O que é a electroerosão

A electroerosão por penetração (EDM de penetração, ou sinker EDM) é um processo de maquinação sem contacto mecânico entre a ferramenta e a peça: o material é removido por descargas elétricas controladas.

• Aplica-se a qualquer material condutor de eletricidade, por mais duro que seja (aços temperados, carbonetos).
• Não gera esforços de corte: ideal para geometrias complexas, cantos vivos internos e paredes finas.
• É o processo de eleição no fabrico de cunhos, cortantes e moldes, onde a dureza do material impede a maquinação convencional depois do tratamento térmico.

Na indústria metalomecânica, a electroerosão entra precisamente onde a fresagem já não chega.

O princípio físico da descarga

O elétrodo e a peça são ligados a um gerador de impulsos, mergulhados num líquido dielétrico e aproximados até uma distância mínima, o GAP.

1. O gerador aplica uma tensão entre elétrodo e peça.
2. Quando o campo elétrico é suficiente, o dielétrico ioniza-se num ponto e forma-se um canal de plasma.
3. A descarga liberta uma energia enorme num ponto minúsculo, durante microssegundos: funde e vaporiza uma micro-porção de material, em ambos os lados.
4. O dielétrico arrefece e expele as partículas (o swarf), e o canal desioniza-se até à descarga seguinte.

Milhares de descargas por segundo, cada uma removendo micrómetros, é o que "esculpe" a peça.

Os grandes conjuntos da máquina

Uma máquina de electroerosão CNC por penetração organiza-se em quatro conjuntos principais:

O comando CNC integra estes conjuntos: recebe o programa, controla os eixos e ajusta os parâmetros tecnológicos em tempo real.

Sistema de filtragem e circulação do dielétrico

O líquido dielétrico carrega-se de partículas erodidas a cada descarga; sem tratamento, a máquina perderia estabilidade e precisão.

• Bomba de circulação: faz o dielétrico fluir através da zona de trabalho (lavagem, ou flushing).
• Filtros: retêm as partículas em suspensão, mantendo a limpidez do líquido.
• Refrigeração: controla a temperatura do banho, que afeta a estabilidade dimensional.
• Nível e imersão: a peça e o elétrodo têm de estar totalmente submersos durante o processo.

Um dielétrico sujo ou mal filtrado é a causa mais comum de instabilidade e mau acabamento.

Ler o desenho de fabrico

Antes de programar seja o que for, o técnico tem de interpretar corretamente o desenho técnico da peça a produzir.

• Projeções ortogonais (vistas de frente, topo, lateral) e cortes e secções, para perceber a geometria interna e as cavidades.
• Cotagem: dimensões, tolerâncias dimensionais e geométricas.
• Simbologia e anotações: acabamento superficial, tratamento térmico, material, notas de fabrico.
• Identificação de operações, materiais, acabamentos e tolerâncias a cumprir.

Um erro de leitura no desenho propaga-se a todo o programa e ao elétrodo: rigor desde o primeiro passo.

Simbologia de acabamento e tolerâncias geométricas

• Rugosidade (Ra, Rz): símbolo em forma de "visto", com o valor em micrómetros junto à superfície a que se aplica.
• Tolerâncias geométricas (planeza, perpendicularidade, posição): caixas retangulares com o símbolo da característica e o valor.
• Cotas críticas para o encaixe cunho/cortante são normalmente assinaladas com maior destaque no desenho.

Reconhecer estes símbolos permite decidir, já nesta fase, que regime tecnológico vai ser necessário (desbaste rápido ou acabamento fino) em cada zona da peça.

O dossier de fabrico

A produção de uma peça por electroerosão não vive só do desenho: gera-se um conjunto de documentos que acompanha a peça do projeto à entrega.

Preencher esta documentação com rigor é uma das atitudes avaliadas: responsabilidade e sentido de organização.

Da documentação ao programa

A ficha de fabrico define, para cada operação:

• A máquina e o elétrodo a utilizar.
• O regime tecnológico (parâmetros) previsto por fase, desbaste e acabamento.
• O tempo estimado e a sequência de operações.
• As referências de zero-peça a usar.

Esta informação é o ponto de partida do programa de fabrico, tratado no bloco 9. Sem uma ficha de fabrico completa, o programador improvisa, e a improvisação é a maior fonte de erro em produção.

