METODO DE MECANIZADO ELECTROQUIMICO PULSADO ESTADO DEL ARTE 5 El mecanizado electroquímico es una técnica conocida para la mecanización de piezas de metal y aleaciones duras y de alta resistencia. Este tipo de material es ampliamente utilizado en el sector de moldes, matrices, automovilismo, aeronáutica, incluso en el sector aeroespacial debido principalmente a sus propiedades mecánicas, su resistencia a la corrosión 1O y su resistencia al desgaste. No obstante estas mismas características hacen que el mecanizado de este tipo de material sea muy difícil y costoso mediante el uso de mecanizados convencionales. Es por ello que el mecanizado electroquímico ha ido implantándose en la mecanización de metales y aleaciones duras y de alta resistencia principalmente porque provee al mecanizado de elevadas tasas de arranque de material, con ausencia o mínimo 15 deterioro de la herramienta de trabajo y con superficies carentes de rebabas .Una característica importante de esta tecnología es que permite realizar mecanizados de formas complejas con independencia de sus propiedades mecánicas y/o térmicas, dado que latecnología está basada en la disolución electroquímica controlada de ánodo a través de aplicación de corriente, por lo que el material a procesar ha de ser eléctricamente conductor para poder ser mecanizado 20 electroquímicamente. Es sabido también que esta tecnología se aplica tanto para la mecanización de metales y aleaciones duras y de alta resistencia, así como para procesos de pulido y desbarbado de los mismos. Como base se puede decir que el mecanizado electroquímico es realizado en una celda electrolítica mediante la aplicación de un potencial positivo a la pieza (ánodo) y un potencial negativo a la herramienta de mecanizado (cátodo) 25 para mecanizar así la pieza. Generalmente, en el mecanizado electroquímico el cátodo (herramienta) presenta un avance hacia el ánodo (pieza) en presencia de un liquido electrolito a través del hueco 30 interelectrodo (cátodo -ánodo) llamado gap, por el que fluye una corriente que ocasiona la erosión o disolución del material de la pieza o ánodo. Como se ha mencionado anteriormente, ésta técnica puede ser utilizada para mecanizar piezas de formas complejas tanto de metal como de sus aleaciones, y se caracteriza en que las altas corrientes aplicadas siempre son corrientes continuas directas. Usualmente, el gap interelectrodo se suele preestablecer al 35 inicio del mecanizado dependiendo del tipo de proceso a la que esté destinado la pieza; mecanizado electroquímico, pulido electroquímico y/o desbarbado electroquímico, siendo habitualmente el gap de unos pocos milímetros. ( de 0.1 mm hasta 30 mm ó más dependiendo del tipo de proceso particular del que se trate). 40 Sin embargo el mecanizado electroquímico de corriente directa continua, comúnmente llamado ECM, presenta ciertos problemas debidos a las altas intensidades y/o tensiones utilizadas en el proceso, como pueden ser el exceso de presencia de calor, burbujas de gas, así como el exceso de material desprendido durante el proceso , causando condiciones hidrodinámicas adversas, cambios de forma en la herramienta debido a precipitaciones de 45 hidróxidos de metal, lo cual conlleva a mecanizados poco precisos e incluso a acabados superficiales pobres.
