"Amigo, ¿cómo se corta metal sin tocarlo?" me preguntó.
Y fue entonces cuando me di cuenta de que llevamos tanto tiempo en este negocio que asumimos que todos saben qué es la electroerosión por hilo. No lo hacen. Incluso nuestros clientes a veces se confunden, y son personas que piden piezas de precisión que requieren tolerancias más estrictas que... bueno, no importa, ya entiendes el punto.
Así que allá vamos. Wire EDM explicado por alguien que ha estado haciendo esto durante 18 años y tiene problemas de espalda para demostrarlo.
El nombre real (y por qué nadie lo usa)
Wire EDM significa Mecanizado por descarga eléctrica por hilo. Algunas personas lo llaman erosión por hilo, mecanizado por chispa o, si eres muy de la vieja-escuela, erosión por chispa. Los yanquis a veces lo llaman "cortador de queso", lo cual me parece gracioso pero también, de alguna manera, preciso.
Sin embargo, esta es la cuestión: nadie en nuestro taller dice "Wire EDM" en su totalidad. Es simplemente "la máquina de alambre" o "la Fanuc" (porque esa es la marca de la que tenemos tres) o, a veces, "esa maldita máquina temperamental en la esquina" cuando nos causa dolor.
Lo cual, déjame decirte, es más frecuente de lo que me gustaría.
Entonces, ¿qué es realmente?
Bien, imagina que estás intentando cortar un bloque de acero endurecido. Endurecido, lo que significa que no se puede perforar, fresar ni hacer nada con los métodos tradicionales. Es demasiado duro: acero para herramientas adecuado, 60 HRC, el material que se ríe de las fresas de carburo.
A la electroerosión por hilo no le importa. Lo atravesará como si fuera mantequilla. Bueno, mantequilla muy lenta. Mantequilla muy cara y muy precisa.
Así es como funciona (y prometo que esta es la versión simplificada):
Tienes un cable súper-delgado (normalmente hablamos de 0,25 mm, más delgado que una cuerda de guitarra) que se estira entre dos guías. Este cable actúa como un electrodo. Su pieza de trabajo es el otro electrodo. Ambos están sumergidos en agua desionizada (más sobre ese desastre que ocurrirá más adelante).
Luego se pasa corriente eléctrica a través del cable, creando miles de pequeñas chispas por segundo (como relámpagos en miniatura) entre el cable y la pieza. Cada chispa derrite un poquito de metal y el agua elimina los escombros.
En realidad, el alambre nunca toca la pieza de trabajo. Siempre hay un pequeño espacio (tal vez de 0,01 mm) donde se producen todas las chispas. Es como magia, excepto que es física y es mucho más cara que la magia.
Por qué hacemos esto (cuando existe un mecanizado regular)
Buena pregunta. El fresado CNC normal es más rápido, más económico y más sencillo. Entonces, ¿por qué molestarse con la electroerosión por hilo?
Porque a veces es necesario hacer cosas que el mecanizado normal simplemente no puede hacer:
Materiales endurecidos– Ya mencioné esto, pero es enorme. Cortamos piezas de acero para herramientas todo el día que destruirían cualquier herramienta de corte normal.
Formas imposibles– Intente fresar una esquina interna cuadrada. Continúe, esperaré. No se puede hacer, ¿verdad? El cortador es redondo. Pero con Wire EDM, puede tener esquinas internas afiladas adecuadas porque el cable puede cambiar de dirección. Hicimos un trabajo el mes pasado para una empresa de dispositivos médicos (NDA, no puedo decir quién, pero fabrican instrumentos quirúrgicos) con esquinas internas que eran absolutamente críticas. La electroerosión por hilo era la única opción.
Pequeñas características– ¿Ranuras más estrechas que cualquier fresadora? Ningún problema. Recientemente cortamos ranuras de 0,3 mm de ancho a través de 50 mm de acero endurecido. Pruébalo en un molino, te reto.
Sin fuerzas de corte– Esta es la parte que sorprende a la gente. Debido a que el cable nunca toca la pieza, la fuerza de corte es nula. Cero. Lo que significa que puedes cortar piezas increíblemente delicadas o de paredes-delgadas sin distorsión. El año pasado cortamos algunos soportes aeroespaciales que tenían un espesor de pared de 0,5 mm. En un molino simplemente vibrarían y se romperían.
Los diferentes tipos (porque claro que los hay)
Realmente hay dos sabores principales:
Máquinas de dos-ejes– El tipo básico. El alambre sube y baja, corta paredes verticales. Esto es lo que más tenemos en la tienda. Nuestras tres máquinas Fanuc son todas de dos-ejes y probablemente manejan el 80% de nuestro trabajo.
