Problemas comuns e métodos de solução no corte de peças de alumínio por eletroerosão a fio (NC)

Durante a usinagem CNC de peças de alumínio, problemas como desgaste severo, curto-circuito, quebra de fios, distorção da trilha e deformação da peça são frequentes, levando ao descarte de alguns produtos. Com base em anos de experiência, o autor resume os principais problemas técnicos encontrados na prática de usinagem.
Primeiro, o problema do fio que quebra facilmente as peças de alumínio cortadas com fio.
O motivo pelo qual a peça de alumínio cortada com um único fio quebra facilmente
O corte com fio de alumínio, devido à maciez do material, dificulta a remoção dos cavacos. Além disso, o alumínio, em altas temperaturas, forma com muita facilidade uma película dura durante o processo de corte, resultando em uma grande quantidade de resíduos de alumina ou alumínio que se prendem facilmente ao fio de molibdênio. Ao entrar em contato com as partes do bloco de alimentação, o fio de molibdênio rapidamente cria sulcos. A mistura de alumínio macio e abrasivo duro preenche o sulco, que, uma vez introduzido, é esmagado e acaba sendo cortado do fio.
2 soluções
O problema de travamento do fio de molibdênio no bloco de alimentação, sob os ajustes de posição do bloco de alimentação da estrutura de arame, visa evitar o desgaste do bloco de alimentação que causa baixa eficiência, cortes múltiplos na superfície de processamento que levam à diminuição da qualidade dos materiais e ao desperdício de fio quebrado.
Para materiais com espessura superior a 40 mm, o processamento geralmente leva de 3 a 4 horas. Após esse período, o bloco de alimentação é girado ligeiramente em um ângulo, conforme mostrado na Figura 1b. A primeira rotação ocorre no sentido indicado na Figura 1a, e após 8 horas de processamento, o bloco de alimentação é girado no sentido mostrado na Figura 1b. Dessa forma, a cada 8 horas de processamento, a posição do bloco de alimentação é ajustada para reduzir a probabilidade de quebra do fio. Na prática, esse método demonstra uma redução significativa nos custos de processamento e um aumento na rentabilidade. Observe que a distância entre o bloco de alimentação e o fio do eletrodo é geralmente de 0,5 a 1 mm. Quando três pontos de uma superfície estiverem com ranhuras de corte, o bloco de alimentação é girado 90 graus, e assim por diante, até que os quatro lados estejam com ranhuras de corte. Em seguida, próximo à linha de amostragem, uma junta de 1 a 2 mm é colocada na lateral para ajustar a posição do bloco de alimentação para a esquerda, o que equivale a um novo bloco de alimentação, reduzindo os custos de produção.
Por exemplo: cada peça de alumínio tem 2 mm de espessura, totalizando 8 peças processadas simultaneamente, o que leva cerca de 8 horas para ajustar a superfície de contato do bloco de alimentação. O processamento diário dura 8 horas, e após seis dias, o fio quebra. Em seguida, utiliza-se um micrômetro para cortar o fio de molibdênio com diâmetro de apenas 0,125 mm (o diâmetro original do fio de molibdênio é de 0,18 mm). Ajustando a posição do bloco de alimentação, evita-se significativamente o problema de quebra do fio.

Naturalmente, é importante observar que, quando os requisitos de precisão dimensional da peça são relativamente altos, é necessário medir o diâmetro do fio de molibdênio e ajustar a compensação em tempo hábil para garantir o atendimento aos requisitos de precisão dimensional.

Segundo, deformação da peça de trabalho
1. Razões para a deformação da peça de trabalho
A fabricação da peça bruta, a usinagem, o tratamento térmico, o aquecimento desigual, a força interna e a transformação da organização da deformação, como a tensão residual gerada internamente, desempenham um papel importante. Sob certas condições de distribuição de tensão relativamente equilibradas por um certo período de tempo, na ausência de influência externa, o processo de eletroerosão a fio (WEDM) também pode alterar a distribuição de tensão, visto que o material da peça sofre inúmeros cortes e rebarbas, e com o passar do tempo tende gradualmente ao equilíbrio, resultando na deformação da peça. Esse fenômeno de deformação é mais evidente em peças de liga de alumínio.
2 soluções
(1) processo de corte antes das partes tensionadas no primeiro tratamento térmico para eliminar a tensão interna, de modo que não ocorra grande deformação por tensão, a fim de estabilizar o tamanho das peças. É claro que, diferentes materiais e métodos de processamento não são os mesmos.
