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### Tecnologia e aplicações da electroerosão **Processos de electroerosão por penetração (Die-sinking) e fio (Wire)** **Prof. Dr. José Duarte Marafona, LEM (FEUP); MEE (FEUP); PhD (University of Nottingham)** **Queria agradecer a todos aqueles, em especial ao Prof. Amândio Morim do DEEC, que cont...

### Tecnologia e aplicações da electroerosão **Processos de electroerosão por penetração (Die-sinking) e fio (Wire)** **Prof. Dr. José Duarte Marafona, LEM (FEUP); MEE (FEUP); PhD (University of Nottingham)** **Queria agradecer a todos aqueles, em especial ao Prof. Amândio Morim do DEEC, que contribuíram com as suas sugestões para a elaboração destes apontamentos.** **1. - INTRODUÇÃO** Recentes avanços científicos apresentam novas e significativas mudanças para a indústria de processamento dos materiais. Existe uma extrema necessidade para desenvolver novos métodos de processamento e melhoramento dos processos existentes, os quais são capazes de processar economicamente materiais modernos. Os processos não tradicionais (como é a electroerosão) estão sendo usados para produzir peças complexas em superligas, cerâmicos, plásticos e compósitos reforçados com fibras numa variedade de aplicações para as indústrias aeroespacial, automóvel e electrónica. Estes processos de fabrico não tradicionais oferecem vantagens de redução no número total de operações de produção de um produto, na redução do número de peças rejeitadas e uma fácil implementação de controlo por computador. Em muitos casos, os processos de fabrico tradicionais terão atingido os limites das suas capacidades. Muitos dos materiais modernos não podem ser trabalhados por métodos tradicionais, ou na melhor das hipóteses eles são trabalhados com excessivo desgaste da ferramenta e com elevado custo. Os métodos não tradicionais são largamente investigados e desenvolvidos porque oferecem a melhor e muitas vezes a única esperança dos fabricantes contornarem as mudanças que se advinham para o corrente século. A necessidade específica dos métodos não tradicionais já existe há alguns anos e a sua importância continua a crescer. O facto da máquina de electroerosão ser sofisticada e capaz de uma elevada eficiência e precisão, deve-se aos princípios envolvidos que são simples e compreensíveis quando reduzidos aos seus elementos básicos. Porém, a precisão e o acabamento obtidos em qualquer componente, bem como os custos da operação, estão fortemente relacionados com as técnicas e práticas empregadas pelo operador -- desde a preparação da ferramenta (eléctrodo) até ao acabamento. **2. -- HISTÓRIA DA ELECTRO-EROSÃO** Foi em 1769 que o cientista Inglês Priestley começou a fazer investigação com descargas elétricas usando experimentação simples com baterias e circuitos eléctricos. Em 1770 Priestley fez o primeiro relatório do efeito erosivo da descarga eléctrica obtendo a remoção de material sob condições laboratoriais. O aparecimento do processo de electroerosão está entre os primeiros dos processos de fabrico não tradicionais, tendo tido a sua concepção, em 1943, num simples desenvolvimento de uma máquina de penetração. O uso da máquina de electroerosão como processo de produção de precisão nas operações de corte foi primeiramente considerado por B.R. Lazarenko e N.I. Lazarenko (URSS) durante a segunda guerra mundial. O processo descrito como electroerosão, foi assim chamado porque as descargas eléctricas ocorrem entre um eléctrodo e uma peça com baixa resistência eléctrica imersos num fluido dieléctrico. A primeira máquina foi construída sobre uma furadora com uma cabeça vibratória a qual gerava uma rápida sucessão de descargas entre o eléctrodo móvel e a peça fixa. A máquina de electroerosão usava a descarga de um gerador conhecido como o circuito de Lazarenko, o qual foi usado durante muitos anos como fonte de alimentação para máquinas de electroerosão. As fontes de alimentação de relaxação, com RC ou RLC foram desenvolvidas. Imediatamente depois da guerra, a tecnologia da electroerosão foi gradualmente implementada na indústria. Em paralelo com esta implementação, a investigação do fenómeno da descarga eléctrica continuava. Pelo ano de 1959 fizeram-se avanços significativos na explicação do fenómeno da descarga eléctrica devido a grande variedade de teorias que tinham sido propostas, contudo a explicação do fenómeno mais satisfatória, foi dada por Zingerman, do Instituto de Leninegrado, o qual colocava em relevo o fenómeno termoeléctrico como a causa de remoção do metal. A introdução do tubo de electrões como fonte de alimentação das máquinas de electroerosão, nos anos 50, substituindo o circuito de relaxação produziu um avanço significativo no desempenho do processo, conseguindo aumentos significativos no material removido (MRR) e baixo desgaste da ferramenta (TWR). O controlo hidráulico nos finais dos anos 50 trouxe consigo o primeiro servo-sistema com melhoramentos na estabilidade do processo. Desde 1960, os semicondutores (condução -- não condução) foram implementados no equipamento de electroerosão e o transístor e tirístor foram largamente usados nas fontes de alimentação. Esta inovação permitiu que a duração do impulso