La electroerosión gana terreno en la fabricación de piezas de geometría
compleja (07/18)
La electroerosión se está perfilando como una de las tecnologías
preferentes para realizar algunas de las piezas de sectores tan exigentes como
el aeronáutico o el biomédico, en los que se requiere una gran precisión. La
exactitud alcanzada mediante este proceso de fabricación en piezas de geometría
compleja ha generado numerosos estudios para analizar la viabilidad de fabricar
piezas como los firtrees o blisks.
A continuación, se van a citar las ideas más relevantes de diversos trabajos expuestos.
ELECTROEROSIÓN POR PENETRACIÓN
El mecanizado
multi-eje se ha tenido en cuenta como uno de los principales retos.
Las piezas fabricadas
por SEDM se ven afectadas principalmente por dos factores: el desgaste del
electrodo y el gap. Los fabricantes de este tipo de máquina-herramienta
proporcionan información limitada sobre estas características, independientes
de la geometría del electrodo y su trayectoria. Se debe de generar una
mayor comprensión del desgaste del electrodo y los patrones de distribución del
gap, que están relacionados con la geometría del electrodo y su recorrido,
pudiendo así mejorar el diseño del electrodo y la eficiencia del
proceso. Como solución se propone el uso de unos indicadores del
desgaste y el gap fáciles de llevar a la práctica industrial.
También se ha
investigado una nueva estrategia de pulido del electrodo y la viabilidad de
recuperación de la cara frontal del electrodo. Para ello, se ha analizado
la influencia de diferentes materiales y parámetros, registrando variables como
el tiempo de secado, el desgaste y la precisión geométrica.
ELECTROEROSIÓN POR HILO
Uno de los problemas comunes es la deformación y la vibración del hilo. La
precisión se vuelve mala con el corte de geometrías complejas en las que
existen radios de acuerdo de pequeño diámetro. Por ello, y puesto que aún
no se conoce con exactitud el comportamiento vibratorio del hilo, se propone
una medición alternativa pero directa de la influencia de la deformación del
hilo en la geometría de la pieza mediante un conjunto de pruebas
experimentales bajo diferentes condiciones de corte.
Firtree en el que se
aprecia la alta complejidad geométrica
Además se ha presentado un esquema de
diseño para el uso de hilo ultralargo (10 km de longitud) reutilizable,
que pueda mejorar la precisión de erosión y el acabado de la pieza obtenida.
Mediante el desarrollo de dos sistemas de rodillos extensibles de velocidad de
alimentación variable, consiguen unir un sistema HS-WEDM con otro LS-WEDM o
convencional. Con el método propuesto, la pieza se corta primero, con un hilo
de alta velocidad reutilizable y, posteriormente, se realiza un repaso con el
hilo de movimiento unidireccional a baja velocidad. De esta forma se eliminan
los defectos causados por el primer hilo.
Por último se ha estudiado el corte de
piezas de espesor variable dado que cuando el espesor sufre alteraciones, la
máquina se enfrenta a la falta de rendimiento o, incluso, la rotura del hilo,
planteándose la estimación de espesor de pieza en tiempo real basada en un método de Inteligencia Artificial denominado Support vector machine (SVM) en tiempo real como solución.
Utilizando como entradas al sistema SVM
la frecuencia de descarga, el tiempo de pulso, la velocidad de avance
programada y la velocidad de avance real, se pretende generar como salida el espesor
estimado. Este algoritmo se integra en el sistema de control numérico,
adquiriendo las señales de corriente y tensión generadas por las descargas y,
mediante una unidad de control adaptativo, se ajustan los parámetros de erosión
de acuerdo con la estimación del espesor de pieza.
Los datos para el entrenamiento del SVM
se han adquirido mediante la fabricación de piezas con saltos escalonados pero
la verificación se ha llevado a cabo mediante otros cortes de piezas de altura
variable en rampa. Aun obteniendo unos buenos resultados, es necesario
explicar de forma exhaustiva la estructura de red elegida.
MÁQUINAS
DE MEDICIÓN
Las únicas tecnologías
capaces de medir geometrías ultra complejas en la actualidad son:
1. CMM con cabezal "REVO": Capaz de realizar movimientos en 5 ejes
de forma simultánea. La precisión de este sistema es la más elevada y
ronda las 2µm. La capacidad de adquisición de puntos del sistema es excelente,
pero no siempre se puede aprovechar al máximo debido a que las inercias del
sistema a grandes velocidades penalizan la precisión obtenida en la
medida.
2. Sistema de medición
en laser por CMM: Sistema de medición sin contacto dependiente de las propiedades ópticas
de la superficie del objeto de medición. Nubes de puntos densas y precisión de
2µm. La limitación más importante es la accesibilidad a la zona a medir
(aparición de zonas de sombra para el láser), lo que requiere el empleo de
sistemas híbridos (contacto+óptico) para completar la medición del componente.
3. Sistema basado en luz estructurada: Rápida obtención de una densa nube de puntos. En función del
patrón de luz empleado la precisión del sistema puede variar aunque
ronda las 10µm. Su principio de medida se basa en la triangulación láser,
empleando fotogrametría en vez de un sensor láser. Las zonas de sombra se
compensan colocando el componente a medir en un robot (mayor libertad de
movimientos) para mejorar la accesibilidad de la luz.
Cabezal Revo
Pues me parece muy interesante el uso de tecnologías de medición y de inteligencia artificial para conseguir mejorar métodos de corte como el SEDM ya que por lo que veo se pueden reducir los inconvenientes y acabados de estas tecnologías y hacerlas más precisas y competitivas, además de poder incluso fabricar de forma más precisa piezas complejas como piezas de espesor variable.
ResponderEliminarPara piezas realmente complejas estas nuevas técnicas de investigación para mejorar la electroerosión por hilo, en cuanto a evitar sobre todo deformaciones y vibraciones en el mismo, son una gran solución para situaciones donde necesitamos una gran precisión dimensional (álabes de turbina).
ResponderEliminarUna vez estudiados los métodos de fabricación aditiva. Me pregunto, si la utilización de métodos no convencionales para la fabricación de piezas complejas en los campos mencionados en el artículo (aeroespacial y biomédico), es más adecuada. Como sabemos la fabricación aditiva ofrece la posibilidad de elaborar piezas con cualquier geometría.
ResponderEliminar¿Pueden los métodos no convencionales competir con la fabricación aditiva en este aspecto? Dado que la fabricación aditiva, actualmente, solo está disponibles para determinados materiales, creo que los métodos convencionales pueden jugar un papel fundamental.