Método de Processamento Mecânico - Corte de Fio
Jan 07, 2025
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I Corte de fio de descarga elétrica
A máquina de corte de fio por descarga elétrica (Wire Electrical Discharge Machining, abreviada WEDM) pertence à categoria de usinagem elétrica. Foi descoberto pelos pesquisadores soviéticos Lazarenkov e sua esposa enquanto estudavam os fenômenos e as causas dos danos por erosão nos contatos de comutação causados por descargas de faíscas. Eles descobriram que a alta temperatura instantânea da faísca poderia derreter e oxidar o metal local, levando à corrosão. Isso levou à criação e invenção da usinagem por descarga elétrica. A máquina de corte de fio também foi inventada na União Soviética em 1960, e a China foi o primeiro país a utilizá-la para a produção industrial.
II Princípios Físicos
Íons e elétrons positivos livres se acumulam no campo, formando rapidamente um canal condutor ionizado. Nesta fase, uma corrente flui entre as duas placas, causando inúmeras colisões entre partículas, formando uma zona de plasma que aquece rapidamente até 8.000 a 12.000 graus Celsius. Isso faz com que algum material nas superfícies dos dois condutores derreta instantaneamente. Ao mesmo tempo, devido à vaporização do eletrodo e do líquido dielétrico, forma-se uma bolha e sua pressão aumenta segundo um padrão regular até atingir um nível muito alto. A corrente é então interrompida e a temperatura cai repentinamente, fazendo com que a bolha imploda. A força gerada pela implosão expele o material derretido, criando um buraco. O material corroído então se condensa em pequenas esferas no líquido dielétrico e é removido pelo líquido. Através de monitoramento e gerenciamento controlados por NC, o servomecanismo executa o fenômeno de descarga uniformemente.
III Classificação
As máquinas de corte de fio de descarga elétrica podem ser classificadas de acordo com a velocidade do fio em três tipos: usinagem de descarga elétrica de fio alternativo de alta velocidade (comumente chamada de "corte de fio rápido"), usinagem de descarga elétrica de fio unidirecional de baixa velocidade (comumente chamada de " corte lento de fio") e usinagem vertical de fio auto-rotativo por descarga elétrica. Eles também podem ser categorizados com base no tipo de mesa de trabalho em mesa cruzada de coluna única e tipo de coluna dupla (comumente chamado de "tipo pórtico").
1. Máquina de descarga elétrica de fio alternativo
A velocidade do fio para máquinas de descarga elétrica de fio alternativo é definida entre 6–12 m/s e é um tipo único desenvolvido na China. Em setembro de 1970, a Fábrica Estatal de Máquinas Changfeng do Ministério da Indústria de Máquinas desenvolveu com sucesso a "máquina de corte automática de fio controlada digitalmente", que foi a primeira desse tipo na China. Em 1972, o Ministério da Indústria de Máquinas realizou uma avaliação técnica da máquina de corte de fio CNC CKX, que foi considerada de nível avançado nacional. Em 1973, começou a produção em massa da máquina de corte de fio CNC com a designação CKX-1.
Em setembro de 1981, a máquina CNC DK3220 com funcionalidade de corte cônico foi desenvolvida com sucesso, sendo a característica mais significativa do produto a capacidade de cortar com conicidade de 15-grau. Isto marcou uma grande melhoria tecnológica nas máquinas de corte de fio. À medida que a tecnologia de corte cônico avançou gradualmente, a tecnologia de corte cônico variável e corte assimétrico superior-inferior também teve um progresso significativo. Avanços no corte de materiais mais espessos melhoraram muito a precisão transversal e longitudinal, com espessura de corte superior a 1.000 mm. Isto tornou as máquinas alternativas de corte de fio cada vez mais vantajosas, ao mesmo tempo que atendem às necessidades dos clientes nacionais e internacionais.
