto en pieza con el electrodo (1) para tener localizada la
coordenada Z, procediendo a ejecutar un programa de electroerosión
predefinido y erosionando la probeta (2) hasta la finalización del
programa, momento en el que se mide el desgaste (5) que se ha
producido en los electrodos (1) con la ayuda de un reloj comparador
(preferentemente con tolerancia centesimal) que se encarga de medir
el salto producido en el electrodo (1).
7. Procedimiento de optimización de
electroerosión en aleaciones no férricas para moldes, según la
reivindicación 1, caracterizado porque la Fase 6 comprende
la realización de nuevos ensayos, en número variable y de forma
iterativa, modificando y mejorando los parámetros de mayor
influencia en la erosión, hasta conseguir la rugosidad final deseada
y fijada, realizándose de forma iterativa distintos ensayos,
variando los distintos parámetros de la máquina, principalmente la
potencia y los tiempos de impulso y de pausa y tomando como punto
de partida para las nuevas pruebas un Vdi determinado que
consideramos optimo para este tipo de material, realizándose una
serie de ensayos obteniendo diferentes tipos de rugosidad y
reflejando dichos datos en unas tablas intermedias de erosión que
nos fijan unos valores para los Vdi comprendidos entre 35 y 32',
prosiguiéndose con la realización de sucesivos ensayos para obtener
unas rugosidades inferiores e ir completando la tabla de
rugosidades, realizando preferentemente un mínimo de 8 ensayos, y
constando cada ensayo de varias pruebas, preferentemente en número
de 5, agrupando toda esta información en una tabla de tecnología de
usuario, como resultado, que automáticamente proporciona los
parámetros adecuados para obtener la rugosidad y dimensiones
finales de la pieza, utilizando tanto electrodos de cobre como de
grafito.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200501606A ES2264890B1 (es) | 2005-07-01 | 2005-07-01 | Procedimiento de optimizacion de electroerosion en aleaciones no ferricas para moldes. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200501606A ES2264890B1 (es) | 2005-07-01 | 2005-07-01 | Procedimiento de optimizacion de electroerosion en aleaciones no ferricas para moldes. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2264890A1 ES2264890A1 (es) | 2007-01-16 |
| ES2264890B1 true ES2264890B1 (es) | 2008-02-01 |
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ID=38293365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200501606A Expired - Fee Related ES2264890B1 (es) | 2005-07-01 | 2005-07-01 | Procedimiento de optimizacion de electroerosion en aleaciones no ferricas para moldes. |
Country Status (1)
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|---|---|
| ES (1) | ES2264890B1 (es) |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES468780A1 (es) * | 1978-04-13 | 1978-11-16 | Maria Luisa Fonollosa Viu | Perfeccionamientos introducidos en maquinas de electro-ero- sion. |
| JPH04122524A (ja) * | 1990-09-13 | 1992-04-23 | Fanuc Ltd | 加工条件自動検索制御方式 |
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2005
- 2005-07-01 ES ES200501606A patent/ES2264890B1/es not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| ES2264890A1 (es) | 2007-01-16 |
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