pudesse atingir o milissegundo, e o desgaste da ferramenta (TWR) e o material removido da peça a trabalhar (MRR) fossem melhorados dramaticamente. Os desenvolvimentos ainda continuam sobre muitos aspectos do processo para aumentar a eficiência e talvez mais importante, o seu campo de utilização. Novas formas de máquinas conjuntamente com novos modos de aplicação, como a máquina de fio de controlo numérico e multi-elétrodo para execução de furos finos em pás de turbinas a gás e câmaras de combustão são usadas. Uma forma especializada que tem grande sucesso é a texturização de rolos de grande diâmetro para obtenção das folhas de aço, como as que são usadas para a blindagem dos automóveis. Esta aplicação tem a vantagem única de produzir uma superfície uniforme no rolo e também na folha de aço, a qual retém o lubrificante a quando de uma profunda redução, e prepara a superfície para uma subsequente pintura e acabamento. Assim as aplicações da electroerosão têm um campo bastante vasto e estes apontamentos focam as duas principais formas do processo, designadamente electroerosão por penetração e electroerosão por fio com controlo numérico. Esta última é correntemente uma aplicação em rápido crescendo, e as duas formas do processo de electroerosão são ilustradas na Figura 1 a) e b). V14 Figura 1 a) -- Máquina de electroerosão por fio  Figura 1 b) -- Máquina de electroerosão por penetração **3. FUNDAMENTOS DO PROCESSO DE ELECTRO-EROSÃO** A Figura 1 a) e b) ilustra um impulso característico típico do processo de electroerosão como é observado com um osciloscópio e é mostrado na figura 2 a normal sequência de acontecimentos na formação da descarga eléctrica. Primeiro uma alta tensão relativa (a tensão fornecida pela máquina, normalmente perto dos 80 V) é aplicada à abertura entre a ferramenta e a peça a trabalhar (Gap), a qual causa uma ionização seguida de descarga da qual resulta o efeito principal de uma avalanche de electrões em direção ao ânodo. Um pequeno atraso ocorre entre a aplicação do impulso de tensão e a formação do impulso de corrente resultante, o qual é conhecido como o atraso de ignição (ignition delay). Uma vez estabelecida a corrente eléctrica a tensão dentro do intervalo (Gap) desce para o valor de descarga (aproximadamente uma tensão de 25 V), e a corrente eléctrica continua até se extinguir pelo corte da tensão aplicada. Um intervalo de impulso (the "pulse interval") é depois inserido antes da aplicação de novo impulso de tensão, sendo o intervalo entre impulsos necessário para a desionização do canal de descarga e para que a próxima descarga ocorra num lugar diferente e independente entre os eléctrodos. A duração do impulso ("pulse duration") e intervalo de impulso podem ser escolhidos dentro de grandes limites. Existem basicamente dois métodos de regulação "voltage pulse timing" e "current pulse timing" (conhecido comercialmente como "Isopulse", uma patente de Charmiles Technologies of Switzerland). Na fase inicial do processo de electroerosão, o efeito de aumentar o atraso da ignição é reduzir a duração de impulso da corrente. Atualmente, é o impulso de corrente elétrica que é constante, a energia do impulso fornecida em cada ciclo, dai também o metal removido por impulso, é nominalmente constante e o efeito de aumentar o atraso de ignição é assim reduzir a frequência do impulso. EDMF01 Figura 1 a) e b) -- Impulso característico do processo de electroerosão Figura 2 -- Normal sequência na formação da descarga eléctrica no processo A remoção de material ocorre dentro de três estágios distintos: \- A fase de ignição, conduzindo á ionização e formação da descarga numa área localizada entre os eléctrodos, depois da aplicação da tensão. \- A descarga principal, em que uma avalanche de electrões ataca o ânodo (+) e tem lugar a uma densidade corrente muito elevada, devido parcialmente á baixa resistência eléctrica no canal de descarga depois do estágio anterior, e também devido á restrição hidráulica do fluido dieléctrico, e um efeito magnético de "pinche". Mais tarde os iões atacam o cátodo (-), o qual é aquecido menos rapidamente do que o ânodo. Os eléctrodos são instantaneamente submetidos a elevadas temperaturas, perto dos 12000ºC. \- Fusão local e mesmo vaporização do eléctrodo de metal ocorre na região do ataque da descarga, seguida por expulsão daquele. Sob impulsos eléctricos relativamente prolongados, a descarga tenderá a assumir as características de um arco eléctrico, e a densidade de corrente será baixa. É sem sombra de dúvidas devido à rápida expansão do canal de plasma, rapidamente diminuindo a densidade de corrente, que o "melhor compromisso" das condições de maquinagem ocorrem em electroerosão para a velocidade de remoção de metal e desgaste da ferramenta. A fotografia de alta velocidade mostrou que ocorre expulsão de metal principalmente depois da descarga eléctrica ter cessado, acompanhado da libertação de vapor de metal, devido á súbita redução na pressão sobre a extinção da bolha de vapor. O uso do processo de fabrico por Electroerosão envolve os parâmetros: Duração de impulso Tempo do impulso do ciclo Intensidade de corrente Tensão do gerador Polaridade dos eléctrodos (ferramenta-peça a