Máquinas de cuatro-ejes– Los elegantes donde las guías de alambre superior e inferior se pueden mover de forma independiente. Esto significa que puedes cortar paredes cónicas, formas complejas en 3D, aspas de turbinas y ese tipo de cosas. Tenemos una unidad Mitsubishi de cuatro-ejes que cuesta más que mi casa (literalmente: revisé la factura cuando la compramos en 2019, luego busqué mi hipoteca y lloré un poco).
Solía haber distinciones entre "cable móvil" y "cable estacionario", pero el cable móvil ganó esa batalla hace décadas. Ahora habría que ir a un museo para encontrar una máquina de alambre estacionaria.
El cable en sí (una cosa tan simple, una pesadilla)
Pensarías que el cable sería simple, ¿verdad? Es solo alambre.
Oh, dulce niña de verano.
Usamos principalmente alambre de latón; en realidad, es latón recubierto de zinc-, que conduce bien la electricidad y no se rompe tan fácilmente. El tamaño típico es de 0,25 mm de diámetro, aunque disponemos de todo, desde 0,1 mm (para trabajos realmente finos) hasta 0,3 mm (para cortes bastos).
El cable es caro. No es caro como "coche de lujo", pero un carrete de 5 kg cuesta alrededor de £ 80-120 dependiendo del grado, y estas máquinas lo procesan como... bueno, imagina tejer con alambre que tiras a medida que avanzas. Probablemente gastamos £15.000 al año sólo en transferencias. Jenny, de cuentas, menciona esto cada. Soltero. Presupuesto. Reunión.
Y aquí está la parte divertida: el cable se usa una vez y luego se tira a la basura. Pasa por la zona de corte exactamente una vez, se erosiona y debilita eléctricamente y luego va directamente al contenedor de chatarra. Tenemos un contenedor enorme de alambre usado en la esquina de la tienda. La recolección de reciclaje se realiza cada dos martes, e incluso ellos parecen confundidos por la cantidad de cable que generamos.
Las roturas de cables son la pesadilla de nuestra existencia. La máquina zumba muy bien, corta una pieza y luego chasquea. Roturas de alambre. La máquina se detiene. Tienes que pasar un cable nuevo (lo que en algunas partes puede llevar 20 minutos), encontrar dónde estabas en el corte y reiniciar. Tiempo perdido, dinero perdido y, si eres yo, has perdido la paciencia porque esta es la TERCERA pausa de hoy.
¿Por qué se rompe el alambre? Elige tu opción:
Configuraciones de chispa demasiado agresivas
Tensión del cable incorrecta
Fluido dieléctrico contaminado
Mala suerte (esta es una razón legítima)
Mercurio retrógrado (bromeando, pero solo por poco)
La situación del agua (o: por qué nuestras facturas de electricidad son una locura)
¿Recuerdas que mencioné el agua desionizada? Sí, eso es todo.
El agua en una máquina de electroerosión por hilo tiene múltiples propósitos:
Enfría la zona de chispas.
Elimina los restos de metal.
Actúa como dieléctrico (aislante eléctrico hasta que el voltaje aumenta lo suficiente como para producir chispas).
Pero TIENE que estar desionizado, es decir, se eliminan todos los minerales e iones. El agua corriente del grifo conduciría la electricidad con demasiada facilidad y se produciría un cortocircuito en lugar de chispas controladas.
Entonces tenemos este sistema de desionización masivo. Básicamente es una planta de tratamiento de agua en la esquina de nuestro taller. Filtros, tanques de resina, bombas, las obras. Sólo el mantenimiento de esta cosa nos cuesta unas 3.000 libras esterlinas al año.
¡Y los caudales de agua! Estamos bombeando cientos de litros por minuto a través de estas máquinas. El Mitsubishi consume unos 60 litros por minuto. Eso es un baño cada 2 o 3 minutos. Simplemente circula, filtra, enfría y recircula constantemente.
Nuestra inspectora ambiental nos visitó el año pasado (una mujer amable, muy minuciosa, nos aterrorizó por completo) y quedó realmente impresionada por lo limpia que es nuestra gestión del agua. Al parecer, la mayoría de las tiendas son mucho peores. Nos sentimos extrañamente orgullosos, como cuando tu suegra-política- felicita tu limpieza.
Programando estas bestias (o: por qué le pagamos demasiado a James)
La programación de electroerosión por hilo es... especial.
