ES2569661T3 - Método y aparato de mecanización por descarga eléctrica - Google Patents

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ES2569661T3
ES2569661T3 ES11010307.4T ES11010307T ES2569661T3 ES 2569661 T3 ES2569661 T3 ES 2569661T3 ES 11010307 T ES11010307 T ES 11010307T ES 2569661 T3 ES2569661 T3 ES 2569661T3
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Umang Maradia
Reto Knaak
Walter Dal Busco
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Abstract

Un método para controlar un aparato de mecanización por descarga eléctrica (1) que tiene al menos un electrodo herramienta (11) y una pieza de trabajo (12), comprendiendo el método las etapas de: - posicionar el electrodo herramienta (11) con relación a la pieza de trabajo (12); - generar un tren de 5 impulsos (14, 17, 21, 24, 38, 42, 46, 49, 52) en una región única, incluyendo al menos un impulso de descarga de primer tipo (15, 18, 22, 25, 27, 39, 43, 47, 50, 53) y al menos un impulso de descarga de segundo tipo (16, 19, 23, 26, 30, 40, 44, 48, 51, 54), en el que el tren de impulsos que incluye los impulsos de descarga de primer y segundo tipo es aplicado a una garganta (13) situada entre el electrodo herramienta (11) y la pieza de trabajo (12) - en el que el al menos un impulso de descarga de primer tipo (15, 18, 22, 25, 27, 39, 43, 47, 50, 53) tiene una polaridad positiva - generar el al menos un impulso de descarga de primer tipo (15, 18, 22, 25, 27, 39, 43, 47, 50, 53) y el al menos un impulso de descarga de segundo tipo (16, 19, 23, 26, 30, 40, 44, 48, 51, 54), en el que el al menos un impulso de descarga de primer tipo tiene una duración de impulso más larga (TL) que la duración de impulso (TS) del al menos un impulso de descarga de segundo tipo, y en el que el impulso de descarga de primer tipo provoca la formación de una película de protección contra el desgaste en el electrodo herramienta (11) en la región única y el impulso de descarga de segundo tipo produce la erosión en al menos el electrodo herramienta (11) en la región única - aplicar los impulsos de descarga de primer y segundo tipo a la garganta (13) entre el electrodo herramienta (11) y la pieza de trabajo (12) para la eliminación de material de la pieza de trabajo (12), en el que una proporción entre los impulsos de descarga de primer y segundo tipo aplicados al electrodo herramienta está definida de tal manera que se produce un desgaste predefinido del electrodo herramienta (11).

Description

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DESCRIPCION
Metodo y aparato de mecanizacion por descarga electrica Campo de la invencion
La presente invencion se refiere a un metodo para controlar un aparato de mecanizacion por descarga electrica (electroerosion) y a un aparato de mecanizacion por descarga electrica que realiza tal metodo.
Antecedentes de la invencion
En general, en la mecanizacion por descarga electrica conocida, la energfa electrica es aplicada en forma de impulsos electricos discretos traves de una garganta de mecanizacion que esta lleno de un fluido de mecanizacion o dielectrico lfquido (por ejemplo, aceite). Los impulsos electricos discretos producen una sucesion de descargas electricas entre un electrodo herramienta y una pieza de trabajo. El estrecho espacio entre el electrodo herramienta y la pieza de trabajo define la garganta de mecanizacion tambien referida como garganta de trabajo. Las descargas electricas producen una eliminacion de material de la pieza de trabajo y, ademas, el desgaste del electrodo herramienta.
Tfpicamente, a medida que procede la eliminacion de material, el electrodo herramienta es avanzado con relacion a la pieza de trabajo por medios de servo alimentacion. La distancia de la garganta de mecanizacion es controlada continuamente de acuerdo con las condiciones de proceso instantaneas. Una senal que representa la distancia de trabajo de garganta para la corriente (por ejemplo, el retardo del encendido y/o tension media) se compara con un valor que representa una distancia de la garganta de trabajo deseada (valor de referencia) y el error resultante entre estos valores es calculado para generar un nuevo valor de comando para el motor de accionamiento con el fin de ajustar la distancia de garganta de trabajo correcta. De esta manera, el control de la posicion relativa de la pieza de trabajo y el electrodo permite la creacion de descargas consecutivas de eliminacion de material.
La eliminacion del material y las descargas conducen a una contaminacion de la region de garganta de mecanizacion con los desechos de la erosion, los subproductos del proceso, los productos de descomposicion termica del dielectrico y gases. Es conocido eliminar las contaminaciones de este tipo lavando la region de garganta de mecanizacion con nuevo lfquido de mecanizacion y retrayendo dclicamente el electrodo herramienta separandolo de la pieza de trabajo.
Por el documento US 4.288.675 A se conoce el uso de trenes de impulsos (de descarga) consistiendo cada uno de ellos en multiples impulsos de mecanizacion y la variacion de la duracion y/o del tiempo de parada de los trenes de impulsos consecutivos para reducir el desgaste del electrodo. La duracion del impulso de cada impulso unico y el tiempo de parada entre cada impulso unico del tren de impulsos estan preestablecidas antes de la mecanizacion y dependen, por ejemplo, de los materiales de los electrodos. La duracion o el tiempo de conexion de un tren de impulsos y/o el tiempo de parada entre trenes de impulsos consecutivos se ajusta durante la mecanizacion de acuerdo con una velocidad detectada del movimiento de avance relativo del electrodo herramienta con el fin de mantener la densidad de corriente sustancialmente constante a lo largo de las superficies de mecanizacion en un valor deseado, a pesar del cambio en el area de mecanizacion durante el movimiento de avance relativo del electrodo herramienta.
Por el documento US 4.503.309 A se conoce el uso de de impulsos de corriente incrementados intermitentemente en un tren de impulsos con el fin de lograr la densidad de corriente deseada y aumentar la estabilidad del proceso.
Como se ha que se ha mencionado, tipicamente el electrodo herramienta es propenso al desgaste. Ya se conoce por el documento US 3.558.842 A que una pelfcula de proteccion se forma en el electrodo herramienta bajo condiciones espedficas en un proceso de mecanizacion por descarga electrica. La pelfcula de proteccion es formada, por ejemplo, por productos del lfquido de trabajo y/o productos resultantes de la descarga a traves de la garganta de mecanizacion.
La formacion de una pelfcula de proteccion se puede utilizar para proteger el electrodo herramienta y reducir de esta manera el desgaste del mismo. Por ejemplo, el artfculo "Desgaste cero - El "Perpetuum Mobile" de la EDM por inmersion del troquel ", que se puede descargar en
http://www.gfac com/fileadmin/user_upload/dev - agiecharmilles/News/Result_today_4/Results - today_04_E_article11. pdf, describe en la pagina 28 la mecanizacion por descarga electrica, en la que se utiliza un electrodo de grafito en la EDM por inmersion del troquel. El grafito no se funde, sino que se sublima. De acuerdo con este documento, tan pronto como comienza el proceso de la EDM, el material eliminado se desplaza erraticamente con los productos de descomposicion desde el dielectrico que contiene carbono al electrodo de grafito. Por el control de la reduccion de la temperatura durante el proceso, el carbono precipita sobre la superficie del electrodo. De esta manera se forma una capa sobre el electrodo que protege el electrodo original. El proceso de EDM es controlado de tal manera que el crecimiento de la capa sobre el electrodo y el desgaste producido por los impulsos de descarga que tienen lugar sobre la capa de proteccion estan en equilibrio. Por lo tanto, el desgaste del electrodo puede ser reducido.
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Sin embargo, en particular en la meso y micro mecanizacion, es decir, por ejemplo en la meso escala (area superficial instantanea del electrodo de 10 mm2 a 1 mm2) y en la micro escala (area superficial instantanea del electrodo de 1 mm2 a 0,010 mm2 o menos, o la dimension mas pequena en el electrodo por debajo de 1 mm), el desgaste del electrodo es tambien considerable con los procesos de mecanizacion que se han que se han mencionado mas arriba. La superficie instantanea del electrodo se define como el area superficial de proyeccion de la superficie del electrodo sobre la que se esta produciendo una descarga electrica (chispa) y la dimension mas pequena del electrodo herramienta se puede referir a estructuras de los electrodos, por ejemplo nervios, en los que un grosor de los nervios es inferior a 1 mm (con independencia de la longitud y la anchura de los nervios).
Por lo tanto, un objeto de la presente invencion es proporcionar un metodo mejorado para controlar un proceso de EDM, en particular para la meso y micro mecanizacion, y un aparato de mecanizacion por descarga electrica mejorado, en particular para la meso y micro mecanizacion.
Sumario de la invencion
De acuerdo con un primer aspecto, la invencion proporciona un metodo para controlar un aparato de mecanizacion por descarga electrica de acuerdo con la reivindicacion 1.
De acuerdo con un segundo aspecto, la invencion proporciona un aparato de mecanizacion por descarga electrica que comprende: un electrodo herramienta, una mesa de trabajo para recibir una pieza de trabajo, un generador de impulsos para generar impulsos de descarga, y un control para controlar el aparato de mecanizacion por descarga electrica, en el que el control realiza un metodo del primer aspecto.