Tecnologia dos materiais em cunhos e cortantes

Os materiais típicos em cunhos e cortantes são aços de ferramenta de alta dureza (aços para trabalho a frio, temperados e revenidos) e, por vezes, carbonetos metálicos.

• A condutividade elétrica do material afeta diretamente a velocidade de erosão: metais mais condutores erodem mais depressa.
• A dureza do material, ao contrário da maquinação convencional, não limita a electroerosão: é por isso que se maquina depois do tratamento térmico.
• Cada material tem uma combinação de parâmetros tecnológicos que dá o melhor compromisso entre velocidade de remoção e acabamento.

Escolher bem o par elétrodo/material é decidir metade da qualidade da peça antes de a máquina arrancar.

Estado de acabamento de superfícies: Ra e Rz

O estado de acabamento de uma superfície erodida por electroerosão descreve-se por dois parâmetros de rugosidade:

• Ra (rugosidade média aritmética): a média dos desvios do perfil em relação à linha média. É o valor mais usado no desenho.
• Rz (rugosidade média das irregularidades): a média das cinco maiores alturas pico-vale numa amostra.

A superfície erodida (a "casca branca") pode alterar propriedades mecânicas superficiais; em zonas críticas, avalia-se a necessidade de remoção posterior.

Os cinco parâmetros que definem o regime

Todo o comportamento da descarga é controlado por um conjunto de parâmetros tecnológicos, definidos no gerador:

• Intensidade de impulso (Ip): a corrente de pico de cada descarga, em amperes. Mais Ip, remoção mais rápida, acabamento mais grosseiro.
• Tempo de impulso (Ton): a duração de cada descarga, em microssegundos.
• Tempo de pausa (Toff): o intervalo entre descargas, necessário para desionizar o dielétrico.
• Tensão de descarga (Ue): influencia a distância de ignição e a largura do GAP.
• Polaridade: normal (elétrodo negativo) ou invertida (elétrodo positivo), conforme o material e o objetivo.

A combinação destes cinco parâmetros é o regime tecnológico.

Regimes por fase de maquinação

Uma cavidade completa raramente se maquina num único regime: programa-se uma sequência de regimes, de desbaste a acabamento fino.

Cada mudança de regime reduz progressivamente a energia da descarga, e portanto a cratera deixada em cada impulso, e portanto a rugosidade.

O líquido dielétrico

O dielétrico é o líquido isolante em que peça e elétrodo estão imersos durante a electroerosão. Cumpre quatro funções em simultâneo:

• Isolamento: mantém a rigidez dielétrica entre os dois polos até à tensão de ignição.
• Extinção: arrefece e apaga o canal de plasma após cada descarga.
• Evacuação: transporta as partículas erodidas para fora da zona de trabalho.
• Refrigeração: dissipa o calor gerado no processo.

Os tipos mais comuns são os óleos dielétricos de base hidrocarboneto, específicos para EDM de penetração.

O GAP: a distância que controla tudo

O GAP é a distância entre a face do elétrodo e a superfície da peça, mantida durante toda a erosão.

• É pequeno o suficiente para permitir a ignição da descarga, mas grande o suficiente para evitar curto-circuito.
• O servo controlo do eixo Z lê continuamente o estado elétrico do GAP e ajusta a posição: avança se o GAP está demasiado aberto, recua se detecta risco de curto.
• O GAP não é fixo: varia ligeiramente com o regime tecnológico e com o estado de limpeza do dielétrico.
• É também a razão pela qual a cavidade final fica maior que o elétrodo: a "folga" do GAP soma-se ao contorno.

Dominar o GAP é dominar a estabilidade do processo: é o parâmetro central de todo o processo de electroerosão.

Tipos e materiais de elétrodo

O elétrodo é a "ferramenta" da electroerosão: a sua forma negativa é o que fica gravado na peça.

A escolha do material do elétrodo cruza-se sempre com o regime tecnológico e o acabamento pretendido.

Fabrico e sistema de fixação do elétrodo

• O elétrodo fabrica-se por maquinação convencional (fresagem, torneamento), por CNC, ou, em elétrodos complexos, por electroerosão a fio.
• A geometria do elétrodo é a forma negativa da cavidade, com o GAP já compensado no seu desenho.
• Fixa-se num porta-elétrodos com sistema de acoplamento rápido, macho na máquina, fêmea no elétrodo (ou vice-versa), que garante repetibilidade de posição entre trocas.
• Cada elétrodo é identificado e registado na ficha de elétrodos (bloco 4), incluindo o desgaste previsto.