trabalhar) Condições do servo hidráulico (altura do intervalo entre eléctrodos e estabilidade) Condições de fluxo, isto é pressão. **4. -- O GERADOR DE IMPULSOS** O gerador de impulsos básico fornece impulsos de corrente de valor constante, desde 1 até 300 A, causando baixo desgaste da ferramenta. O intervalo entre impulsos é mínimo, de acordo com as necessidades que o fluido dieléctrico tem para desionizar depois de cada impulso evitando assim a ocorrência de arco continuo, e a duração de impulso ocupa a maior parcela assegurando assim a máxima quantidade de material removido ou a máxima velocidade de penetração. O gerador de impulsos apresenta uma tensão em circuito aberto de aproximadamente 80 V a qual produz uma descarga através de uma pequena abertura do que a abertura óptima necessária pelo circuito RC e desde então o impulso é mantido pelo gerador, a tensão na abertura cai na iniciação da descarga (chamada ignição) para aproximadamente 25 V. Cada descarga é terminada pelo gerador de impulsos cortando a tensão aplicada, e o predeterminado intervalo de impulso é permitido antes da aplicação de novo impulso de tensão. O ciclo do impulso é assim controlado, e o intervalo entre impulsos, bem como a intensidade de corrente que pode ser regulada para uma grande variedade de aplicações, desde máximo material removido em desbaste até a produção de um bom acabamento superficial, em acabamento. **5. - SERVO CONTROLO** A descarga eléctrica ocorre sempre através do caminho electricamente mais curto entre a ferramenta e a peça a trabalhar. Como as descargas acontecem e produzem forma no material da peça a trabalhar, a abertura entre eléctrodos aumenta e ficaria eventualmente muito grande para outras descargas serem produzidas pela tensão disponível. De maneira a manter constante a abertura, a ferramenta é automaticamente posicionada relativamente à forma da peça a trabalhar sendo este posicionamento produzido pelo sistema de servo-controlo para compensar o material removido. A mais comum forma de controlo é feita por uma válvula servo electro-hidráulica controlando assim a coluna porta-ferramenta através de um cilindro hidráulico. Este sistema básico é largamente usado porque é simples e pode ser aplicado a uma grande variedade de tamanhos de máquinas e por esta razão as massas da ferramenta e coluna, simplesmente pelo uso de um cilindro hidráulico e fornecimento de bomba de capacidade adequada. Contudo, está aumentando a utilização dos motores eléctricos passo a passo e também os motores de corrente continua são empregados em algumas aplicações. A resposta e desempenho do servo é inerente a ambos no projeto e também dependente do gerador com o qual este é usado. **6.- VELOCIDADE DE CORTE ("MATERIAL REMOVAL RATE")** A velocidade de remoção de metal é dependente de vários factores, mas não pela dureza da peça a trabalhar como acontece na maquinagem convencional (por deformação plástica). Deverá ser realçado que a velocidade de corte no processo de electroerosão depende das características físicas do material e não da sua dureza mecânica. Para o material removal rate, medido volumetricamente, poder-se-á esperar obter uma velocidade desde 3mm^3^/min até 320 mm^3^/min para uma grande variedade de aplicações na produção de "ferramentas". Os factores que afectam o material removal rate são: \- A energia usada na descarga, dependente da duração de impulso e da intensidade de corrente. \- A frequência repetitiva da descarga \- A realização efetiva do servo-controlo: como as velocidades de corte estão diretamente relacionadas com a percentagem efetiva de descargas que removem material, é assim essencial qualquer variação na distância entre ferramenta e peça a trabalhar devido á erosão do material, ou curto-circuitos causados por pequenos pedaços de material removido que afectam o número de descargas efetivas, a qual deverá ser rápida e continuamente rectificada. O sistema servo deverá atuar rapidamente e efetivamente para manter a velocidade de corte máxima. \- Eficiência do fluxo ou limpeza da abertura entre ferramenta e peça a trabalhar: a acumulação de limalha na zona de abertura entre ferramenta e peça a trabalhar pode causar distúrbios frequentemente na estabilidade de maquinagem devido a causar curto-circuitos. A remoção da limalha por meio de um fluxo de fluido dieléctrico é contudo um factor importante no desgaste da ferramenta ou ainda a circulação sob pressão de fluido dieléctrico através da abertura entre ferramenta e peça a trabalhar, ou ambos. \- Tipo de materiais da ferramenta e peça a trabalhar: (i) sabido que a ação de erosão é essencialmente devido á elevada temperatura que causa fusão e evaporação do material, deverão aqueles materiais ter um alto ponto de fusão para resistirem ao desgaste. (ii) Por outro lado, o material da ferramenta deverá ser selecionado para não sofrer elevado desgaste o qual para acabamento em particular, deverá permitir um elevado grau de detalhe e acabamento. Assim a sua propriedade deverá ser resistir à danificação e erosão pelo processo de electroerosão. A relação mais importante contudo parece ser a primeira (i) e é aquela que tem sido mais utilizada para obtenção de estimativas de velocidade