O número dessas máquinas está crescendo rapidamente, passando de uma produção anual de 2,000–3,000 unidades para dezenas de milhares de unidades anualmente. Atualmente, existem mais de 200000 máquinas de corte de fio alternativo em uso em todo o país, aplicadas em diversas manufaturas de moldes de médio e baixo custo e processamento de peças especiais. Tornou-se um dos tipos de máquinas mais utilizados nas máquinas-ferramentas CNC da China. No entanto, as máquinas alternativas de corte de fio não podem implementar controle de tensão constante no fio do eletrodo, resultando em vibração significativa do fio e quebras frequentes durante o processamento. Como o fio do eletrodo é reutilizado, ele causa desgaste, levando à redução da precisão do processamento e da qualidade da superfície.
2. Máquina de descarga elétrica de fio unidirecional de baixa velocidade
As máquinas de corte de fio de baixa velocidade usam fio de cobre como eletrodo da ferramenta. O fio normalmente se move a uma velocidade inferior a 0,2 m/s em uma direção. Uma tensão de pulso de 60–300V é aplicada entre o fio de cobre e o material processado, como cobre, aço ou ligas superduras, mantendo uma lacuna de 5–50µm, que é preenchida com água deionizada (próxima à água destilada) ou outro meio isolante. Isso gera uma descarga de faísca entre o eletrodo e a peça, causando erosão e corrosão mútuas, criando inúmeras pequenas cavidades na superfície da peça. Através do monitoramento e gerenciamento controlados por NC, o servomecanismo executa esse fenômeno de descarga uniformemente, permitindo que a peça atenda às dimensões e precisão de forma exigidas.
Atualmente, a precisão pode chegar a 00,001 mm e a qualidade da superfície é próxima à da retificação. O fio do eletrodo é descartado após a descarga, e a máquina normalmente possui enfiamento automático do fio e dispositivos de tensão constante. A máquina opera de maneira suave e uniforme, com vibração mínima, alta precisão de processamento e boa qualidade de superfície, mas não é adequada para processar materiais espessos. Devido à sua estrutura precisa, alto conteúdo técnico e alto custo, o custo operacional da máquina também é alto.
As primeiras versões de máquinas de descarga elétrica com fio de baixa velocidade eram fabricadas exclusivamente por empresas estrangeiras. Embora o desenvolvimento da máquina de descarga elétrica com fio de baixa velocidade em Taiwan tenha começado mais tarde, ela fez um rápido progresso nos últimos anos. Um movimento significativo foi o investimento conjunto de vários fabricantes de máquinas de processamento elétrico, apoiado por departamentos governamentais e pelo Instituto de Pesquisa de Tecnologia Industrial de Taiwan. Após mais de uma década de esforços, foram feitos avanços em tecnologias-chave, como sistemas de controle e fornecimento de energia. As máquinas de corte de fio de baixa velocidade fabricadas por empresas taiwanesas são agora consideradas modelos de gama média, com uma taxa de crescimento anual de 20% a 30% nos últimos três anos. Estima-se que nos próximos cinco anos, a produção anual de máquinas de corte de fio de baixa velocidade de Taiwan atingirá 2.{10}} unidades, representando mais de 25% do mercado global.
As máquinas de descarga elétrica com fio de baixa velocidade possuem alto conteúdo técnico, boas perspectivas de mercado e oferecem altos retornos, o que as torna um "campo de batalha" ou "terreno estratégico" para fabricantes de usinagem elétrica. Pode-se dizer que quem dominar a tecnologia das máquinas de descarga elétrica com fio de baixa velocidade terá oportunidade para a próxima fase de crescimento do negócio. Para conquistar o mercado chinês, fabricantes de máquinas de usinagem elétrica do Japão, Suíça e Taiwan criaram fábricas na China continental para produzir essas máquinas. Com o apoio do fundo especial do Ministério da Ciência e Tecnologia, os investigadores científicos da China investiram recursos consideráveis no desenvolvimento da próxima geração de máquinas de corte de fio de baixa velocidade. Grandes avanços foram feitos e produtos com direitos de propriedade intelectual independentes já ocuparam uma certa participação de mercado, atingindo níveis médios de desempenho de máquinas. Algumas empresas nacionais também esperam desenvolver tecnologia de corte de fio de baixa velocidade através da cooperação com empresas taiwanesas.