Um elétrodo mal fixado ou mal alinhado transporta o erro diretamente para a cota controlada da peça.

A estrutura de um programa de electroerosão

A programação de electroerosão por penetração segue uma lógica próxima da programação CNC convencional, com estrutura, funções, códigos e sintaxe próprias.

% (início do programa)
O0001 (número do programa)
N10 G90 G54           (absoluto, origem peça)
N20 T01                (chamada do elétrodo 1)
N30 G01 Z-5 F50 E1     (penetração, regime E1)
N40 G04 X2             (pausa de 2s)
N50 M02                (fim de programa)

Cada linha é um bloco identificado por N, com funções G (geométricas e de movimento) e funções M (auxiliares, máquina).

Adequar a programação à geometria da peça

A programação tem de se adequar à geometria concreta da peça, um dos critérios de desempenho centrais da UC:

• Cavidades cegas (sem saída) precisam de retração periódica programada para lavagem eficaz.
• Cavidades passantes permitem lavagem mais direta, com menos interrupções.
• Geometrias com paredes finas ou cantos vivos exigem regimes mais suaves para evitar deformação térmica.
• A profundidade total condiciona o número de fases de regime necessárias.

Não existe um programa "genérico": cada peça exige uma leitura própria da sua geometria antes de escrever uma única linha de código.

Funções auxiliares (M) mais comuns

As funções auxiliares controlam o estado da máquina, não a geometria do movimento:

Aplicar corretamente os códigos das funções auxiliares é um dos requisitos explícitos do referencial: um M08 esquecido, por exemplo, arranca sem lavagem e degrada logo o processo.

Ciclos de penetração e movimento

• Penetração direta: o elétrodo desce em linha reta até à profundidade programada.
• Ciclo orbital (órbita): o elétrodo descreve um pequeno movimento circular ou poligonal enquanto penetra, alargando ligeiramente a cavidade e melhorando o acabamento e a lavagem.
• Retração periódica (jump): o elétrodo recua periodicamente para deixar sair as partículas, sobretudo em cavidades profundas ou cegas.
• Posicionamentos entre operações usam movimentos rápidos (G00), sem descarga.

Programar os posicionamentos e os movimentos de penetração corretamente é o que liga a geometria pretendida ao comportamento real do processo.

Validar antes de maquinar

Antes de correr o programa em regime real, valida-se por simulação gráfica ou por um ciclo em vazio:

• A simulação gráfica no comando (ou em software CAM) mostra a trajetória do elétrodo sobreposta à geometria da peça, sem gastar material nem tempo de máquina.
• O ciclo em vazio corre o programa na máquina sem ligar o gerador de impulsos, verificando colisões e percursos.
• Ambos apanham erros de trajetória, de profundidade ou de referência antes de gastar horas de electroerosão real.

Validar o programa é tão parte do trabalho como escrevê-lo: um programa não validado é um risco para a peça e para a máquina.

O que procurar na validação

• Colisões entre o elétrodo, o porta-elétrodos e os dispositivos de fixação da peça.
• Profundidade e cotas finais coerentes com o desenho.
• Sequência de regimes lógica, do desbaste ao acabamento.
• Referências de zero-peça corretamente aplicadas em todo o programa.

Só depois de um programa validado sem alertas é que se passa ao setup físico da máquina, tratado no próximo bloco.

Organização do posto de trabalho

Antes de montar seja o que for, o posto de trabalho organiza-se em função do cenário e das ferramentas a utilizar, um dos critérios de desempenho da UC:

• Instrumentos de medida, elétrodos e dispositivos de fixação preparados e identificados antes de começar.
• EPI colocado antes de qualquer manuseamento de peças, elétrodos ou dielétrico.
• Área de trabalho limpa, sem obstáculos junto à máquina.

Cumprir as instruções no setup da máquina é o segundo critério de desempenho explícito: o setup não é um detalhe, é avaliado.