de corte (MRR-Material Removal Rate) e de desgaste da ferramenta (TWR-Tool Wear Ratio). A visualização gráfica da variação destes atributos de avaliação de desempenho com o valor do impulso e da intensidade de corrente são do tipo apresentado nas figuras 3 e 4 respectivamente do MRR e TWR. É possível verificar que, considerando os mesmos valores do impulso, o valor do volume de material retirado da peça a trabalhar (MRR) diminui com o decréscimo da intensidade de corrente. Porém, para a mesma intensidade de corrente existe uma velocidade de corte máxima para um valor intermédio do impulso (entre 240 μs e 540 μs). O desgaste da ferramenta dado pela percentagem volumétrica entre os volumes de material removido da ferramenta e da peça a trabalhar, apresenta uma relação diferente do MRR com aqueles parâmetros de maquinagem. Assim o desgaste da ferramenta diminui com o aumento do impulso considerando a mesma intensidade de corrente, porém a relação do desgaste da ferramenta aumenta com o aumento da intensidade de corrente sendo mais notório este comportamento para grandes impulsos. Figura 3 - Variação no MRR para diferentes valores de intensidade de corrente e impulso. Figura 4 -- Variação no TWR para diferentes valores de intensidade de corrente e impulso. **7. -- ACABAMENTO SUPERFICIAL** Cada descarga remove uma quantidade de material por minuto da peça a trabalhar, deixando uma forma característica tipo cratera com uma relação entre profundidade/diâmetro de aproximadamente 0.3 ou menor. Com a continuação da maquinagem, a superfície da peça a trabalhar fica completamente coberta com a sobreposição de crateras. As características mais notáveis da superfície de acabamento produzido por electroerosão são o seu aspecto e aparência, aleatórias relativamente às marcas direcionais típicas dos métodos de maquinagem convencional. Tem uma incomparável qualidade na aparência. Isto é demonstrado por uma escala de comparação (VDI) do acabamento superficial para electroerosão. O valor de VDI está relacionado com a amplitude média aritmética da rugosidade Ra (μm), pela expressão: VDI Nº = 20\*log(10)\*10\*Ra Contudo, particularmente para as aplicações do processo de electroerosão, é mais objectivo e preciso relacionar o acabamento superficial com a leitura "standard" da rugosidade e escolher os parâmetros de maquinagem com o resultado pretendido. O grau de rugosidade depende do tamanho da cratera produzida a qual por sua vez depende da quantidade de energia utilizada na descarga durante a maquinagem. Sendo a quantidade de energia da descarga fortemente dependente dos valores da intensidade de corrente e da duração do impulso, a figura 5 mostra a variação da rugosidade com aqueles parâmetros de maquinagem. Assim, é possível constatar que o acabamento final deverá ser efectuado com baixas intensidades de corrente e pequenos impulsos. Parece haver também um pico de rugosidade máxima para impulsos intermédios decrescendo para grandes impulsos. O comportamento da rugosidade com estes parâmetros de maquinagem parece em tudo idêntico ao da velocidade de corte. Tem sido confirmado que o efeito térmico da descarga tem efeitos sobre a superfície maquinada para além da rugosidade. Estes efeitos fazem-se sentir em termos químicos e mecânicos. Assim o estudo da integridade da superfície maquinada envolve o estudo como vimos da rugosidade e para além desta das zonas afectadas pelo calor, microdureza, microfissuras, tensões residuais e difusão do material da ferramenta e carbono do fluido dieléctrico. Esta avaliação é bastante importante para melhoramento das características da superfície maquinada como são a resistência ao desgaste e a corrosão. Figura 5 -- Variação na Ra para diferentes valores de intensidade de corrente e impulso. A **camada branca** (**white layer**) é produzida sobre a superfície da peça a maquinar durante a maquinagem e é também conhecida por **zona afectada pelo calor** (**HAZ-Heat Affected Zone**). Atributos como a velocidade de corte não são compatíveis com o mínimo de superfície danificada (white layer). Esta camada é formada geralmente pela quantidade de energia usada durante a maquinagem (Lee, 1988; Lim, 1991), a qual causa a decomposição do fluido dieléctrico e consequente transferência do carbono do fluido para a peça a trabalhar. Existem também na composição da camada branca "materiais" migrada da ferramenta. A camada branca é considerada uma danificação (alteração) da superfície maquinada porque é um material que difere consideravelmente do material inicial tanto na sua composição química como nas suas propriedades. Em geral esta camada tem elevada dureza e contem uma quantidade grande de microfissuras. A camada branca habitualmente tem sido classificada por vários autores (Thompson, 1978; Lee, 1990; Kruth, 1995:a, b) em três tipos dependendo da sua espessura, a saber, \~20 até\> 50 μm a qual apresenta uma estrutura de camadas múltiplas ou também conhecida como a camada múltipla espessa. Entre 10 a 20 μm a chamada camada simples intermédia. E uma espessura menor do que 10 μm também chamada camada simples fina. A espessura média da camada branca está relacionada com a energia do impulso independentemente do tipo