No es como la programación CNC normal, en la que puedes improvisar y ajustar sobre la marcha. Si lo hace mal, arruinará un espacio en blanco muy costoso o estará sentado allí durante 20 horas cortando aire porque sus compensaciones son incorrectas.
James es nuestro programador principal de electroerosión por hilo. Ha estado aquí desde 2007, conoce estas máquinas mejor que sus propios hijos (sus palabras, no las mías, aunque su esposa se rió cuando lo dijo en la fiesta de Navidad del año pasado). Le pagamos muy bien porque encontrar a alguien que realmente entienda la programación Wire EDM es como encontrar un unicornio. Un unicornio que es bueno en matemáticas y no le importa mirar modelos CAD todo el día.
El software genera la trayectoria, pero es necesario tener en cuenta:
Desplazamiento del cable (la separación entre el cable y la pieza)
Múltiples pasadas (corte preliminar, cortes desnatados, corte de acabado)
Compensación de conicidad (para trabajo de cuatro-ejes)
Estrategias de entrada/salida
Condiciones de las esquinas
La mayoría de las piezas necesitan al menos dos pasadas. La primera pasada, denominada corte preliminar, elimina la mayor parte del material rápidamente. Luego, realiza una o más pasadas superficiales con ajustes mucho más finos para obtener el acabado de la superficie y la precisión dimensional.
¿Ese trabajo que mencioné antes para la empresa de dispositivos médicos? Cinco pases en total. El primer montaje tardó unas 6 horas. Cada pasada desnatada añadió otras 3-4 horas. James pasó más tiempo programándolo que el que la máquina pasó cortándolo.
Los números que todos quieren (pero estén sentados)
"¿Qué tan exacto es?" – Cada cliente, siempre.
Habitualmente mantenemos ±0,005 mm en la mayoría de los trabajos. Eso son cinco milésimas de milímetro. Cinco micras. Aproximadamente 1/10 del grosor de un cabello humano.
En nuestro Mitsubishi de cuatro-ejes, cuando James tiene un buen día y los dioses de las máquinas están sonriendo, podemos alcanzar ±0,002 mm. Eso es entrar en un territorio de incertidumbre en la medición donde no estamos del todo seguros de que nuestro equipo de medición sea lo suficientemente preciso como para verificar lo que realmente hemos fabricado.
¿Acabado superficial? Por lo general, alrededor de 0,2-0,4 Ra (que es una medida de rugosidad) en cortes desnatados. Baja a 0,1 Ra si realmente lo intentamos, aunque en ese punto estás gastando mucho tiempo en pases finales.
Pero aquí está el sucio secreto que nadie te cuenta:La electroerosión por hilo es LENTA.
¿Esa placa de acero de 50 mm de espesor que mencioné antes? ¿Desbaste en nuestras configuraciones típicas? Unos 30-40 milímetros cuadrados por minuto. Por lo tanto, un recorte de 100 mm x 100 mm tarda entre 3 y 4 horas. ENTONCES haces tus pases rápidos.
Citamos un trabajo la semana pasada en el que el cliente se sorprendió al saber que se necesitarían 40 horas de tiempo de máquina. "¿No puedes simplemente... acelerarlo?" preguntaron. Bueno, sí, técnicamente, pero entonces tu pieza parece basura y la precisión dimensional se pierde por la ventana. No hay almuerzo gratis en Wire EDM.
Velocidad versus finalización versus precisión: elige dos, no puedes tener los tres.
Cuándo NO usar electroerosión por hilo (la parte honesta que mi jefe desearía que no escribiera)
Mire, ganamos dinero cuando utiliza nuestros servicios de electroerosión por hilo. Pero déjame ahorrarte algo de tiempo y dinero:
Si puedes molerlo, muélelo. El mecanizado CNC normal es probablemente 10 veces más rápido y la mitad del costo para la mayoría de los trabajos.
Si sus tolerancias son inferiores a ±0,02 mm, probablemente no necesite electroerosión por hilo.
Si su material es blando (aluminio, acero dulce, plástico), definitivamente no utilice electroerosión por hilo. Funcionará, pero es una exageración enorme.
Si solo necesita formas externas y no son muy complejas, el corte por chorro de agua probablemente sea más barato.
Rechazamos un trabajo el mes pasado: un tipo quería que electroerosión por cable cortara algunos soportes de aluminio. Le dije directamente: "Amigo, muela estos. Cualquier taller mecánico puede hacerlo en una cuarta parte del tiempo por la mitad de precio". Apreció la honestidad y terminó enviándonos un trabajo diferente que realmente necesitaba electroerosión por hilo. A veces ser honesto vale la pena.