Otros aspectos adicionales de la invencion se exponen en las reivindicaciones dependientes y en la descripcion que sigue de los dibujos.
Breve descripcion de los dibujos
Las realizaciones de la presente invencion se explican a modo de ejemplo con respecto a los dibujos que se acompanan, en los que:
la figura 1 muestra una realizacion de un aparato de mecanizacion por descarga de inmersion de troquel de acuerdo con la presente invencion;
las figuras 2a a 2f muestran diferentes realizaciones de trenes de impulsos de acuerdo con la presente invencion;
las figuras 3a y 3b ilustran una realizacion con un impulso de descarga largo de acuerdo con un primer grupo y un impulso de descarga corto de acuerdo con un segundo grupo, en el que los impulsos tienen una seccion de pendiente creciente;
la figura 4 muestra otra realizacion de un impulso con diferente corriente inicial, corriente final y trayectoria;
la figura 5a muestra un grafico que representa los valores de desgastes frontales con respecto a la duracion del impulso de diferentes tipos de impulsos (corriente inicial, corriente final y trayectoria para la elevacion de la corriente) para un area superficial dada, corriente por impulso y otros parametros del proceso;
la figura 5b muestra un grafico que representa los valores de desgastes laterales con respecto a la duracion del impulso de diferentes tipos de impulsos (corriente inicial, corriente final y trayectoria para la elevacion de la corriente) para un area superficial dada, corriente por impulso y otros parametros del proceso;
las figuras 6a a 6c muestran diferentes secuencias de un impulso de descarga largo que pertenece a un primer grupo y de impulsos de descarga cortos que pertenecen a un segundo grupo para formar trenes de impulsos de acuerdo con la presente invencion;
la figura 7 muestra una secuencia de dos trenes de impulsos sucesivos de acuerdo con la presente invencion; y
las figuras 8a y 8b muestran una realizacion en la que la relacion de los impulsos de descarga largos y los impulsos de descarga cortos se mantiene constante.
Descripcion detallada de realizaciones
La figura 1 ilustra una realizacion de un aparato de mecanizacion por descarga electrica por inmersion de troquel 1 de acuerdo con la presente invencion. Antes de continuar con la descripcion detallada de la figura 1, sin embargo, se explicaran unos pocos temas generales.
Como ya se ha mencionado al principio, en la mecanizacion por descarga electrica, la energfa electrica se aplica en forma de impulsos electricos discretos traves de una garganta de mecanizacion que esta llena de un fluido de mecanizacion o dielectrico lfquido (por ejemplo, aceite). Los impulsos electricos discretos producen una sucesion de descargas electricas entre un electrodo herramienta y una pieza de trabajo. El estrecho espacio entre el electrodo
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herramienta y la pieza de trabajo define la garganta de mecanizacion o garganta de trabajo. Las descargas electricas producen una eliminacion de material de la pieza de trabajo y, ademas, el desgaste del electrodo herramienta.
^picamente, a medida que avanza la eliminacion de material, el electrodo herramienta es avanzado con relacion a la pieza de trabajo por medios de servo alimentacion. La distancia de la garganta de mecanizacion se controla continuamente de acuerdo con las condiciones de proceso instantaneas. Una senal que representa la distancia de la garganta de trabajo de la corriente (por ejemplo, el retardo del encendido y/o la tension media) se compara con un valor que representa una distancia de la garganta de trabajo deseada (valor de referencia) y el error resultante entre estos valores se calcula para generar un nuevo valor de comando para el motor de accionamiento. De esta manera, el control de la posicion relativa de la pieza de trabajo y del electrodo permite la creacion de las descargas consecutivas de eliminacion de material.
La eliminacion de material y las descargas conducen a una contaminacion de la region de garganta de mecanizacion con los desechos de erosion, los subproductos del proceso, los productos de descomposicion termica del dielectrico y los gases. Es conocida la eliminacion tales contaminaciones por el lavado de la region de garganta de mecanizacion con lfquido de mecanizacion nuevo y retrayendo dclicamente el electrodo herramienta fuera de la pieza de trabajo.
Por el documento US 4.288.675 que se ha mencionado en el principio, se conoce el uso de trenes de impulsos (descargas) consistiendo cada uno en multiples impulsos de mecanizacion y variando la duracion y/o el tiempo de parada de los trenes de impulsos consecutivos para reducir el desgaste de los electrodos. La duracion de impulso de cada impulso unico y el tiempo de parada entre los impulso unicos del tren de impulsos estan preestablecidas antes de la mecanizacion y dependen, por ejemplo, de los materiales de los electrodos. La duracion o el tiempo de conexion de un tren de impulsos y/o el tiempo de parada entre los trenes de impulsos consecutivos se ajusta durante la mecanizacion de acuerdo con una velocidad detectada del movimiento de avance relativo del electrodo herramienta con el fin de mantener la densidad de corriente a lo largo de las superficies de mecanizacion sustancialmente constante a pesar de los cambios en el area de mecanizacion durante el movimiento de avance relativo del electrodo herramienta:
Tambien por el documento US 4.603.309 se conoce el uso de aumento de los impulsos de corriente de forma intermitente en un tren de impulsos con el fin de lograr la densidad de corriente deseada y aumentar la estabilidad del proceso.
Como se ha explicado, tipicamente el electrodo herramienta es propenso al desgaste. Ya se conoce por medio del documento US 3.558.842 y el miembro de familia CH 466 452 que se forma una pelfcula de proteccion en el electrodo herramienta bajo condiciones espedficas en un proceso de mecanizacion por descarga electrica. La pelfcula de proteccion es formada, por ejemplo, por productos del lfquido de trabajo y/o productos resultantes de la descarga a traves de la garganta de mecanizacion. El documento US 3.558.842 describe repetir periodicamente al menos tres impulsos de tension y corriente que se caracterizan por una cierta duracion, amplitud y forma de tension incluyendo su secuencia para provocar una elevada eliminacion de material en la pieza de trabajo y para formar la pelfcula de proteccion en la superficie del electrodo herramienta. Los tres tipos de impulsos, es decir, tipo de encendido, termico y protector, estan unidos en un unico impulso, que es el principal inconveniente de este metodo, en particular, para la mecanizacion a escala meso y micro. Las razones son que la velocidad mas alta de eliminacion de material por pulso se logra con pulsos cortos con una duracion de tiempo aproximadamente de 20 ps a 40 ps (dependiendo de otros parametros de la tecnologfa), y tambien porque la tecnica especificada no es compatible para las corrientes mas bajas requeridas para las pequenas dimensiones de mecanizacion a escala meso y micro. Otro inconveniente es el llamado presupuesto de desgaste en el que los diferentes impulsos empaquetados dentro de un unico impulso son diffciles de controlar con el control de proceso para conseguir un desgaste de la herramienta bajo o nulo. Por otra parte, el desplazamiento del canal de descarga provoca la distorsion de forma.
En contraste con este documento, el inventor reconoce que se puede conseguir una precision superior de forma por medio de la seleccion de una tecnologfa tal que los trenes de impulsos neutros de desgaste se encuentran situados en una unica region, manteniendo de ese modo la forma original intacta del electrodo herramienta.
Tambien se ha observado que la deposicion de carbono en la ffsica de la descarga electrica sobre las superficies de los electrodos, especialmente para una temperatura que supera los 1400°C cuando comienza la pirolisis de carbono. Dependiendo de la temperatura y de la presion el carbono se acumula de los productos de descomposicion por medio de pirolisis.
La formacion de una pelfcula de proteccion se puede utilizar para proteger el electrodo herramienta y para reducir de esta manera el desgaste del mismo, como se ha descrito en el artfculo que se ha mencionado mas arriba "Cero desgaste - El "Perpetuum Mobile" por EDM con inmersion de troquel". Como se ha explicado desde el primer momento, durante la descarga electrica, se forma carbono en forma de grafito sobre la o las superficies del electrodo. El tipo de grafito formado depende de las temperaturas implicadas en el proceso y el control de la corriente durante las descargas electricas. El carbono depositado sobre la superficie del electrodo (anodo y/o catodo) puede contener tambien productos de erosion o desechos formados durante y al final de la descarga. De
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esta manera se forma una capa de productos de grafito y de erosion sobre el electrodo, incluyendo productos de descomposicion dielectrica que protegen el electrodo original. El proceso de EDM es controlado de tal manera que el crecimiento de la capa sobre el electrodo y el desgaste causado por los impulsos de descarga que tienen lugar en la capa de proteccion estan en equilibrio. Por lo tanto, el desgaste del electrodo puede ser reducido.
En este metodo conocido se pueden utilizar trenes de impulsos, que consisten en, por ejemplo, tres impulsos de descarga identicos que tienen la misma duracion de impulso y el mismo tiempo de parada entre ellos. El tiempo de parada entre los trenes de impulsos de acuerdo con este metodo es mayor que el tiempo de parada entre los impulsos de descarga unicos de un unico tren de impulsos.