3. Máquina de descarga elétrica com fio auto-rotativo vertical
A máquina de descarga elétrica de fio auto-rotativo vertical (também conhecida como máquina de corte de fio auto-rotativo horizontal) difere da usinagem tradicional de descarga elétrica de fio de alta e baixa velocidade de várias maneiras. Em primeiro lugar, o movimento do fio do eletrodo nesta máquina não é apenas um movimento tradicional para frente e para trás, mas também inclui um movimento rotacional. Em segundo lugar, a velocidade do fio está entre a velocidade do corte do fio de alta e baixa velocidade, de 1 a 2 m/s. Devido ao movimento rotacional do fio do eletrodo durante o processo, a máquina de corte de fio rotativa vertical difere de outros tipos de máquinas de corte de fio principalmente em seu sistema de acionamento do fio. O sistema de acionamento do fio da máquina rotativa vertical consiste em duas estruturas idênticas em ambas as extremidades da máquina, realizando rotação em alta velocidade e movimento do fio em baixa velocidade. A área entre as duas cabeças do fuso é a zona efetiva de processamento.
Além do sistema de acionamento do fio, os outros componentes da máquina são iguais aos das máquinas de corte de fio de alta velocidade. Em comparação com as máquinas de corte de fio de baixa velocidade, as máquinas alternativas de corte de fio de alta velocidade ainda apresentam uma lacuna significativa nos principais indicadores técnicos, como produtividade média, precisão de corte e rugosidade superficial. Para resolver essas lacunas, no início dos anos 2000, vários fabricantes nacionais de máquinas alternativas de corte de fio de alta velocidade introduziram técnicas de multicorte para máquinas de fio de alta velocidade (comumente chamadas de "corte de fio de velocidade média"). "Corte de fio de velocidade média" não se refere a velocidades de fio entre altas e baixas velocidades, mas a uma máquina de corte de fio composto que utiliza corte de fio de alta velocidade (8–12 m/s) para corte bruto e corte de fio de baixa velocidade (1–3 m/s) para corte de precisão. Essa abordagem estabiliza as operações, reduz a vibração e minimiza erros causados pela deformação do material e desgaste do fio de tungstênio, levando a uma melhor qualidade de processamento.
Assim, o "corte de fio de velocidade média" é essencialmente uma modificação das máquinas de descarga elétrica de fio alternativo que incorpora algumas das técnicas de processamento de máquina de fio de baixa velocidade, conseguindo corte sem tiras e corte múltiplo. Ao longo dos anos, quase todos os fabricantes de máquinas de corte de fio de alta velocidade na China começaram a produzir e vender máquinas de média velocidade. No entanto, tornou-se claro que nem todas as máquinas alternativas de corte com fio podem realizar cortes múltiplos de forma eficaz ou obter bons resultados usando esta técnica. Multicorte é uma tecnologia abrangente que envolve precisão de máquina, fonte de alimentação de pulso, bancos de dados de processos, sistemas de acionamento de fios, fluido de trabalho e muitos outros problemas de processo. Não se trata simplesmente de adicionar um sistema de controle de frequência de fio a uma máquina de fio de alta velocidade. Somente máquinas de alta precisão que criaram as condições necessárias para o corte múltiplo podem obter corte múltiplo e sem tiras, com efeitos de processo significativos.
Portanto, os nossos fabricantes devem estar atentos a esta questão e abordá-la de forma sistemática, garantindo que a tecnologia é bem implementada e o produto é bem fabricado. Algumas empresas já melhoraram a precisão das máquinas usando servomotores CC ou CA para acionar parafusos esféricos nas peças móveis. Isto melhora significativamente a precisão e muitas empresas nacionais são agora capazes de obter melhorias substanciais na qualidade do processo de corte de fio.
IV Conclusão
A usinagem por descarga elétrica de fio, um componente crucial da tecnologia CNC, tem desempenhado um papel importante na fabricação moderna. Ao compreender os diferentes tipos de máquinas de corte de fio e os avanços tecnológicos neste campo, podemos prever e adaptar-nos melhor às necessidades em rápida evolução da maquinação de precisão e lutar por soluções mais sustentáveis e eficientes. Esta pesquisa fornece informações valiosas sobre o cenário atual e a direção futura da tecnologia de corte de fio.