de aço ou relacionada com as condições de maquinagem (Lee, 1988; Lim, 1991). A camada branca tem sido usualmente dividida em três ou quatro zonas, sendo respectivamente denominadas de zona fundida e ressolidificada, zona afectada quimicamente, zona de macro tensões, zona de micro tensões. Tal como as outras zonas da camada branca, a zona fundida e ressolidificada tem uma microestrutura e metalografia diferente do material base. A zona quimicamente afectada é devida á quantidade de energia utilizada na maquinagem a qual causa a decomposição do fluido dieléctrico e consequente transferência do carbono do dieléctrico para a peça a trabalhar. Também existe migração de (os) material (is) da ferramenta para a camada branca. As tensões residuais (macro ou micro) são devidas aos grandes gradientes térmicos existentes durante a maquinagem. Existe um aumento da quantidade (%) de carbono contida na camada branca quando é usado óleo como fluido dieléctrico (Barash, 1958; Thompson, 1989; Soni, 1990; Kruth, 1995:b) e se o fluido dieléctrico usado for a água destilada a camada branca sofre uma ligeira descarbonização (Ogata, 1993; Kruth, 1995). Estas duas constatações indicam que o carbono é transferido do óleo dieléctrico para a camada branca e da camada branca para a água dieléctrica. Assim fica demonstrado que o aumento da quantidade de carbono na camada branca, quando é usado o óleo dieléctrico, não é devido á difusão de carbono do material base (aço) para o topo da camada branca como acreditava Barash (1965). Este aumento da quantidade de carbono na camada branca conduz a um aumento da dureza no topo da camada. **8. -- O FLUIDO DIELÉCTRICO E AS SUAS FUNÇÕES** O fluido dieléctrico têm que possuir muitas outras importantes propriedades, entre elas contribuir para a precisão e eficiência do processo de electroerosão. Primeiro, o que é um dieléctrico? Um dieléctrico é um meio tanto sólido ou líquido no qual uma atração ou repulsão eléctrica pode ser anulada ou seja é um isolante eléctrico. Se uma tensão é aplicada a dois pontos duma superfície ou se dentro do dieléctrico existe uma tensão eléctrica entre os dois pontos. A tensão eléctrica depende (i) da tensão eléctrica aplicada, (ii) da distância que separa os dois pontos, e (iii) do tipo de dieléctrico usado. Um exemplo de dieléctricos usados na electroerosão são os óleos hidrocarboneto. Quando a tensão atinge o valor de rotura, o dieléctrico (isolante eléctrico) ioniza localmente e torna-se um condutor eléctrico. **8.1. -- ACÇÃO DO DIELÉTRICO** O canal de descarga atinge uma temperatura de muitos milhares de graus centígrados, e então o metal da peça a trabalhar é frequentemente vaporizado e não só fundido. Forças hidráulicas resistem á expansão do núcleo do canal e mantém-se assim uma elevada densidade de energia necessária à remoção do metal. Cada descarga deve estar fisicamente separada da sua antecessora e sua sucessora. Uma falha para conseguir o pressuposto anterior resulta numa desionização inadequada entre descargas e resulta numa série de descargas "estáticas" (do que distribuídas espacialmente) conduzindo à degradação de ferramenta e peça a trabalhar, e numa falta de progressão da maquinagem. Esta condição existente durante a maquinagem é chamada "arcing", e representa uma condição de mau funcionamento. As máquinas de electroerosão mais recentes têm incorporado dispositivos para evitar ou minimizar as condições de "arcing". Para permitir que o processo continue, o metal ressolidificado produzido durante a descarga deverá ser expulso da abertura e transportado pelo fluido dieléctrico. Estes vários requisitos são encontrados num dieléctrico líquido. A investigação tem vindo a provar que os óleos de hidrocarboneto mostram muito boas propriedades de desionização, e prevenção da oxidação da peça de metal a trabalhar. São assim estes tipos de fluido dieléctrico os mais usados. Contudo a água desionizada é usada para algumas aplicações, particularmente na electroerosão por fio. É não inflamável, essencialmente não tóxica, e disponível gratuitamente. No momento está sendo feita investigação sobre dieléctricos baseados em água para electroerosão por penetração devido às suas vantagens relativamente a segurança e ambiente. A escolha do fluido dieléctrico, quando se está preparando a produção por electroerosão basicamente, depende do tipo particular de operação normalmente envolvida, e das suas características de viscosidade, flamabilidade, custo e conveniência. **9. -- ELÉCTRODOS** Qualquer material possuindo uma resistividade eléctrica abaixo dos 100 Ω.cm pode ser usado como um eléctrodo em electroerosão, incluindo compósitos de cerâmico-cerâmico ou cerâmico-metal. O principal parâmetro dependente do mecanismo de electroerosão é a erosão dos eléctrodos e da peça a trabalhar o que tem sido sujeito a investigação. Muitos factores têm sido postulados para a remoção de material dos eléctrodos e peça a trabalhar. Porém a teoria que defende a transformação de energia eléctrica em energia térmica para o processo físico envolvido na remoção dos materiais elaborado por Zingerman recolheu largas concordâncias por Berghausen. As propriedades mais importantes para escolher um material para