Ademas, con este metodo no es posible aplicar una alta corriente de descarga, por ejemplo, por encima de 8 A, para los electrodos compuestos (electrodo que tiene multiples estructuras diferentes, por ejemplo a escala meso y micro), sin causar un alto desgaste en el electrodo herramienta. Por lo tanto, con los metodos anteriores, la velocidad total de mecanizacion es pequena.
Aqrn, el proceso se puede considerar en multiescala:
en el segundo micro nivel a nivel chispa unica
a nivel de chispas multiples
a nivel de cientos de milisegundos a nivel de tiempo mucho mayor
- la cinetica de reaccion de plasma,
- cambio en la temperatura y la presion a lo largo de la duracion del tiempo despues de la ruptura,
- densidad de corriente media (factor de trabajo) y formacion de tren de impulsos,
- intervalo de tiempo entre dos ciclos de lavado, y
- profundidad de la erosion y contaminacion en la region de garganta.
En algunas realizaciones, el crecimiento de carbono sobre el electrodo herramienta se caracteriza principalmente como crecimiento lateral y crecimiento frontal en funcion de la direccion del movimiento del electrodo herramienta durante la erosion. Mediante el control de la corriente aplicada a la descarga electrica sobre la garganta de mecanizacion (tambien referida como "chispa") durante unos pocos microsegundos iniciales (1 - 30 ps) de la chispa, se puede reducir una temperatura inicial elevada en las superficies de los electrodos mientras que el resto de la duracion del impulso incrementa las temperaturas de la superficie del electrodo que conducen a la formacion de carbono sobre la o las superficies del electrodo herramienta.
Como se ha mencionado mas arriba, a temperaturas por encima de 1400°C comienza la pirolisis del carbono, lo cual puede ser un factor principal para la formacion de la capa de proteccion que contiene productos de grafito y de erosion en la o las superficies de los electrodos. La capa formada puede ser porosa o puede ser incluso mas dura que el material de base del electrodo herramienta, lo que le protege contra las fuerzas termicas y/o abrasivas que provocan tipicamente el desgaste del electrodo herramienta. En algunas realizaciones, la temperatura media de la superficie del electrodo herramienta y de la region de descarga es controlada mediante el control de un factor de trabajo o de una densidad de corriente media, con lo que el volumen de la acumulacion de carbono en el electrodo de grafito se puede controlar.
En algunas realizaciones, el nivel de corriente por chispa puede ser regulado con tres parametros principales: la corriente inicial (0,01-25A), la corriente final (0,1 a 120A) y la trayectoria entre ellas es decir, diferentes pendientes o gradientes en la elevacion de la corriente. Por lo tanto, la velocidad a la que el carbono se acumula se basa en todos estos efectos, incluyendo las propiedades del material de anodo/catodo, tales como el calor espedfico, la conductividad termica y la resistencia electrica. En algunas realizaciones, el perfil de la elevacion de la corriente por chispa, las pendientes de la corriente y la corriente inicial pueden reducir el desgaste del electrodo herramienta y pueden aumentar el crecimiento radial de la capa de proteccion de carbono sobre la superficie del electrodo herramienta. Ademas, el efecto a escala geometrica de la dimension del electrodo desempena un papel en la velocidad de crecimiento de carbono y en las caractensticas de la acumulacion de carbono.
Aunque aqrn solo se menciona el aspecto termico, en algunas realizaciones la naturaleza del crecimiento del carbono puede ser atribuida tambien a otros aspectos tales como el campo electro-magnetico, la deposicion de vapor ffsico-qmmica, la generacion de puntos de catodo/anodo, la alta densidad de corriente (0,1-20A o superior) a lo largo del tiempo y/o del area superficial, etc.
Sin embargo, en algunas realizaciones, en particular en la meso y micro mecanizacion, es decir, por ejemplo en la escala meso (area superficial instantanea del electrodo de 10 mm2 a 1 mm2) y en la escala micro (area superficial instantanea del electrodo de 1 mm2 a 0,010 mm2o las estructuras de dimension mas pequenas o la mas pequena en el electrodo herramienta que son inferiores a 1 mm), el desgaste de los electrodos es tambien considerable con los procesos de mecanizacion que se han mencionado mas arriba.
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El inventor reconoce que, en particular en la escala de mecanizacion meso y micro que se ha definido mas arriba, el desgaste del electrodo herramienta se puede reducir considerablemente, mientras que la velocidad de eliminacion de material y la estabilidad del proceso se puede aumentar, mediante la introduccion de al menos dos tipos de impulsos de descarga. Un primer tipo de impulso de descarga esta configurado para formar una capa de proteccion sobre el electrodo herramienta y un segundo tipo de impulso de descarga esta configurado para causar un desgaste/erosion sobre el electrodo herramienta y la pieza de trabajo, respectivamente. Mediante la aplicacion de una proporcion definida de impulsos de descarga de primer y segundo tipo para la eliminacion de material de la pieza de trabajo, el desgaste del electrodo herramienta puede ser controlado. Por otra parte, los impulsos de descarga de primer y segundo tipo pueden formar un tren de impulsos espedfico, en el que para cada tren de impulsos, el desgaste es casi cero. Tambien el tren de impulsos comprende una relacion predefinida de impulsos de descarga de primer tipo y de segundo tipo.
El impulso de descarga de primer tipo tiene una duracion de impulso mas larga que el impulso de descarga de segundo tipo. La secuencia y la combinacion de los dos tipos diferentes de impulsos se pueden fijar o generar en cualquier orden, tambien dentro de un tren de impulsos. Un tren de impulsos puede ser definido como un grupo de impulsos de descarga, en el que cada grupo, es decir, cada tren de impulsos, esta separado por un tiempo de pausa del grupo de impulsos de descarga (tren de impulsos) anterior y del consecutivo o un tren de impulsos tambien se pueden definir por un patron espedfico de impulsos de descarga durante la mecanizacion.
El impulso de descarga de primer tipo provoca principalmente la formacion de una pelmula de proteccion contra el desgaste sobre el electrodo herramienta, radialmente y/o frontalmente sobre el electrodo herramienta. El impulso de descarga de segundo tipo provoca la erosion en la o las superficies de electrodo herramienta. Principalmente dependiendo de parametros tales como la corriente, el factor de trabajo, la dimension del electrodo, las propiedades materiales del anodo-catodo y el dielectrico; una duracion de pulso corta tambien puede resultar en una mayor velocidad de eliminacion de material (MRR), mayor desgaste de los electrodos mientras se mantiene estable el proceso. En algunas realizaciones, un tren de impulsos puede estar separado de un tren de impulsos consecutivo por un duracion de la pausa que es mas larga que cualquiera de los valores de duracion de la pausa utilizados entre los mismos o diferentes tipos de impulsos dentro del tren de impulsos.
En algunas realizaciones, los al menos dos tipos de descargas pueden pertenecer a un grupo primero y segundo, respectivamente (por ejemplo, grupo 1 y grupo 2, como se muestra en las figuras 5a y 5b).
En la figura 5a se puede ver que para un tipo particular de descarga (con la corriente inicial, la corriente final y la trayectoria de elevacion de la corriente definidas) con el aumento de la duracion del pulso, un crecimiento de carbono frontal sobre el electrodo herramienta se incrementa y en un cierto valor de la duracion de la descarga (marcado con el signo de referencia 34 en la figura 5a) pasa de la situacion de desgaste en el electrodo herramienta al desgaste cero y aun mas a una acumulacion frontal de carbono en el electrodo.
De esta manera, se pueden formar dos grupos de tipo de descarga:
- un primer grupo (grupo 1), que representa las descargas de primer tipo, que comprende el mas bajo valor de duracion de impulso que es un valor en el que el desgaste frontal del electrodo herramienta llega a cero y que comprende cualesquiera valores de duracion de impulsos que sean mayores que este valor; y
- un segundo grupo (grupo 2), que representan las descargas del segundo tipo, que comprende los valores de duracion de impulso que son menores que el valor de duracion de impulsos en el que el desgaste frontal alcanza un valor cero.
Al mismo tiempo, es decir, el mismo valor de duracion del impulso en el que el desgaste frontal alcanza un valor cero, el mismo tipo de descarga con una duracion del pulso creciente alcanza un valor en el que el desgaste lateral del electrodo herramienta se hace cero (marcado con el signo de referencia 35 en la figura 5b). Un incremento adicional en la duracion del pulso conduce a un crecimiento radial de carbono adicional, como se muestra en la figura 5b.
En algunas realizaciones, es posible que en el valor de duracion de pulso para un impulso de corriente especificado, el desgaste frontal en el electrodo herramienta llegue a cero, pero el desgaste lateral no ha llegado a cero todavfa. Por lo tanto, en algunas realizaciones, tambien se pueden definir dos grupos en base a los valores de desgaste laterales, en los que al aumentar la duracion del pulso, se alcanza un valor de duracion del pulso en el que el desgaste lateral se convierte en cero o casi cero (35):
- el valor de la duracion del pulso en el que el desgaste lateral se convierte en cero o mmimo (35) y cualquier valor de duracion de pulso que sea mayor que este valor pertenece a un primer grupo (grupo 1) que representa los impulsos de descarga del primer tipo; y
- cualquier valor de la duracion del pulso que sea menor que el cero o valor de la duracion del pulso de desgaste lateral mmimo pertenece a un segundo grupo (grupo 2) que representa los impulsos de descarga de segundo tipo.