(2) O método de usinagem de contorno externo geralmente não permite a passagem do furo para o fio, podendo ser cortado lateralmente na peça bruta, como mostrado na Figura 2a. Esse método é muito suscetível a quebras, pois a peça bruta sofre deformação por liberação de tensão, resultando em menor precisão de usinagem. Para evitar e reduzir a deformação durante a produção, pode-se utilizar o método de usinagem com corte através do furo para o fio, mantendo o contorno aproximado fechado, como mostrado na Figura 2B. Isso minimiza a tensão e a deformação no processo de usinagem.
(a) corte externo (b) para reproduzir através do processamento do orifício do fio
(3) usando o método de corte duplo para precisão de usinagem de peças, é melhor usar o método de corte duplo.
Como mostrado no processo da Figura 3, uma extremidade da peça é fixada com uma braçadeira de ferro em forma de V com 8 mm de diâmetro, enquanto a outra extremidade é suspensa. Após a medição micrométrica, o tamanho da usinagem na extremidade próxima ao V é de 2,00 mm, e na outra extremidade é de apenas 1,86 mm. Este é um processo de corte em linha, pois o corte do material da peça altera a distribuição de tensões e causa a deformação da peça.
O método de processamento para aprimoramento consiste em aumentar a espessura da primeira etapa de usinagem intermediária de 2 mm para 2,4 mm, deixando uma margem de 0,2 mm na primeira face de corte (utilizando um fio de molibdênio de 0,18 mm de diâmetro para usinagem de desbaste rápida). Após a primeira usinagem, as peças brutas originais são submetidas a um equilíbrio de tensões internas, atingindo um novo equilíbrio. Em seguida, realiza-se uma segunda etapa de acabamento, medindo-se a dimensão final de 1,99 mm para verificar se atende aos requisitos dimensionais.
Três, o corte de peças de alumínio facilita o curto-circuito e o problema de distorção da trilha de corte.
1. Análise das causas do problema
No processamento diário, o corte de peças de grande espessura é difícil devido às restrições das condições de erosão por eletroerosão (EDM), à espessura limitada da peça, à insuficiência de fluido de corte, à não eliminação adequada dos resíduos da erosão elétrica, à instabilidade do processo e à ocorrência de curto-circuito na descarga, fenômenos que são mais comuns no corte de alumínio.
Normalmente, as máquinas-ferramenta de corte fora da linha de montagem possuem função de proteção contra curto-circuito. Quando ocorre um curto-circuito, a mesa da máquina-ferramenta para imediatamente de se mover, permanecendo imóvel até o processamento. No entanto, no processamento de alumínio, devido à sua maciez e leveza, e à dificuldade de formação de cavacos, às vezes, após um curto-circuito, a descarga é transferida para o bloco de alimentação, alimentando o bloco e o fio de molibdênio por descarga elétrica. Embora haja um curto-circuito entre a peça e o eletrodo de fio, o estado de descarga da máquina permanece normal. Assim, a máquina não ativa a proteção contra curto-circuito devido ao curto-circuito entre a peça e o fio de molibdênio, e continua o processo de corte normalmente. O processamento da peça, mesmo com a descarga, não consegue obter a forma e o tamanho corretos devido à tração do fio de molibdênio no sulco da peça de alumínio, causando distorção da trilha de corte e, consequentemente, o descarte da peça. Como mostrado na Figura 4, o processo de usinagem ocorre nas duas primeiras etapas, com distorção da trilha de corte e descarte da peça.
2 maneiras de resolver
(1) A primeira medida consiste em otimizar os parâmetros do processo de acordo com a espessura do fio, definindo diferentes parâmetros de corte. Através de diversos experimentos, constatou-se que o processamento de materiais de liga de alumínio pode ser mais adequado com a redução da largura do pulso. Isso ocorre porque, com a diminuição da largura do pulso, a energia de um único pulso diminui, a marca da descarga é menor e também reduz o tamanho e a quantidade de partículas de alumina, além de diminuir o desgaste do bloco de alimentação. Em contrapartida, o aumento do intervalo entre os pulsos favorece a remoção de cavacos, reduz a aderência do fio, melhora a estabilidade do corte e a rugosidade superficial da peça. Se o intervalo entre os pulsos for muito pequeno, a formação de produtos da descarga não pode ser eliminada, e o intervalo de descarga é muito longo para eliminar a ionização, o que torna o processamento instável e pode levar facilmente à quebra do fio ou à distorção da trilha de corte.