o eléctrodo estão associadas aos processos eléctrico e térmico. Na prática o material do eléctrodo possui um elevado ponto de fusão e de termo condutividade, sempre que possível. Estas são as mais importantes propriedades térmicas. Os materiais de utilização mais comum para fabricação de eléctrodos (ferramenta) são cobre, grafite, cobre-grafite, cobre-tungsténio e telúrio-cobre. O factor de decisão final na escolha de um destes materiais depende frequentemente de qual está disponível de imediato. O custo dos eléctrodos e tempo de produção têm sempre uma parte predominante nos custos económicos das operações em electroerosão. Não existe um material ideal, e alguns são mais utilizados para desbaste enquanto outros para operações criticas de acabamento; assim diferentes materiais são usados ocasionalmente para eléctrodos sucessivos. Os "melhores" materiais são em geral caros. Uma importante limitação na precisão da forma produzida por um eléctrodo poderá ser a inevitável erosão (desgaste) a qual ocorre durante a maquinagem da peça a obter. Este desgaste do eléctrodo depende do material da peça a trabalhar, do material e forma do eléctrodo em si, e de muitos outros factores como são o tipo de dieléctrico, condições de fluxo de dieléctrico e características do impulso. O tipo de gerador de impulsos afectará o grau de erosão e, nos dias de hoje, o gerador de impulsos tende a minimizar o grau de erosão dos eléctrodos. O desgaste do material do eléctrodo é normalmente expresso como o quociente entre o volume perdido do eléctrodo e o volume removido da peça a trabalhar. Características dos materiais dos eléctrodos -------------------------------------------- O cobre tem uma elevada termo condutividade e é geralmente um bom material proposto porque é possível obter sob uma diversidade de formas e é facilmente maquinável. A resistência do eléctrodo ao desgaste é boa para potências moderadas de maquinagem e acabamento, mas o seu desgaste aumenta com o aumento de potência. O cobre-tungsténio combina a alta condutividade térmica do cobre com o elevado ponto de fusão do tungsténio, e é excelente para alta precisão e preservação do detalhe das formas, particularmente no acabamento. Contudo, é caro e mais difícil de maquinar que o cobre. A grafite não é um material no verdadeiro sentido da palavra, e está disponível numa larga variedade de tipos de material (densidades), e também em formas impregnadas de cobre; o seu preço varia de acordo com as características, mas não é barato. Grafite com baixa densidade é algumas vezes usada para acabamentos. Não tem ponto de fusão, mas de sublimação, e por isso suporta elevadas potências de maquinagem com baixo desgaste. Produção de eléctrodos ---------------------- As operações com electroerosão podem ser tão precisas quanto o eléctrodo, o qual depende fundamentalmente da precisão com que é produzido. Assim as técnicas de maquinagem convencional são geralmente adoptadas; existe porém o requerimento de subdimensionamento durante a produção do eléctrodo. Por razões já explicadas a precisão do subdimensionamento é muito importante, e detalhes de subdimensionamento deverão sempre ser fornecidos no trabalho de desenho dos eléctrodos. Com o fornecimento de eléctrodos metálicos, o subdimensionamento destes pode ser obtido por ataque químico. Este é o método mais económico e, em alguns casos, a única maneira usada no que diz respeito a eléctrodos de formas complexas. Os eléctrodos usados para obtenção de moldes são normalmente produzidos por cópia de fresagem no material escolhido (bloco de grafite). Uma máquina 3D de copiar perfil, como é o pantógrafo, pode ser usado e versões projetadas para fazer os eléctrodos de electroerosão estão disponíveis com escala de 1:1. **10. -- MOVIMENTO ORBITAL DO ELÉCTRODO** Um auxiliar importante, e quase recente, desenvolvido, é o uso de um movimento orbital dado ao eléctrodo por um mecanismo especial incorporado ou como acessório. O eléctrodo não tem movimento rotativo, mas descreve um pequeno movimento circular orbital, alargando assim o seu tamanho efetivo de uma quantidade igual a toda a volta no plano orbital. Obviamente, que se o eléctrodo não sofrer um desgaste inaceitável, e assim uma descaracterização da forma, este alargamento instantâneo desenvolvido pode ser usado, em vez de um outro eléctrodo, para fins de acabamento. Durante o desbaste o movimento orbital é colocado a zero. Mas quando entrar no estágio de acabamento, o raio da orbital é progressivamente incrementado, removendo assim a superfície rugosa e os efeitos da camada branca, e obtendo-se um acabamento superficial de acordo com as condições do gerador de impulsos usadas. O movimento orbital conduz a melhores condições de fluxo de dieléctrico na abertura, permitindo uma melhor distribuição do desgaste (elevado grau de precisão) e ganhos económicos da produção de eléctrodos (do número e subdimensionamentos standard). **11. -- OPTIMIZAÇÃO DO PROCESSO DE ELECTRO-EROSÃO** A optimização do desempenho do processo de electroerosão requer uma velocidade de corte máxima (MRR) e um desgaste mínimo do eléctrodo (TWR) para reduzir os custos de produção. Existem muitos parâmetros que podem ser variados no