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En algunas realizaciones, en base a los dos grupos de duracion del pulso distintos (grupo 1, 2) definidos para un tipo de impulso especificado (con la corriente inicial, la corriente final y la trayectoria de la elevacion de la corriente dadas) en base al desgaste frontal y/o al desgaste lateral, se forma un tren de impulsos espedfico comprendiendo al menos un impulso con una duracion de impulso del grupo 1 y al menos un impulso con una duracion de impulso del grupo 2 y se aplica a la garganta entre dos electrodos (anodo, catodo), lo cual resulta en un desgaste bajo o casi cero de la herramienta, una elevada velocidad de eliminacion de material y un proceso estable.
En algunas realizaciones, el tren de impulsos comprende al menos dos impulsos, un impulso de descarga de primer tipo perteneciente al grupo 1 y un impulso de descarga de segundo tipo perteneciente al grupo 2 separados por una duracion de pausa de impulsos espedfica. En algunas realizaciones, los impulsos de descarga de primer tipo (grupo 1, por ejemplo, figura 3a) y los impulsos de descarga de segundo tipo (grupo 2, por ejemplo, figura 3b) se pueden aplicar en cualquier secuencia dentro de un tren de impulsos (vease ejemplos en las figuras 6a a 6c y 2a).
En algunas realizaciones, el tren de impulsos comprende al menos un impulso de descarga de primer tipo (de grupo 1) y al menos un impulso de descarga de segundo tipo (de grupo 2). En tales realizaciones, una duracion de la pausa entre dos trenes de impulsos consecutivos es mayor que cualquier duracion de la pausa utilizada entre pulsos consecutivos dentro del tren de impulsos (vease tambien la figura 7).
En algunas realizaciones, por ejemplo, en el caso de una geometna del electrodo herramienta unica o simple, un metodo de supresion de arco, que en general es conocido por las personas expertas, es utilizado y modificado por la introduccion de un nivel de tension de supresion de arco dinamico y adaptarlo como un metodo de supresion de pulsos dinamicos. En tales realizaciones, la condicion de pausa del tren de pulsos indicada ya no es valida. Por lo tanto, en algunas realizaciones, la cantidad de descargas del segundo tipo (descargas del grupo 2) con respecto a las descargas del primer tipo (descargas del grupo 1) es determinada y se mantiene una relacion constante entre las descargas de primer y segundo tipo (dentro de una tolerancia dada). En tales realizaciones, los al menos dos tipos de impulsos de descarga con diferentes propiedades pueden ser generados en base a diversos algoritmos o al control adaptativo del proceso con las caractensticas de tension/corriente y otras caractensticas de impulso, por ejemplo, el tiempo de retardo, la tension abierta, el tiempo de cafda desde tension abierta a tension de descarga, los componente de alta frecuencia de la tension de descarga, etc. Por lo tanto, por ejemplo, en base a una regulacion de un nivel de supresion de arco, dos o mas tipos de impulsos de descarga (grupo 1, 2) se pueden generar durante la erosion. En tales realizaciones, la acumulacion y el proceso de desgaste de la capa de proteccion se puede realizar en el nivel de chispa multiple sin crear trenes de impulsos explfcitos (vease tambien las figuras 8a, 8b y la descripcion asociada mas adelante). Por lo tanto, una supresion de impulso dinamico de este tipo para lograr un bajo desgaste en la mecanizacion a escala meso y micro se encuentra tambien en la amplitud de la presente invencion.
Los parametros espedficos de los impulsos de descarga del primer tipo (grupo 1) y del segundo tipo (grupo 2), por ejemplo, del tren de impulsos, tal como la corriente inicial, la corriente final, la trayectoria de la elevacion de la corriente entre la corriente inicial y la final, la o las duraciones de los pulsos, la o las duraciones de las pausas dentro del tren de impulsos y el numero de impulsos de descarga del primer tipo (grupo 1) y de los impulsos de descarga de segundo tipo (grupo 2) incluyendo su secuencia dentro de un tren de impulsos depende en algunas realizaciones de los parametros fijos, por ejemplo, la superficie de la estructura y/o las dimensiones del electrodo herramienta, el material del electrodo, el lfquido de mecanizacion, la condicion de la garganta, la profundidad de la erosion, etc.
En consecuencia, algunas realizaciones se refieren a un metodo para controlar un aparato de mecanizacion por descarga electrica (EDM), en particular un aparato de EDM por inmersion de troquel o un aparato de EDM de taladrado o un aparato de EDM de fresado. El aparato de EDM tiene al menos un electrodo herramienta y una pieza de trabajo y, por ejemplo, otras unidades o elementos, que son conocidos por los expertos, tales como un generador, un control, una mesa de trabajo, etc.
El electrodo herramienta esta posicionado relativamente con la pieza de trabajo, de manera que se define una garganta de mecanizacion entre el electrodo herramienta y la pieza de trabajo.
El electrodo herramienta puede tener diferentes formas, tales como las que son conocidas por los expertos en la tecnica. Por ejemplo, el electrodo herramienta puede ser un unico electrodo, un electrodo de lotes que tiene multiples estructuras identicas, un electrodo compuesto que tiene multiples estructuras diferentes o un electrodo especial que puede tener cualquier forma.
En algunas realizaciones, el electrodo herramienta tiene al menos una porcion que tiene una area/dimension de superficie instantanea en la region de escala meso o micro, como se ha definido mas arriba.
A continuacion por lo menos un impulso de descarga de primer tipo y al menos un impulso de descarga de segundo tipo son generados, por ejemplo, por el generador del aparato de EDM. El al menos un impulso de descarga de primer tipo tiene una duracion de impulso mas largo que la duracion del impulso del al menos un impulso de descarga de segundo tipo y el impulso de descarga de primer tipo provoca la formacion de una pelfcula de proteccion contra el desgaste en el electrodo herramienta y el impulso de descarga del segundo tipo produce erosion
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al menos sobre el electrodo herramienta. Como se ha explicado mas arriba, el impulso de descarga de primer tipo pertenece en algunas realizaciones al primer grupo y el impulso de descarga de segundo tipo al segundo grupo.
Aunque la funcion del impulso de descarga de primer tipo es producir una formacion de una capa de proteccion sobre el electrodo herramienta, que puede crecer lateralmente y/o radialmente en el electrodo herramienta como tambien se ha explicado mas arriba, el impulso de descarga de primer tipo tambien podna causar, ademas, otros efectos distintos a la formacion de la capa de proteccion (tales como la eliminacion de material de la pieza de trabajo). Lo mismo es cierto para el impulso de descarga de segundo tipo, que tambien puede causar otros efectos distintos a solamente el desgaste del electrodo herramienta y/o la eliminacion de material en la pieza de trabajo (tales como estabilidad del proceso).
Los impulsos de descarga de primer y segundo tipo son aplicados al electrodo herramienta para la eliminacion de material de la pieza de trabajo. La relacion entre los impulsos de descarga de primer y segundo tipo aplicados al electrodo herramienta esta definida de tal manera que se produce un desgaste predefinido del electrodo herramienta.
En algunas realizaciones, una pluralidad de impulsos de descarga de primer y segundo tipo son aplicados al electrodo herramienta. Por lo tanto, la relacion entre los impulsos de descarga de primer tipo y de segundo tipo es calculada por el numero de impulsos de descarga de primer tipo y de segundo tipo, respectivamente.
Mediante la definicion de una relacion espedfica de los impulsos de descarga de primer y segundo tipo se puede lograr un equilibrio predefinido entre la acumulacion de la capa de proteccion sobre el electrodo herramienta y la cantidad de desgaste del electrodo herramienta, controlando de ese modo el desgaste del electrodo herramienta.
En algunas realizaciones, la secuencia de los impulsos de descarga de primer y segundo tipo puede ser en cualquier orden. En otras realizaciones, los impulsos de descarga de primer y segundo tipo estan dispuestos en un orden predefinido, por ejemplo, un impulso de descarga de primer tipo es seguido por al menos un impulso de descarga de segundo tipo, en el que los impulsos de descarga de primer y segundo tipo estan separados por una pausa de proceso unos de los otros.
En algunas realizaciones, los impulsos de descarga de tipo primero y segundo estan agrupados en un patron espedfico de impulsos de descarga, por ejemplo, en un tren de impulsos, como tambien se ha mencionado mas arriba. En tales realizaciones, el generador de EDM genera al menos un tren de impulsos que incluye al menos un impulso de descarga de primer tipo y al menos un impulso de descarga de segundo tipo. El o los impulsos de descarga de segundo tipo son generados en cualquier secuencia de la primera descarga, por ejemplo, el impulso de descarga unico de primer tipo viene en primer lugar en el tren de impulsos y al menos uno o varios impulsos de descarga de segundo tipo (grupo 2) sigue despues del impulso de descarga de primer tipo (como tambien se muestra en las figuras 2A a 2F). En otras realizaciones, las secuencias de impulsos dentro de un tren de impulsos comprenden un impulso de descarga unico de primer tipo (grupo 1) despues de al menos uno o mas impulsos de descarga de segundo tipo (grupo 2) (como se muestra a modo de ejemplo en la figura 6a), o un unico impulso de descarga de primer tipo (grupo 1) interpuesto entre dos o mas impulsos de descarga de segundo tipo (grupo 2) (como se muestra en las figuras 6b a 6c).