Aunque no le digas a ventas que estoy regalando trabajo. Ya están molestos conmigo por la publicación del blog que escribí en agosto sobre herramientas demasiado caras. Eso provocó algunas… discusiones.
Problemas comunes (o: por qué tengo sueños estresantes sobre roturas de cables)
Roturas de alambre– Ya lo mencioné, pero en serio, este es el 80% de nuestros problemas. Hemos probado diferentes cables, diferentes tensiones, sacrificando un pollo a los dioses de las máquinas (bromeando... sobre todo). Algunos días la máquina simplemente decide que te odia.
Contaminación dieléctrica– Se acumulan restos de metal en el agua, la conductividad aumenta, las chispas se vuelven inconsistentes y las piezas salen ásperas. Cambiamos nuestros filtros religiosamente cada semana. Religiosamente. Está en el horario, con bolígrafo rojo, subrayado dos veces.
Capa refundida– El proceso de generación de chispas derrite el metal y pequeñas cantidades del mismo se vuelven a solidificar en la superficie cortada. Esta "capa refundida" tiene quizás 0,001-0,01 mm de espesor, pero es más dura y quebradiza que el material base. Para algunas aplicaciones esto no importa. Para otros (piezas críticas por fatiga, por ejemplo), es un problema importante y debe eliminarse puliéndolo a mano. Hicimos un lote de piezas para un equipo de F1 el año pasado (nuevamente, NDA, pero son rojas) donde la eliminación de la capa refundida agregó 2 horas de trabajo manual por pieza.
Afilar– Incluso en máquinas de dos-ejes, si el cable no está perfectamente vertical, se vuelve cónico. Por lo general, es pequeño (tal vez 0,01 mm por encima de 50 mm de altura), pero está ahí. En las partes críticas, James pasa mucho tiempo comprobando y ajustando la verticalidad de los cables. Tiene todo este ritual con un indicador de cuadrante que estoy bastante seguro es al menos 50% superstición, pero las partes salen rectas, ¿quién soy yo para juzgar?
Lavado de esquinas– En las esquinas interiores, el lavado no es tan bueno, por lo que se obtienen cortes inconsistentes. Existen estrategias de compensación para esto, pero significa más tiempo de programación y, por lo general, un pase extra. El lavado de esquinas es la razón por la que James murmura para sí mismo mientras programa.
El futuro (o: lo que mantiene despiertos a los ingenieros por la noche)
¿Hacia dónde se dirige la tecnología Wire EDM?
Corte más rápido– Cada nueva generación de máquinas ofrece velocidades de corte un 20-30% más rápidas. En realidad, es más bien del 10 al 15 % y normalmente conlleva compensaciones en el acabado de la superficie. Pero lo aceptaremos. Nuestro Fanuc más nuevo (entregado en marzo de este año y aún dando frutos) es notablemente más rápido que nuestro modelo 2015.
Mejor automatización– Nuestro Mitsubishi puede funcionar sin supervisión durante la noche SI todo va perfectamente. Gran "si" ahí. Las máquinas más nuevas tienen mejores sistemas de enhebrado de alambre, ajuste automático de la tensión del alambre y todas esas cosas buenas. El sueño es el mecanizado sin luces. La realidad es que Steve todavía viene a las 6 am la mayoría de las mañanas para verificar las carreras nocturnas porque todos hemos estado quemados antes.
Medición integrada– Algunas máquinas-de gama alta ahora tienen sistemas de sondeo que pueden medir la pieza sin sacarla de la máquina. Aún no tenemos esto (£40,000+ complemento-), pero lo he visto en una demostración y es realmente impresionante. Le ahorraría a James unos 30 minutos por pieza en trabajos complejos.
Mejor tecnología de chispas– Nuevos generadores con más control sobre las características de la chispa. Acabados superficiales más finos, menos refundido, mejor precisión en las esquinas. Esto está mejorando realmente y no son sólo tonterías de marketing.
Consejos prácticos (de alguien que ha cometido todos los errores)
Dado que probablemente estés pensando en trabajar con electroerosión por hilo, aquí tienes algunos conocimientos adquiridos con mucho esfuerzo:-
1. Diseño para electroerosión por hilo– Las esquinas internas deben tener radios al menos iguales al diámetro del alambre + desplazamiento. Por lo tanto, cable de 0,25 mm + 0.05 mm con desplazamiento=0.3 mm de radio mínimo. Recibimos dibujos todo el tiempo con esquinas afiladas especificadas y tenemos que explicar la física a los diseñadores. Envejece rápidamente.