processo; entre eles incluem-se a duração do impulso e a intensidade de corrente. Métodos estatísticos (controlo off-line) foram aplicados para quantificar a influência dos parâmetros de maquinagem no desgaste do eléctrodo. Muitos tipos de controlo do processo (AC-Adaptive Control) em ordem à optimização do desempenho on-line usando parâmetros como tensão de referência do servo, duração do impulso, intervalo do impulso, condições do fluxo dieléctrico (velocidade ou pressão). Controlo on-line dos parâmetros de electroerosão obtido para controlo do processo conduziu a melhores resultados do desempenho, mas os investigadores ainda não identificaram a causa real para a instabilidade de maquinagem, pois a electroerosão por penetração é um processo dinâmico e as suas propriedades variam sempre com as condições de maquinagem. As condições na abertura (Gap) são variáveis com o tempo e muitas mudanças ocorrem no desempenho do processo durante o tempo de maquinagem. Um número de publicações discutem a necessidade de um controlo automático em tempo real, devido à descarga óptima variar continuamente com mudanças e flutuações durante a maquinagem na abertura da descarga (Gap). **Fuzzy Logic Control** Melhoramentos do desempenho do processo de electroerosão têm sido feitos recentemente com significativo valor económico pelo uso do Fuzzy Logic Control. Num sistema AGIE FUZZYTRON, o conceito de desempenho obtém-se no tempo de maquinagem, para uma peça de faces inclinadas, um ganho de 50% e entre 210% e 275% para uma cavidade de forma simples. Esta tecnologia também simplifica muito o controlo operacional do processo, o qual seria normalmente exercido pelos contínuos ajustamentos de um operador. Fuzzy logic permite o controlo numérico on-line de muitos factores requerendo ajustamentos de acordo com o tipo de complexidade necessário. Mas também circunstâncias que não necessitam de uma interpretação estritamente numérica, as quais seriam muito elaboradas e não necessariamente difíceis de utilizar. No Fuzzy logic este é substituído pelo critério prático de resultados "melhor" ou "preferível" de acordo com a combinação das circunstâncias. Uma analogia pode ser feita com a condução de um carro. O condutor deverá ter em atenção as circunstâncias subjetivas das condições da estrada, outros veículos, cruzamentos, a velocidade adequada, a melhor mudança para a condução, e a direção do carro a todo o tempo. Estas condições são muito mais relevantes do que seriam a leitura digital, por exemplo, da posição do carro e velocidade. A exatidão é menos importante do que o julgamento da combinação das circunstâncias envolvidas. A condução real, ou um operador real de electroerosão, só pode responder à situação desta maneira em qualquer situação, fazendo uso dos meios e experiência; e um algoritmo simples não pode lidar com todas estas situações simultaneamente. **12. - ELETROEROSÃO POR FIO COM CONTROLO NUMÉRICO (WEDM)** Numa máquina de electroerosão por fio a peça a trabalhar move-se em relação ao fio através de um sistema de controlo numérico, criando o perfil desejado por corte de material da peça através do fio eléctrodo. Tendo sido no fim do corte da peça obtida a forma desejada ou o perfil. Em algumas máquinas de electroerosão por fio este é "fixo" numa posição e a peça a trabalhar move-se e, em outras, a peça é fixa numa posição e o fio move-se relativamente à peça. O corte por electroerosão por fio é conseguido por altas frequências de descargas eléctricas (aproximadamente 100 000 por segundo) entre o fio e a peça a trabalhar. Impulsos de intensidade de tensão necessária (da ordem dos 50 -- 300 V) são aplicados entre a peça a trabalhar e o fio. Água desionizada é introduzida entre o fio e a peça a trabalhar por um esquema de fluxo de refrigeração. Quando a tensão aplicada atinge o valor "break down" do dieléctrico, a água começa a ionizar, tornando-se electricamente condutora formando instantaneamente um intenso canal condutor, um arco plasma, entre o fio e a peça a trabalhar. Em 1973 a companhia comercial de máquinas de electroerosão Agie registou a patente (US Patente 3 928 163) a qual representou o maior avanço no processo de electroerosão por fio. O que é importante acerca desta patente é que o fluido dieléctrico, água deionizada, é utilizada fluindo simultaneamente das duas cabeças de suporte do fio diretamente para a zona de maquinagem sendo um direcionado de baixo e o outro de cima. O fluxo é assim paralelo ao fio e coaxial com este originando um efeito de fluxo máximo com o mínimo de perturbação do fio. As duas guias do fio são posicionadas dentro das duas cabeças, colocando as guias do fio o mais próximo possível da zona de maquinagem, e o arame arrefecido pela água podendo ser usadas elevadas intensidade de corrente eléctrica. A regulação da qualidade da água desionizada foi incluída na patente, através de um sistema automático de regeneração da água. Isto assegura que o nível de desionização do fluido é consistente, e pode contribuir para óptimas condições de corte. Isto contribui grandemente para a precisão e consistência das condições na zona de descarga, tornando possível produzir formas extremamente complexas (criadas por controlo