El al menos un tren de impulsos es aplicado al electrodo herramienta para la eliminacion de material. En algunas realizaciones, se generan una pluralidad de trenes de impulsos y se aplican al electrodo herramienta para la eliminacion de material.
Como se ha explicado, el impulso de descarga de primer tipo (que pertenece al grupo 1) provoca principalmente la generacion o la formacion de una pelfcula de proteccion o capa de proteccion contra el desgaste en el electrodo herramienta. La pelfcula de proteccion puede estar formada, como se ha explicado mas arriba en relacion con el documento US 3.558.842, por las partfculas de reaccion del lfquido de mecanizacion y/o del electrodo herramienta y/o de la pieza de trabajo, por ejemplo, por pirolisis. En algunas realizaciones, la pelfcula de proteccion del electrodo herramienta comprende grafito o grafito embebido con los productos de erosion. En las realizaciones de este tipo, el impulso de descarga de primer tipo (grupo 1) esta adaptado para formar o generar una capa de grafito pirolftico en el electrodo herramienta que puede tener un mayor grado de dureza en comparacion con el material del electrodo base. En algunas realizaciones, la capa de proteccion esta formada, en particular en una region frontal del electrodo herramienta, por ejemplo por el crecimiento frontal, allf donde la mayor parte de las descargas tienen lugar.
El impulso de descarga de segundo tipo (que pertenece al grupo 2) provoca la erosion al menos sobre el electrodo herramienta y, ademas, sobre la pieza de trabajo. Puesto que el electrodo herramienta esta protegido principalmente por la pelfcula de proteccion producida por el impulso de descarga unico de primer tipo (grupo 1), el electrodo herramienta en sf no esta gastado o marginalmente gastado, mientras que la mayor parte de la capa de proteccion que se ha formado esta gastada.
Como se ha mencionado, el impulso de descarga unico de primer tipo (grupo 1), por ejemplo de cada tren de impulsos, tiene una duracion de impulso mas larga que el impulso de descarga de segundo tipo (grupo 2). Los valores de duracion de impulsos particulares en los que los impulsos de descarga de primer tipo y de segundo tipo (es decir, los impulso de descarga del grupo 1 y del grupo 2) se pueden separar depende del tipo de
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impulso/caractenstica (la corriente inicial, la corriente final, la trayectoria para la elevacion de la corriente) y los parametros asociados del proceso (por ejemplo, el area superficial del electrodo, el aceite dielectrico, el material de la pieza de trabajo, el material del electrodo, la duracion de la pausa entre dos trenes de impulsos consecutivos, etc. ). Para un tipo de impulso dado que tiene caractensticas espedficas (vease tambien la figura 5a, lmea 32;. 5b, lmea 37, la lmea con cuadrados) y las condiciones de proceso, un ejemplo para la definicion de las duraciones de impulso para el impulso de descarga de los grupos 1 y 2 se pueden encontrar en la figura 5a, en base al el desgaste frontal del electrodo herramienta, y/o en la figura 5b, en base al desgaste lateral del electrodo herramienta, como ya se ha explicado en mas detalle mas arriba.
En algunas realizaciones, un primer grupo (grupo 1) de duraciones de tiempo que abarca los impulsos de descarga del primer tipo y un segundo grupo (grupo 2) de duraciones de tiempo que abarca los impulsos de descarga del segundo tipo, estan definidos cada uno de ellos, por ejemplo, en base a las caractensticas que se han explicado mas arriba. El tiempo de duracion de los impulsos de descarga de los grupo primero y/o segundo es determinado por al menos uno de los siguientes parametros del proceso: el area superficial del electrodo, el tipo impulso (corriente inicial, corriente final, trayectoria), los materiales del electrodo-pieza de trabajo, la duracion de la pausa entre los trenes de impulsos consecutivos, el aceite dielectrico, la garganta entre el electrodo herramienta y la pieza de trabajo, el intervalo de tiempo entre dos ciclos de lavado, la profundidad de mecanizacion, el voltaje de descarga y/o la corriente. En algunas realizaciones, al menos algunos de estos parametros se tienen en cuenta con el fin de especificar los impulso de descarga de primer y/o de segundo tipo.
En algunas realizaciones, la duracion de tiempo del impulso de descarga de segundo tipo se selecciona de entre el segundo grupo de impulsos de descarga y la duracion de tiempo del impulso de descarga de primer tipo se selecciona de entre el primer grupo de impulsos de descarga.
En algunas realizaciones, el impulso de descarga de primer y/o de segundo tipo es especificado por el menos por un valor inicial de corriente, una corriente final, y la trayectoria tomada para una elevacion de la corriente, por lo tanto tambien se define la curva espedfica del impulso. En algunas realizaciones, el tipo de impulso de los impulsos dentro de un tren de impulsos puede ser diferente. Por ejemplo, los tipos de impulso para los impulsos que pertenecen al grupo 1 y al grupo 2 pueden ser diferentes en que el impulso del grupo 1 puede tener una inclinacion de la pendiente creciente para un crecimiento de carbono mas rapido y los impulsos del grupo 2 pueden tener una forma rectangular de corriente para un mayor eliminacion de material del electrodo herramienta y/o de la pieza de trabajo.
En algunas realizaciones, dentro de un tren de impulsos, la pelmula de proteccion contra el desgaste en el electrodo herramienta generada por el impulso de descarga de primer tipo esta casi completamente erosionada por los impulsos de descarga de segundo tipo del tren de impulsos.
El tren de impulsos con los impulsos de descarga de primer y segundo tipo se aplica al electrodo herramienta de tal manera que una descarga correspondiente se lleva a cabo a traves de la garganta de mecanizacion entre el electrodo herramienta y la pieza de trabajo. Por lo tanto, en realizaciones en las que la capa de proteccion producida en un tren de impulsos es erosionada en un tren de impulsos, el electrodo herramienta tiene (casi) la forma original despues de la aplicacion de cada tren de impulsos. En otras palabras, en algunas realizaciones, el tren de impulsos es desgastado neutralmente debido a la combinacion de los grupos de impulsos 1 y 2, mientras en la mayor parte se consigue incluso una mayor velocidad de eliminacion de material y proceso de estabilidad debido a los impulsos de grupo 2
Debido a esta caractenstica de precision de forma en algunas realizaciones, tambien las estructuras en el dominio definido de meso y micro escala se pueden mecanizar con elevada exactitud y precision de forma incluso con menor numero de electrodos requeridos para la mecanizacion, lo cual conduce a una mayor productividad, menores necesidades de recursos y por lo tanto ahorro de costes generales para cualquier tipo de mecanizacion (caractensticas complejas, electrodos combinados incluyendo elevadas relaciones de aspecto hasta 3: 1 y superiores) en la escala macro - meso - micro para numerosos materiales de ingeniena (por ejemplo, acero, acero inoxidable, aleaciones de mquel, aleaciones de titanio, aluminio, ceramica, silicio, etc.).
En algunas realizaciones, la duracion de tiempo del impulso de descarga de segundo tipo es inferior a 30 microsegundos. El valor de la duracion del pulso depende de varios parametros, tales como el area superficial del electrodo, las condiciones de garganta, la corriente aplicada por chispa, la corriente media, etc. Esto permite una mecanizacion rapida de la region del anodo y/o del catodo, en particular en comparacion con el metodo conocido de "desgaste cero" o tecnologfas de procesos de descarga de tipo unico que se han descrito mas arriba.
En algunas realizaciones, la corriente de descarga durante la chispa esta en el rango de 0,1 A a 120 A, y, en
particular, por encima de 8 A, y en particular para el segundo tipo de impulsos de descarga (duraciones de pulso del grupo 2). Una corriente alta de descarga de este tipo tambien permite un desgaste mas alto en el electrodo herramienta y tambien puede resultar en proceso de mecanizacion mas rapido, en particular en comparacion con el metodo de "desgaste cero" que se ha descrito mas arriba, puesto que en este metodo descrito el desgaste del
electrodo herramienta es muy alto, en particular en el caso de una elevada corriente de descarga y una pequena
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area superficial del electrodo de que esta por debajo de 10 mm2 o siendo la mas pequena dimension del electrodo inferior a 1 mm (por ejemplo, los nervios).
En algunas realizaciones, el impulso de descarga de primer tipo y/o de segundo tipo tiene una forma cuadrada, una seccion de inclinacion creciente y/o una seccion de inclinacion decreciente con los parametros principales: corriente inicial, corriente final y la trayectoria utilizada para la elevacion/cafda de corriente entre estos dos puntos. En algunas realizaciones, una seccion de inclinacion creciente, en particular un borde creciente, tiene el efecto de que el impulso de descarga se inicia con una corriente mas baja y se incrementa a lo largo de la duracion de los impulsos. Esto permite el uso de una corriente de pico y/o densidad de corriente mas altas para un impulso de descarga en algunas realizaciones para un area superficial de electrodo dada y tambien puede facilitar el crecimiento de carbono mas rapido en el electrodo herramienta. Del mismo modo, la seccion de inclinacion decreciente, en particular un borde decreciente, tiene el efecto de que una corriente de pico mas alta de un impulso de descarga solo esta presente durante un corto tiempo. Por lo tanto, tales formas de impulsos permiten la aplicacion de una corriente de descarga de pico mas alto.