De esta manera para mejorar la calidad superficial de los mecanizados de metales duros, de alta resistencia, y sus aleaciones, así como para mejorar considerablemente las precisiones de los mismos, se han dispuesto ciertas variaciones en el mecanizado electroquímico, llegándose a crear una nueva tecnología llamada Mecanizado Electroquímico 5 Pulsado (PECM). Esta tecnología se caracteriza en que la corriente y/ tensión aplicada entre cátodo y ánodo, frente a un electrolito dado, es pulsada, pudiendo ser ésta unipolar o bipolar. En ella (PECM), los tiempos de ausencia de pulso de tensión y/o intensidad se utilizan para evacuar del gap el calor, el gas y las partículas desprendidas y/o generadas durante el proceso de mecanizado de la pieza. En el mecanizado PECM, también se reducen considerablemente 1O el flujo del electro lito, así como las dimensiones del gap mejorando las propiedades hidrodinámicas en el mismo y consecuentemente se mejora la calidad superficial y la precisión. Por el contrario, las intensidades y/o tensiones aplicadas en esta tecnología son más 15 bajas obteniendo tasas de arranque de material más moderadas que en el mecanizado electroquímico tradicional (ECM). Aun así, la tecnología PECM presenta algunas dificultades a la hora de mecanizar materiales y/o aleaciones que presentan duras capas de pasivación. Durante el mecanizado, en el periodo de tiempo de aplicación de la tensión y/o intensidad se rompen estas capas de pasivas consiguiéndose de esta manera mecanizar la pieza. El 20 problema surge cuando en los tiempos de ausencia de tensión y /o corriente, las capas de pasivación ( o capa oxidación) se regeneran de manera aleatoria debido a la presencia de oxigeno en el interelectrodo o gap. La sucesión continuada de estos estados en la capa de pasivación lleva a la aparición de picaduras en el mecanizado. Otro problema asociado es la deformación del electrodo durante el mecanizado debido a que durante el mecanizado se 25 pueden depositar óxidos de metal en el mismo produciendo un cambio en sus dimensiones y perdiendo consecuentemente la precisión en el mecanizado. Como se ha mostrado con anterioridad para obtener mejoras en la calidad y preclSlon en el mecanizado, el hueco interelectrodo o gap , debe ser lo mas pequeño posible. Según el 30 estado de la técnica y la patente americana US 6.835.299 (B. Tchugunov) es conocida la aplicación de un movimiento oscilante o vibración en el cátodo que permite la reducción del gap de mecanizado así como la evacuación de los sedimentos y calor creados durante el proceso de mecanizado. 35 Por otro lado es conocida la aplicabilidad para PECM del sincronismo del movimiento vibratorio del cátodo con el suministro de pulsos de intensidad y /o tensión cuando la distancia entre el cátodo y el ánodo es mínima. El suministro de estos pulsos de intensidad pueden ser bipolares, tal como se ha visto y se establece en las patentes americanas US 5.833.835 ( Gimaev, N., Zajcev,A.,Agafonov, l., etc) y US 6.402.931 (Chengdong Zhou, 40 Jennings Taylor, etc.) pero su efectividad está limitada por el hecho de que durante la aplicación de los pulsos inversos la polaridad de los electrodos cambia, pudiendo llegar a producir, durante los pulsos inversos, una disolución de la herramienta de trabajo si la parametrización de la aplicación de pulsos inversos, tanto en amplitud como en tiempo, no se efectúa correctamente. 45 También son conocidas las patentes americanas US3.271.283, US5.833.835, US 3.280.016 y la patente española ES 2051151 en las cuales se aplica durante el mecanizado un movimiento vibratorio al cátodo durante el avance de la misma hacia el ánodo y donde este
5 10 15 20 25 30 35 40 45 movimiento establece un sincronismo de activación de los impulsos de corriente a través de electrolito justo cuando la distancia entre el cátodo y el ánodo es mínimo. Así mismo con este movimiento vibratorio se consigue la mejora de extracción de elementos no deseados y calor producidos dentro del gap. Este movimiento vibratorio es establecido en todos ellos generalmente mediante un motor y/o un transductor mecánico, manteniendo así constante el movimiento vibratorio del electrodo durante todo el proceso de mecanizado. En ellas no se ha solucionado de manera satisfactoria la mecanización de metales y aleaciones pasivas, ni la aparición de óxidos de metal en el cátodo o herramienta, perdiendo consecuentemente precisión del mecanizado. Como variación a ellas es conocida la patente US 6.835.299 (B. Tchugunov) en el que es usada una vibración principal forzada de electrodo a baja frecuencia asistida mecánicamente y una frecuencia secundaria del rango de ultrasonidos donde la aplicación de la misma está limitada a la frecuencia propia del electrodo diseñado, dado que depende de las propiedades mecánicas del electrodo diseñado a tal efecto. Esta vibración de ultrasonidos es usada para activar la eliminación de la capa de óxido en materiales y aleaciones