numérico) muito precisas, e em materiais com qualquer dureza. A electroerosão por fio tornou-se assim a maior descoberta para a indústria, e tem tido um importante sucesso comercial. A geometria requerida para a peça é programada usando técnicas computacionais. Isto proporciona uma grande flexibilidade na criação de formas geométricas complexas, incluindo formas de dentados, moldes de extrusão e moldes de montagem para todos os elementos do punção, molde e prato de montagem se requerido, criando automaticamente a reprodução do trajeto do fio para cada componente fornecendo com precisão o encaixe ideal entre o punção e o molde. Por exemplo, a electroerosão por fio é usada para ferramentas "moldes de montagem de precisão" onde a tolerâncias são menores que 0.004 milímetros para integrar componentes de circuitos, componentes de relógios, etc. Nenhum outro processo fornece tal flexibilidade e precisão. A estabilidade do fio e o excelente corte devido a água desionizada e condições de fluxo do dielétrico são assim os parâmetros mais influentes no processo. Para controlar as condições na zona de descarga e a velocidade de movimentação do fio e da peça um relativamente ao outro durante a maquinagem, a máquina de electroerosão por fio possui um sistema de servo-controlo. O fio usado para realizar a operação de corte deverá ser continuamente renovado, ou o fio irá partir devido à erosão sofrida. Mais ainda, antes de o fio partir, uma mudança ocorre no seu diâmetro devido à erosão a qual afecta perniciosamente a precisão do corte pela mudança e estreitamento da largura do corte. O fio é renovado fornecendo continuamente arame novo através da zona de descarga. Pelas mesmas razões é necessário manter o fio sob tensão (mecânica) nas extremidades das guias. Os diâmetros dos fios usados na máquina de electroerosão por fio variam entre 0.1 mm e 0.3 mm, e o corte resultante são da ordem dos 0.15 mm até 0.40 mm, assim, se não controladas, as vibrações do fio podem afectar significativamente a precisão do corte. Com certeza que as descargas efectuadas durante o processo criam este tipo de perturbações no fio. Mais ainda, a circulação do dieléctrico através da zona de descarga por ação do fluxo é também uma potencial causa de forças de perturbação, por isso é importante optimizar o fluxo do dieléctrico como descrito anteriormente. **13. -- Ambiente e segurança** Existem 3 potenciais perigos em electroerosão: 1. **Choque eléctrico** 2. **Fogo com os óleos ao carbono usados na electroerosão por penetração, e** 3. **Fumos tóxicos** Fabricantes e fornecedores têm obrigações legais de assegurar que os seus produtos são tão seguros quanto possível (razoavelmente praticável), e fornecer informação adequada acerca dos riscos para a saúde e segurança através do uso dos seus produtos. **Choque eléctrico**: um possível perigo para o operador da máquina é o choque com contacto inadvertido com a barra do eléctrodo ou a cabeça de trabalho que carrega o eléctrodo ou o fio. Recentes trabalhos internacionais alertam que tensões excedendo 50V ac ou 120 dc podem ser perigosas. **Fogo**: O perigo potencial de fogo nas máquinas de electroerosão por penetração provém do uso de dieléctricos de hidrocarboneto (eletroerosão por fio usa água desionizada, não causando este tipo de perigo). As máquinas de electroerosão por penetração têm um número de elementos de segurança: 1. Um "switch" termostático, o qual desliga a máquina se a temperatura do fluido dielétrico atingir um valor pré-selecionado, cuja valor não deve ser menor que 15 graus centígrados abaixo do ponto de inflamação (VDI 3400). 2. Um "switch" de nível, o qual desliga a máquina se o nível de fluido dieléctrico no tanque estiver abaixo do nível pré-selecionado pelo operador, internacionalmente recomendado não ser inferior a 40 mm acima do plano de início de trabalho formado peça/eléctrodo, de modo que o canal de descarga esteja sempre bem submerso, e isento de ar. 3. Elementos anti curto-circuito, e também um retorno da cabeça, de modo que a máquina se desligará se o curto-circuito continuar, e também se este levar a que o eléctrodo no seu retorno da cabeça ultrapasse a superfície do fluido dieléctrico existente no tanque. É bastante importante que estes elementos de segurança sejam verificados periodicamente e não ignorados. **Fumos tóxicos e substâncias nocivas**: Alguns fumos são produzidos durante a maquinagem. Os fluidos dieléctricos baseados em hidrocarboneto produzem hidrogénio e hidrocarbonetos voláteis. O dieléctrico água desionizada produz pequenas quantidades de ozono. Também alguns fumos de metais podem ser libertados durante a maquinagem de alguns metais: é muito importante evitar alguns metais tóxicos, como por exemplo o berílio. O local deve possuir ventilação e limites de exposição ocupacional para materiais maquinados devem ser observados. Os sistemas de filtração, em ambos os processos de electroerosão por penetração e por fio, das máquinas removem as limalhas retiradas dos produtos maquinados do dieléctrico. Algumas pessoas têm pele sensível ao fluido dieléctrico com base em hidrocarboneto e devem tomar cuidados de prevenção. Finalmente, educação e treino é muito importante, como sempre.