Montagem e alinhamento de dispositivos de aperto

• Dispositivos de aperto interno (mordentes, prensas de precisão): fixam a peça pelo interior ou por faces internas.
• Dispositivos de aperto externo (grampos, calços, magnéticos): fixam a peça pelo exterior, mais comuns em blocos e chapas.
• O alinhamento garante que os eixos da peça coincidem com os eixos da máquina, verificado com relógio comparador.
• A peça e o elétrodo têm de ficar totalmente imersos no dielétrico, com folga suficiente à volta para a lavagem.

Um alinhamento mal feito transporta um erro angular a toda a peça, mesmo que o programa esteja perfeito.

O que é o zero-peça

O zero-peça é o ponto de origem a partir do qual todas as coordenadas do programa são medidas. Sem um zero-peça correto, todo o programa está deslocado, mesmo que cada linha esteja certa.

• Escolhe-se normalmente uma aresta, um furo de referência ou uma face identificável e acessível.
• Coincide, sempre que possível, com a referência usada no desenho técnico da peça, para evitar conversões de cota.
• É registado na ficha de fabrico, para que qualquer operador consiga reproduzir o setup.

Métodos e técnicas de obtenção do zero-peça

• Apalpação por contacto elétrico: o elétrodo (ou um apalpador) desloca-se lentamente até tocar na peça, e o sistema regista a posição no instante do contacto elétrico.
• Apalpador de medição: instrumento dedicado, mais rápido e menos desgastante para o elétrodo de trabalho.
• Referência por bloco padrão ou por face conhecida, quando a geometria o permite.
• Repetir a apalpação em mais do que um ponto para confirmar o alinhamento, não só a origem.

Determinar corretamente os pontos referência-peça é um dos requisitos explícitos do referencial, e a base de toda a precisão seguinte.

Arranque, aquecimento e configuração

• Acionar o arranque e o aquecimento da máquina-ferramenta: verificar níveis de dielétrico, filtros e temperatura antes de iniciar produção.
• Configurar a máquina: carregar o programa, confirmar o elétrodo montado, confirmar o zero-peça, selecionar o regime inicial.
• Um arranque "a frio", sem verificação, é uma das causas mais comuns de paragens não planeadas a meio do turno.

Só depois de tudo verificado se dá o comando de início do ciclo de electroerosão.

Ajustar o GAP e o desgaste do elétrodo durante a erosão

Este é o critério de desempenho mais técnico da UC: assegurar o ajuste dos parâmetros tecnológicos, GAP e compensação do desgaste do elétrodo em função da cota controlada.

• O desgaste do elétrodo é inevitável: à medida que erode a peça, o próprio elétrodo perde material.
• A compensação de desgaste, automática ou por programação, ajusta a posição para que a cota final da peça se mantenha correta apesar do elétrodo mais curto.
• O controlo em tempo real do GAP (bloco 7) evita curtos-circuitos e mantém a estabilidade da descarga.
• Monitoriza-se continuamente: corrente, tempo de ciclo e sinais de instabilidade (arcos elétricos, curtos repetidos).

Controlar tolerâncias e acabamentos superficiais

Depois da erosão, a peça é verificada contra o desenho técnico e a carta de controlo:

• Instrumentos: paquímetro, micrómetro, relógio comparador, projetor de perfil, rugosímetro.
• Aferição prévia dos instrumentos de medição e verificação, antes de qualquer medição crítica.
• Registo dos valores medidos na carta de controlo, com o desvio face à cota nominal.
• Se uma cota sair fora de tolerância, decide-se entre reprocessar (novo regime de acabamento) ou rejeitar.

A metrologia dimensional fecha o ciclo: sem medição, não há garantia de que a peça cumpre o desenho.

Manutenção, segurança e proteção ambiental

• Manutenção preventiva: verificação e troca de filtros, nível de dielétrico, estado dos contactos elétricos e limpeza do tanque.
• Riscos: incêndio do dielétrico (é inflamável), contacto elétrico, projeção de partículas.
• EPI: óculos de proteção, luvas resistentes a hidrocarbonetos, calçado de segurança.
• Normas de segurança e saúde no trabalho e normas de proteção ambiental: gestão correta de dielétrico usado e de resíduos filtrados, como resíduos perigosos.

Rigor, autonomia e respeito pelas normas fecham o processo tal como o abriram: são as atitudes avaliadas em toda a UC.