A taxa de avanço definida é menor que a taxa de corrosão real da peça, e o estado de usinagem é aberto, com baixa velocidade de corte. Como o ponto de fusão e o ponto de vaporização da liga de alumínio são baixos, a quantidade de energia de descarga necessária aumenta, resultando em uma grande distância entre os eletrodos. Devido a essa distância, a tensão de pulso não consegue romper o meio líquido em tempo hábil, reduzindo significativamente a taxa de utilização do pulso. Ao mesmo tempo, uma distância excessiva entre os eletrodos leva ao aumento da amplitude, tornando o processo instável e podendo até causar a ruptura dos fios. Quando a velocidade de avanço é maior que a velocidade de erosão real definida (chamada de avanço ou avanço de rastreamento), o processo é propenso a curto-circuitos. A velocidade de avanço e a velocidade de corte reais também diminuem, mas a erosão elétrica não elimina o alumínio, podendo causar a ruptura dos fios e curto-circuitos. Portanto, o ajuste adequado do avanço de frequência variável é essencial para se obter um melhor estado de processamento. O circuito de controle de avanço de frequência variável possui diversos pontos de ajuste, a maioria dos quais instalados no painel de controle da máquina-ferramenta, e geralmente não devem ser alterados. Existe um botão giratório montado no painel de controle, que pode ser ajustado de acordo com as circunstâncias específicas. Ao posicioná-lo corretamente, garante-se que a leitura do amperímetro, do voltímetro e a oscilação do fio de molibdênio sejam mínimas, mantendo o processamento no melhor estado de rastreamento.
Em usinagem de peças espessas, como as que ocorrem com 5 mm de espessura, geralmente no início (5 mm) do processo, devido à tendência do fio eletrodo a vibrar e à alta concentração do líquido refrigerante, deve-se aumentar a energia do pulso único, incrementando o intervalo entre os pulsos para uma proporção mínima de 1:8 entre a largura do pulso e o intervalo. Isso garante que a energia do pulso único seja suficiente para evitar a erosão elétrica e que haja um intervalo de tempo adequado, enquanto a corrente de usinagem é reduzida, geralmente para menos de 2 A. Quando o processo se estabiliza, reduz-se o intervalo entre os pulsos, aumentando a corrente para cerca de 3 A e a tensão para aproximadamente 75 V. Com esse aumento, o valor médio da descarga do fio de molibdênio não aumenta, mas sim a capacidade de gerar uma descarga elétrica, intensificando a força explosiva da faísca. Portanto, os parâmetros elétricos devem ser ajustados adequadamente para valores maiores, caso contrário, o processo ficará instável e a qualidade das peças usinadas será comprometida.
A exigência de velocidade de corte e rugosidade superficial são dois índices tecnológicos essenciais, sendo necessário buscar alta velocidade de corte para atender à necessidade de rugosidade superficial.
(2) Dependendo da espessura da peça, a folga de descarga não é adequada. Se for muito pequena, pode ocorrer curto-circuito, a descarga não é favorável ao resfriamento e pode causar corrosão do material; se for muito grande, afetará a rugosidade da superfície e a velocidade de usinagem. Ao cortar peças espessas, deve-se tentar usar um fio de molibdênio de maior diâmetro e uma largura de pulso maior, para que a folga de descarga aumente, melhorando a remoção de cavacos e a estabilidade do corte.
(3) Manter a limpeza do fluido refrigerante e realizar a substituição oportuna do fluido refrigerante, impurezas e refluxo do líquido refrigerante na mesa com o filtro para filtrar as impurezas do fluido refrigerante. Em seguida, na saída do fluido refrigerante, colocar uma camada de esponja adsorvente de fluido refrigerante, o que tem um efeito muito bom. Para melhorar a capacidade de remoção de cavacos, pode-se evitar a formação de sulcos no processo. Para isso, detergente e sabão em barra podem ser adicionados ao fluido refrigerante, de modo que o desempenho da lavagem seja bom, a capacidade de descarga de cavacos seja aumentada e as condições de remoção de cavacos sejam melhoradas. Ao mesmo tempo, ajustar a posição do bloco de alimentação rotativo ou trocar o bloco de alimentação por um novo bloco de alimentação em tempo hábil, sempre limpar os cavacos na alimentação de partículas e manter um bom contato entre o bloco de alimentação e o fio de molibdênio, evitando o surgimento de fenômenos de descarga, o que pode evitar efetivamente a distorção causada pela formação de sulcos no processo de corte e o descarte da peça.
Quatro, a conclusão
A partir da análise da operação real da linha de corte no processamento de alumínio, constatou-se a facilidade com que partículas de alumina são produzidas, resultando em diminuição da condutividade, desgaste do bloco de alimentação, quebra de fios e curto-circuito, o que afeta seriamente a qualidade e a eficiência do processamento. Os problemas e soluções apresentados são resumidos na prática. Os métodos e medidas propostos são práticos e viáveis, e têm um bom efeito na melhoria da qualidade do processamento por corte a fio, reduzindo a quebra de fios, curto-circuito e distorção da trilha de corte em peças de alumínio.