En algunas realizaciones, el impulso de descarga de segundo tipo (figura 2b, 2e) y/o el impulso de descarga de primer tipo (figura 2f) comprende una seccion de pico en la que, por ejemplo, el impulso de descarga tiene una corriente/tension significativamente mas alta que el impulso de descarga restante. En algunas realizaciones, tales secciones de pico mejoran la velocidad de mecanizacion y/o la eliminacion de la capa de proteccion o del material del electrodo de base sobre el electrodo herramienta.
En algunas realizaciones, el o los impulsos de descarga de primer tipo y el o los impulsos de descarga de segundo tipo tienen una polaridad positiva, mientras que en otras realizaciones, el impulso de descarga de primer tipo tiene una polaridad positiva y el o los impulsos de descarga de segundo tipo tienen una polaridad negativa. La polaridad negativa puede incrementar la eliminacion de la capa de proteccion del electrodo herramienta.
Los impulsos de descarga de segundo tipo tambien pueden ser generados por una descarga capacitiva (vease la figura 2d).
Como se ha mencionado, algunas realizaciones se refieren a la mecanizacion en la meso-escala y/o micro-escala o areas superficiales aun menores (nano-escala). En tales realizaciones, el electrodo herramienta tiene al menos un area superficial o estructura de dimension mas pequena que es menor que 10 mm2, respectivamente 1 mm, en algunas realizaciones incluso menores que 0,010 mm2.
En algunas realizaciones, un tiempo de parada entre dos trenes de impulsos consecutivos es mayor que la o las duraciones de pausa utilizadas entre diferentes pulsos dentro de un mismo tren de impulsos. El inventor ha reconocido que en algunas realizaciones, la velocidad de mecanizacion en general se puede mejorar mediante la introduccion de pausas mas largas o tiempos de desconexion (> 200 js) entre los trenes de impulsos consecutivos, ya que las pausas mas largas pueden permitir una mejor recuperacion de la garganta de mecanizacion, y depende principalmente del tipo de pulso (corriente inicial, corriente final, trayectoria para la elevacion de la corriente) y los parametros del proceso (tales como el area superficial del electrodo, el intervalo de tiempo entre dos ciclos de lavado, el aceite dielectrico, los materiales de la pieza de trabajo y de los electrodos)
En algunas realizaciones tales como con electrodos unicos en escala meso-micro, los trenes de impulsos unicos pueden ser reemplazados por algoritmos que mantienen una relacion espedfica de impulsos pertenecientes al grupo 1 (duracion del pulso mas larga), con impulsos perteneciente al grupo 2 (duracion del pulso mas corta), como se ha explicado mas arriba. La generacion de dos tipos de descarga distintos se puede hacer con la programacion preestablecida o dinamicamente por medio de algoritmos adaptativos de control de corriente, por ejemplo usando el nivel de supresion de arco.
En algunas realizaciones, la relacion de los impulsos de descarga de primer y segundo tipo se controla en un valor deseado, por ejemplo, se mantiene constante, con el fin de proporcionar una cantidad predefinida de desgaste del electrodo herramienta.
Algunas realizaciones se refieren a un aparato de mecanizacion por descarga electrica, en particular un aparato de EDM por inmersion de troquel o un aparato de EDM de taladrado, que esta adaptado para realizar por lo menos algunos pasos del metodo de control como se ha descrito mas arriba.
Un aparato de EDM de este tipo comprende partes que normalmente son conocidas por las personas expertas, tales como un electrodo herramienta, una mesa de trabajo para recibir una pieza de trabajo, un generador de impulsos para generar impulsos de descarga, y un control para controlar el aparato de EDM. El control esta adaptado para realizar el metodo como se ha descrito mas arriba.
Volviendo a la figura 1, se ilustra un aparato de mecanizacion por descarga electrica (EDM) por inmersion de troquel 1 de acuerdo con la presente invencion. La estructura general de un aparato de EDM por inmersion de troquel tambien es conocida por las personas expertas.
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El aparato de EDM por inmersion de troquel 1 tiene un bloque de control 2 para realizar el proceso de EDM que se ha descrito mas arriba. El bloque de control 2 tiene un modulo general de control 7, un modulo de control 8 del generador para el control de un generador de impulsos 4, un modulo de control 9 de garganta de mecanizacion para el control de la garganta de mecanizacion 13 entre un electrodo herramienta 11 y una pieza de trabajo 12, y un modulo de adquisicion de garganta 10 para recibir datos relacionados con la garganta de mecanizacion durante el proceso de mecanizacion.
El electrodo herramienta 11 y la pieza de trabajo 12 se encuentran en un bloque de mecanizacion 3. El posicionamiento del electrodo herramienta 11 con relacion a la pieza de trabajo 12 se realiza sobre un modulo interpolador 6 y un modulo de accionamiento 5 que acciona los miembros de posicionamiento, tales como los servo alimentadores, en la direccion c, x, y, y z como se indica en el bloque de mecanizacion 3 de la figura 1. El electrodo herramienta 11 esta hecho de grafito. En otras realizaciones, el electrodo herramienta puede estar hecho de cualquier otro material conocido adecuado para electrodos de herramientas, por ejemplo, de cobre y grafito, cobre, cobre-tungsteno, etc. La pieza de trabajo 12 en esta realizacion esta hecha de metal, pero, en otras realizaciones, puede estar hecha de cualquier material electricamente conductor, tal como metales o ceramicas conductoras, pero tambien materiales de alta resistencia electrica.
Las figuras 2a a 2f ilustran ejemplos de diferentes trenes de impulsos que se pueden utilizar en la EDM 1 por inmersion de troquel 1 para la mecanizacion de la pieza de trabajo 12. Las figuras 2a a 2f visualizan la duracion de los impulsos del tren de impulsos en el eje x y una corriente de descarga del. tren de impulsos en el eje y.
La figura 2a ilustra un tren de impulsos 14 que tiene en la primera posicion un primer tipo de impulsos de descarga 18 (grupo 1) para formar principalmente una capa de proteccion sobre el electrodo herramienta 11, como se ha explicado mas arriba, y tres impulsos descarga de segundo tipo consecutivos 16 (grupo 2) para erosionar la pieza de trabajo 12 y la capa de proteccion sobre el electrodo herramienta 11, como tambien se ha explicado mas arriba. Los impulsos de descarga 15 y 16 aqrn tienen una forma rectangular, es decir, la corriente inicial es la misma que la corriente final en un unico impulso. La corriente de descarga es la misma para los impulsos de descarga 15 y 16 del tren de impulsos 14.
Ademas, tambien los tiempos de desconexion entre el impulso de descarga 15 para la formacion de la capa de proteccion y el primer impulso de descarga de erosion 16, asf como entre el unico impulso de descarga de erosion 16 son identicos en la presente realizacion
Entre la aplicacion de cada tren de impulsos 14 se puede utilizar un tiempo de parada. Durante el tiempo de parada, la garganta de mecanizacion, el electrodo herramienta y la pieza de trabajo se recuperan de manera que en algunas realizaciones, la velocidad de mecanizacion en general es mayor que en realizaciones en las que no hay presente un tiempo de parada, o solamente hay un tiempo de parada corto entre los trenes de impulsos unicos.
Como se ha mencionado mas arriba, las duraciones de los impulsos, los tiempos de desconexion entre los impulsos, el numero de los impulsos de descarga de erosion, la corriente de descarga, el tiempo de parada entre los trenes de impulsos, etc., dependen, por ejemplo, de los materiales utilizados para el electrodo herramienta y para la pieza de trabajo, las condiciones de la garganta y la forma del electrodo herramienta 11, etc. Estos parametros pueden ser pre-almacenados y/o pre-establecidos en el aparato de EDM por inmersion de troquel 1 para los impulsos de descarga del grupo 1 y del grupo 2. En otras realizaciones, estos parametros se pueden determinar de forma dinamica, por ejemplo, mediante el analisis de los parametros de mecanizacion, tales como las variaciones en la tension de descarga o las caractensticas de la corriente.
En algunas realizaciones, tambien se pueden utilizar otros trenes de impulsos: por ejemplo, en algunas realizaciones un tren de impulsos 17, como se ilustra en la figura 2b, que es similar al tren de impulsos 14 de la figura 2a, tiene una capa de proteccion que forma impulsos de descarga 18 (grupo 1) y tres impulsos de descarga de erosion 19 (grupo 2), teniendo cada uno una seccion de pico 20. Las secciones de pico 20 comprenden un pico en la corriente de descarga, que es mayor en corriente que las secciones restantes de los impulsos de descarga de erosion 19. En algunas realizaciones, esta alta corriente de pico mejora la erosion del electrodo herramienta 11 y/o de la pieza de trabajo 12, y, portanto, aumenta el desgaste de la herramienta en algunas realizaciones . Ademas, el alto gradiente di/dt promueve la expulsion del material fundido desde el crater cuando el canal de plasma se colapsa.