2. Dar tiempo– No nos llame el viernes por la tarde si necesita repuestos el lunes por la mañana. No está sucediendo. La electroerosión por hilo lleva TIEMPO. Una pequeña parte típica es de 8 a 12 horas como mínimo. Las partes complejas pueden durar días.
3. La preparación del material es importante– Si el espacio en blanco no está-aliviado de tensiones, puede deformarse al cortarlo debido a la liberación de tensiones internas. Entonces tus tolerancias son basura. No se salte el alivio del estrés en partes críticas.
4. Iniciar agujeros– Necesitamos un agujero por el que pasar el cable para empezar a cortar. La mayoría de las piezas necesitan primero perforar un orificio de 2 a 3 mm. Inclúyalos en su diseño o le cobraremos por perforarlos.
5. El costo no es lineal– Agregar una segunda pasada duplica el tiempo de la máquina. Tolerancias más estrictas significan más pases desnatados.. 0.01mm la tolerancia cuesta tal vez un 20% más que 0,02 mm. ¿Pero una tolerancia de 0,002 mm? Eso es doble o triple porque necesitamos múltiples pases finales adicionales y todo tiene que ser perfecto.
6. Acabado superficial versus tolerancia– Están relacionados pero no son iguales. Puede tener una tolerancia ajustada con un acabado rugoso o una tolerancia floja con un acabado de espejo. Sea claro qué es más importante para su aplicación.
Las aplicaciones realmente realistas
¿Dónde vemos más electroerosión por hilo?
Fabricación de herramientas y matrices– Esto es pan y mantequilla. Matrices de punzonado, matrices de conformado, inserciones de moldes de inyección. Todo lo que necesite formas complejas en acero endurecido. Probablemente hacemos el 40% de nuestro trabajo para fabricantes de herramientas.
Componentes aeroespaciales– Dentados de las palas de turbina, accesorios estructurales con cortes precisos-para ahorrar peso, cualquier cosa de titanio (que es horrible de mecanizar de forma convencional). El mes pasado hice un lote de brackets de titanio que hubiera sido realmente imposible de otra manera.
Dispositivos médicos– Instrumentos quirúrgicos, componentes de implantes, cualquier cosa que necesite precisión y buen acabado superficial. Aunque el papeleo regulatorio para el trabajo médico casi nos mata. Jenny pasó TRES SEMANAS documentando nuestra certificación ISO 13485. Ella todavía está amargada por eso.
Medidores de precisión– Calibradores de pasadores, bloques patrón, dispositivos de inspección. El laboratorio de calibración que hay cerca es uno de nuestros clientes habituales.
Automotor– Principalmente trabajos de prototipos y deportes de motor. Los volúmenes de producción suelen ser demasiado altos para la economía de la electroerosión por hilo. ¿Pero para ese equipo de F1? El dinero no es realmente una preocupación cuando se necesitan piezas que funcionen.
Resumen-(porque esto se está haciendo largo)
Entonces, ¿qué es la electroerosión por hilo?
Es un proceso de corte de metal de precisión que utiliza chispas eléctricas para erosionar el metal, capaz de lograr una precisión increíble y cortar materiales y formas que serían imposibles con el mecanizado normal. Es lento, algo caro, en ocasiones temperamental y absolutamente esencial para ciertos tipos de trabajo.
¿Vale la pena aprender sobre ello? Si estás en la fabricación, absolutamente. Si alguna vez necesitas piezas complejas hechas de materiales duros, probablemente terminarás hablando con alguien como yo.
¿Estamos parcializados porque poseemos cuatro máquinas de electroerosión por hilo y necesitamos mantenerlas ocupadas para justificar su existencia ante Jenny en contabilidad? Tal vez. Pero son máquinas realmente extraordinarias cuando se necesita lo que pueden hacer.
Si desea verlos en acción, realizamos recorridos de compras el primer jueves de cada mes (el próximo es el 1 de diciembre, envíe un correo electrónico a Sandra para reservar un lugar). Advertencia justa: no es emocionante verlos: solo un cable delgado que se mueve lentamente a través del metal sin que suceda nada dramático. Pero los resultados son bastante espectaculares.
Y trae tapones para los oídos. Las bombas dieléctricas son RUIDOSAS.
P.S.– Ah, y si te interesa la electroerosión por hilo, debes conocer a su primo:Electroerosión por plomo(también llamado Ram EDM). Utiliza un electrodo con forma que se sumerge para grabar cavidades en el metal, lo que resulta excelente para la fabricación de moldes. Mismo principio de chispa, aplicaciones completamente diferentes. No tenemos uno, lo que me ahorra tener que explicarle a Jenny otra enorme factura de electricidad.