Como se ilustra en la figura 2c, en algunas realizaciones un tren de impulsos 21, que es similar al tren de impulsos 14 de la figura 2a, tiene una capa de proteccion de descarga de impulsos 22 (grupo 1), seguido por tres impulsos de descarga de erosion 23 (grupo 2) con la polaridad negativa. El cambio en la polaridad entre el primer impulso de descarga 22 del tren de impulsos 21 y los impulsos de descarga de erosion 23 aumenta la erosion de la capa de proteccion sobre el electrodo herramienta 11 y/o la erosion sobre la pieza de trabajo 12.
Como se ilustra en la figura 2d, en algunas realizaciones, un tren de impulsos 24 tiene un primer impulso de descarga 25 y tres impulsos de descarga de erosion 26 que son generados por una descarga capacitiva. Los impulsos de descarga de erosion 26 tienen una polaridad negativa.
Con el fin de reducir aun mas el desgaste en el electrodo herramienta o lograr un crecimiento radial mas rapido de la capa de proteccion de grafito, en algunas realizaciones y como se ilustra en la figura 3a, un impulso de descarga
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largo 27 (grupo 1), con una duracion de impulso Tl para la acumulacion de la capa de proteccion tiene una seccion de borde creciente 28 y una seccion constante 29. La seccion de borde creciente 28 empieza con una corriente de descarga inicial mas baja y la corriente de descarga final se incrementa hasta la corriente de la region de corriente constante 29 del impulso de descarga 27. La trayectoria tomada en esta realizacion es lineal. Sin embargo, en otras realizaciones, se pueden generar diferentes la trayectorias para alcanzar la corriente final desde la corriente de descarga inicial Imin, por ejemplo, la elevacion de la corriente se muestra en la figura 4.
Un impulso corto de descarga de erosion 30 (grupo 2), como se ilustra en la figura 3b, tiene una corriente creciente a lo largo de toda la duracion del impulso Ts. La corriente aumenta a partir de una corriente minima de descarga Imin hasta una corriente maxima de descarga Is. El impulso de descarga corto 30 produce el desgaste en el electrodo herramienta 11, como se ha explicado mas arriba. El impulso de descarga de duracion corta (que pertenece al grupo 2) tambien puede resultar en una mayor velocidad de eliminacion de material.
Las formas que se han explicado mas arriba del impulso largo 27 (figura 3a) y del impulso corto 30 (figura 3b) se pueden aplicar a cualquier tipo de trenes de impulsos, y en particular a los trenes de impulsos 14, 17, 21, 24, 38, 42, 46, 49, 52 y 55 como se ilustra en las figuras 2a a 2f, figuras 6a a 6c y figura 7 y como se ha explicado mas arriba.
Como se ilustra en la figura 4, en algunas realizaciones, un tipo de pulso de corriente se forma de tal manera que la elevacion 31 desde la corriente inicial a la corriente final esta optimizada para equilibrar la elevada velocidad de eliminacion de material y bajo desgaste de la herramienta. Aqrn, en los primeros 5-10 ps, se utiliza una corriente inicial baja para un desgaste bajo seguido por un aumento rapido de la corriente que alcanza la corriente final en unos pocos ps para tomar ventaja de la elevada eliminacion de material durante los primeros 0-30 ps. Un incremento adicional en la duracion de impulsos resulta en un mayor crecimiento de carbono en la superficie del electrodo y puede producir una elevada eliminacion de material en la superficie de la pieza de trabajo.
En lo que sigue, la diferenciacion entre los impulsos de descarga del grupo 1 y del grupo 2 es discutida a tftulo ejemplar en relacion con las figuras 5a y 5b.
Como se ilustra en la figura 5a, en algunas realizaciones, dependiendo del tipo de pulsos de corriente (en este caso, por ejemplo, tipo de pulsos 32, 33) y parametros de proceso dados (tales como el area superficial del electrodo, la corriente por pulso, la duracion de la pausa, el aceite dielectrico, la combinacion de materiales, el intervalo de tiempo entre dos ciclos de lavado, etc. ) se alcanza un valor espedfico de duracion del pulso 34, en el que el desgaste de herramientas frontal es cero o casi cero. Todos los valores de duracion de pulsos mayores que 34 en estas condiciones, incluyendo el valor de la duracion del pulso en 34, se clasifican como grupo 1, que produce principalmente la formacion de productos de carbono sobre al menos el electrodo herramienta. Todos los valores de duracion de pulsos en estas condiciones mas pequenos que el valor en 34, se clasifican en el grupo 2 que produce principalmente el desgaste de la herramienta y tambien puede mejorar la velocidad de eliminacion de material, la estabilidad del proceso. El valor del punto 34 se puede desplazar para las mismas condiciones, pero con diferentes tipos de pulsos que se muestran por lmeas distintas 32, 33 y por lo tanto diferentes ventanas de valor de los grupos 1, 2. Combinando al menos un pulso del grupo 1 y otro del grupo 2 en cualquier secuencia se forma un tren de impulsos, por ejemplo 14, 17, 21, 24.
Como se ilustra en la figura 5b, en algunas realizaciones, dependiendo del tipo de pulso de corriente (en este caso, por ejemplo, tipo de pulsos 32, 33) y los parametros del proceso dados (tales como el area superficial del electrodo, la corriente por impulso, la duracion de la pausa, el aceite dielectrico, la combinacion de materiales, el intervalo de tiempo entre dos ciclos de lavado, etc. ) se alcanza un valor espedfico de duracion de pulso 35, en el que el desgaste lateral de la herramientas es cero o casi cero. Todos los valores de duracion de pulso mayor que 35 en estas condiciones, incluyendo el valor de la duracion de pulso en 35 se clasifican como grupo 1, que produce principalmente la formacion de productos de carbono sobre al menos el electrodo herramienta. Todos los valores de duracion de pulso bajo estas condiciones menores que el valor en 35, se clasifican en el grupo 2 que principalmente produce desgaste de la herramienta y tambien puede mejorar la velocidad de eliminacion de material, la estabilidad del proceso. Para mismas condiciones de proceso, el valor de la duracion de pulso 35 puede cambiar para diferentes tipos de pulsos que se muestran por lmeas distintas de 37, 36 en la figura 5b y por lo tanto diferentes ventanas de valor de grupo 1, 2. Combinando al menos un pulso del grupo 1 y otro del grupo 2 en cualquier secuencia se forma un tren de impulsos por ejemplo 14, 17, 21, 24, 38, 42, 46, 49 y 52.
La siguiente explicacion de las figuras 6a a 6c y 7 se refiere a realizaciones con trenes de impulsos que tienen diferentes secuencias de impulsos de descarga de tipo primero y segundo.
Como se ilustra en las figuras 6a a 6c, en algunas realizaciones la duracion larga de pulso o de pulsos y la duracion corta de pulso o de pulsos se puede disponer en cualquier secuencia en un tren de impulsos en combinacion con caractensticas de 14, 17, 21, 24 u otras formaciones de trenes de impulsos. Dos trenes de impulsos consecutivos suelen estar separados por una duracion de pausa que es mayor que cualquier duracion de pausa que se utiliza entre dos impulsos consecutivos dentro de un tren de impulsos.
La figura 6a ilustra un tren de impulsos 46 que tiene en las tres primeras posiciones tres impulsos de descarga de segundo tipo 48 que producen la erosion seguida por un impulso de descarga de primer tipo 47 mas largo. En este
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tren de impulsos 47 el desgaste producido por los impulsos de descarga de segundo tipo 48 es equilibrado por el impulso de descarga de primer tipo 47 produciendo la formacion de una capa de proteccion sobre el electrodo herramienta.
La figura 6b ilustra un tren de impulsos 49, en el que en las dos primeras posiciones dos impulsos de descarga de segundo tipo 51 estan situados, seguido por un impulso de descarga de primer tipo 50, que, a su vez, es seguido por un unico impulso de descarga de segundo tipo 51. En este tren de impulsos 49, el impulso de descarga de primer tipo 50 esta interpuesto entre al menos dos impulsos de descarga de segundo tipo 51.
La figura 6c ilustra un tren de impulsos 52, en el que en una primera posicion se encuentra un unico impulso de descarga de segundo tipo 54, seguido por un unico impulso de descarga de primer tipo . 53, el cual, a su vez, es seguido por dos impulsos de descarga de segundo tipo 54.
La figura 7 ilustra una realizacion en la que un tren de impulsos 55 tiene en la primera posicion un impulso de descarga de primer tipo 56, seguido por un impulso de descarga de segundo tipo 57 y otro impulso de descarga de segundo tipo 57' que tiene una duracion de pulso ligeramente mas larga que el anterior impulso de descarga de segundo tipo 57. El tiempo de parada 58 entre los impulsos de descarga de primer tipo 56 y de segundo tipo 57, 57' es identico. El tiempo de parada 59 entre dos trenes de impulsos consecutivos 55 es mayor que el tiempo de parada 58 entre los unicos impulsos de descarga de tipo primero/segundo dentro del tren de impulsos 55.
Como se ilustra en las figuras 8a y 8b, en algunas realizaciones, la duracion larga de pulso o pulsos, es decir, impulso de descarga de primer tipo 61 (figura 8a) y 64 (figura 8b), perteneciente al grupo 1, y el pulso o pulsos de corta duracion, es decir, impulsos de descarga de segundo tipo 62 (figura 8a) y 65 (figura 8b), pertenecientes al grupo 2, se pueden aplicar a un unico electrodo sin disponerlos en un tren de impulsos. En algunas realizaciones, se disponen, por ejemplo, en patrones (60, figura 8a; 63, figura 8b).
En tales realizaciones, tambien la relacion entre al menos estos dos tipos de impulsos diferentes de grupos 1 y 2 se mantiene constante. La relacion puede ser pre-programada o calculada dinamicamente, utilizando informacion de una o mas condiciones del proceso, por ejemplo, el nivel de supresion de arco dinamico para lograr un bajo desgaste de la herramienta y/o elevada velocidad de eliminacion de material.
Aunque la presente invencion se ha descrito en relacion con un numero limitado de realizaciones, es evidente que se pueden permitir modificaciones y variantes que no se aparten del concepto y del alcance de la invencion, que sera entendida facilmente por los expertos en la tecnica. Todas estas modificaciones y variantes se consideran que no se apartan del concepto y el alcance de la invencion, como se define por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (16)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un metodo para controlar un aparato de mecanizacion por descarga electrica (1) que tiene al menos un electrodo herramienta (11) y una pieza de trabajo (12), comprendiendo el metodo las etapas de:
    - posicionarel electrodo herramienta (11) con relacion a la pieza de trabajo (12);
    - generar un tren de impulsos (14, 17, 21, 24, 38, 42, 46, 49, 52) en una region unica, incluyendo al menos un impulso de descarga de primer tipo (15, 18, 22, 25, 27, 39, 43, 47, 50, 53) y al menos un impulso de descarga de segundo tipo (16, 19, 23, 26, 30, 40, 44, 48, 51, 54), en el que el tren de impulsos que incluye los impulsos de descarga de primer y segundo tipo es aplicado a una garganta (13) situada entre el electrodo herramienta (11) y la pieza de trabajo (12)
    - en el que el al menos un impulso de descarga de primer tipo (15, 18, 22, 25, 27, 39, 43, 47, 50, 53) tiene una polaridad positiva
    - generar el al menos un impulso de descarga de primer tipo (15, 18, 22, 25, 27, 39, 43, 47, 50, 53) y el al menos un impulso de descarga de segundo tipo (16, 19, 23, 26, 30, 40, 44, 48, 51, 54), en el que el al menos un impulso de descarga de primer tipo tiene una duracion de impulso mas larga (Tl) que la duracion de impulso (Ts) del al menos un impulso de descarga de segundo tipo, y en el que el impulso de descarga de primer tipo provoca la formacion de una pelfcula de proteccion contra el desgaste en el electrodo herramienta (11) en la region unica y el impulso de descarga de segundo tipo produce la erosion en al menos el electrodo herramienta (11) en la region unica
    - aplicar los impulsos de descarga de primer y segundo tipo a la garganta (13) entre el electrodo herramienta (11) y la pieza de trabajo (12) para la eliminacion de material de la pieza de trabajo (12), en el que una proporcion entre los impulsos de descarga de primer y segundo tipo aplicados al electrodo herramienta esta definida de tal manera que se produce un desgaste predefinido del electrodo herramienta (11).
  2. 2. El metodo para controlar un aparato de mecanizacion por descarga electrica de acuerdo con la reivindicacion precedente 1, que comprende, ademas, las etapas de:
    - definir un primer grupo de impulsos de descarga (grupo 1), que comprende un valor de duracion de impulso mas bajo, que es un valor en el que el desgaste frontal y/o el lateral del electrodo herramienta llega a cero y que comprende cualesquiera valores de duracion de impulso que sean mayores que este valor; y
    - definir un segundo grupo de impulsos de descarga (grupo 2), que comprenden valores de duracion de impulso que son menores que el valor de duracion de impulsos en el cual el desgaste frontal y/o el lateral alcanza un valor cero.
  3. 3. El metodo para controlar un aparato de mecanizacion por descarga electrica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la duracion de impulso de los impulsos de descarga del primer grupo y del segundo grupo son determinados, ademas, por al menos uno de los siguientes parametros del proceso: el area superficial del electrodo, el tipo de pulso, la corriente maxima por pulso, la duracion de la pausa entre los trenes de impulsos consecutivos, la distancia entre el electrodo herramienta y la pieza de trabajo, el material de la pieza de trabajo, el material del electrodo, el aceite dielectrico, el intervalo de tiempo entre dos ciclos de lavado, la profundidad de mecanizacion.
  4. 4. El metodo para controlar un aparato de mecanizacion por descarga electrica de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que la duracion de tiempo (Ts) del impulso de descarga de segundo tipo (16, 19, 23, 26, 30, 40, 44, 48, 51, 54) se selecciona en el segundo grupo y en el que la duracion de tiempo (Tl) del impulso de descarga de primer tipo (15, 18, 22, 25, 27, 39, 43, 47, 50, 53) se selecciona en el primer grupo.
  5. 5. El metodo para controlar un aparato de mecanizacion por descarga electrica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el impulso de descarga de primer y/o de segundo tipo esta especificado al menos por un valor de la corriente inicial (Imin), una corriente final de (Il/s), y una trayectoria tomada por una elevacion de la corriente (31).
  6. 6. El metodo para controlar un aparato de mecanizacion por descarga electrica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la corriente de descarga maxima por impulso esta situada en el intervalo de 0,1 A a 120 A.
  7. 7. El metodo para controlar un aparato de mecanizacion por descarga electrica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que impulso de descarga de primer tipo (27) y/o de segundo tipo (30) tiene una forma cuadrada y/o una seccion de pendiente creciente (28) y/o una seccion de pendiente decreciente con los parametros principales: la corriente inicial, la corriente final y la trayectoria utilizada para la elevacion y/o disminucion de la corriente entre estos dos puntos.
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  8. 8. El metodo para controlar un aparato de mecanizacion por descarga electrica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos uno de los impulsos de descarga de tipo primero (15, 18, 22, 25, 27, 39, 43, 47, 50, 53) y segundo (16, 19, 30, 40, 44, 48, 51, 54) comprende una seccion de pico (20).
  9. 9. El metodo para controlar un aparato de mecanizacion por descarga electrica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el al menos un impulso de descarga de segundo tipo (16, 19, 30, 40, 44, 48, 51, 54)tiene una polaridad positiva o negativa (23, 26).
  10. 10. El metodo para controlar un aparato de mecanizacion por descarga electrica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el al menos un impulso de descarga de segundo tipo (26) es generado por una descarga capacitiva.
  11. 11. El metodo para controlar un aparato de mecanizacion por descarga electrica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el electrodo herramienta (11) tiene al menos una seccion que tiene una estructura que es en meso-escala que tiene un area superficial de electrodo instantanea comprendida entre 10 mm2 y 1 mm2 o en micro-escala que tiene un area superficial de electrodo instantanea inferior a 1 mm2 o tiene una estructura con una dimension inferior a 1 mm.
  12. 12. El metodo para controlar un aparato de mecanizacion por descarga electrica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que dentro de un tren de impulsos (14, 17, 21, 24) la pelfcula de proteccion contra el desgaste en el electrodo herramienta (11) formada por el impulso de descarga de primer tipo (15, 18, 22, 25, 27, 39, 43, 47, 50, 53) esta casi completamente erosionada por el al menos un impulso de descarga de segundo tipo (16, 19, 23, 26, 30, 40, 44, 48, 51, 54) de este tren de impulsos (14, 17, 21, 24, 38, 42, 46, 49, 52) de tal manera que el desgaste es cero o casi cero.
  13. 13. El metodo para controlar un aparato de mecanizacion por descarga electrica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que un tiempo de parada (59) entre dos trenes de impulsos consecutivos es mayor que cualquier duracion de pausa (58) entre dos impulsos consecutivos dentro de un tren de impulsos.
  14. 14. El metodo para controlar un aparato de mecanizacion por descarga electrica de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la relacion de los impulsos de descarga de primer y segundo tipo se mantiene constante.
  15. 15. Un aparato de mecanizacion por descarga electrica, que comprende:
    - un electrodo herramienta (11),
    - una mesa de trabajo (3) para recibir una pieza de trabajo (12),
    - un generador de impulsos (4) para generar impulsos de descarga, y
    - un control (2) para controlar el aparato de mecanizacion por descarga electrica (1),
    en el que el control (2) realiza el metodo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
  16. 16. El aparato de mecanizacion por descarga electrica de acuerdo con la reivindicacion 15, en el que el aparato es un aparato de mecanizacion por descarga electrica por inmersion de troquel o un aparato de mecanizacion por descarga electrica detaladrado o un aparato de mecanizacion por descarga electrica de fresado.
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