pasivas, así como para facilitar la evacuación de material disuelto durante el mecanizado. El problema surge debido a que no es posible una activación y desactivación controlada de la frecuencia de ultrasonidos dado que el electrodo continuará vibrando en la frecuencia propia para la que fue diseñada, a pesar de disponer de una consigna de desconexión por parte del sistema de control. Tampoco es posible realizar una modificación de las frecuencias ni de ráfagas de pulsos de frecuencia en estas condiciones. De lo que se desprende que esta técnica no soluciona de manera satisfactoria el problema planteado. De esta manera es objeto del presente invento dotar a la tecnología PECM soluciones que permitan mecanizar metales y aleaciones duras y de alta resistencia mejorando las calidades superficiales, precisiones dimensionales y reduciendo deposiciones de óxidos de metal en la herramienta de trabajo y reducir la aparición de capas pasivas en las piezas. DESCRIPICIÓN DE LA INVENCIÓN. Esta invención se refiere al mecanizado electroquímico Pulsado (PECM) Esta tecnología se caracteriza en que la corriente y/ tensión aplicada entre cátodo y ánodo, frente a un electrolito dado, es pulsada. En ella, los tiempos de ausencia de pulso de tensión y/o intensidad se utilizan para evacuar del espacio interelectrodo o gap el calor, el gas y las partículas desprendidas y/o generadas durante el proceso de mecanizado de la pieza. Habitualmente los pulsos de intensidad son aplicados en sincronismo con el movimiento vibración aplicado al cátodo y siempre cuando la posición entre el cátodo y el ánodo sea de máxima convergencia. El movimiento de vibración es aplicado de manera constante y continua a lo largo de la dirección de avance del cátodo hacia el ánodo. El mecanizado electroquímico pulsado puede ser utilizado para la mecanización de piezas de metal y aleaciones duras y de alta resistencia con formas irregulares y complejas. Sin embargo, es bien conocido el problema de la aparición de picaduras en el mecanizado de metales y aleaciones duras y resistentes debido principalmente a la rápida regeneración de la capa pasiva en presencia de oxigeno. Otro problema latente es la perdida de precisión del
mecanizado debido a la deposición de óxidos metálicos en el cátodo durante el proceso de mecanizado PECM. 5 La invención muestra un método que proporciona una solución a los problemas presentados dentro del mecanizado electroquímico pulsado. Para ello se dispone de un método mecanizado electroquímico pulsado cuya vibración es arbitraria variable. 1O 15 El objetivo relacionado con este invento es la de proporcionar un método de mecanizado electroquímico para la mejora de precisión, acabados superficiales y productividad, para mecanizar y procesar piezas de metal y aleaciones que presentan una formación rápida de capas pasivas. Consecuentemente es objeto de la invención el proporcionar un método de mecanizado electroquímico pulsado. Otro objeto de la invención es proporcionar un mecanizado electroquímico pulsado con vibración arbitraria y variable. 20 Es objeto de la invención también el proporcionar un mecanizado electroquímico pulsado mejorando la precisión dimensional y la calidad superficial de la pieza mecanizada. Es objeto de la presente invención también proporcionar un método que prevenga y/o reduzca la deposición de oxido de metal en la herramienta (cátodo). 25 Es objeto de la presente invención también el proporcionar un método que elimine o reduzca la formación de capa pasiva en la pieza durante el mecanizado electroquímico pulsado. 30 El mecanizado electroquímico dispuesto en el invento se realiza mediante el uso de corriente eléctrica pulsada unipolar y la incorporación de un movimiento vibratorio en el cátodo que permite una oscilación arbitraria variable del mismo durante el proceso de mecanizado. 35 40 45 En el proceso, la corriente eléctrica pasa a través de un electrolito el cual discurre entre el cátodo y ánodo produciendo una disolución electrolítica de la pieza a mecanizar. El cátodo avanza hacia el ánodo durante el mecanizado y el movimiento oscilatorio del cátodo se dispone en sincronismo con la activación de los pulsos eléctricos positivos, con extensión predeterminada, en el punto de proximidad entre el cátodo y ánodo. En el momento de separación del cátodo y el ánodo los pulsos son desactivados para evitar o minimizar la erosión y evitar así la perdida de precisión. En este periodo de ausencia de pulsos, el hueco interelectrodo o gap aumenta, el flujo de corriente disminuye y/o desaparece facilitando, a través del electrolito, la evacuación de calor, burbujas de gas y de partículas generadas durante el mecanizado. Como se ha mencionado el sincronismo de la activación y desconexión de los pulsos eléctricos se establece en sincronía con el movimiento vibratorio del cátodo. Usualmente el
rango de vibración del movimiento oscilatorio del cátodo es de 1-1OOHz siendo típicamente 50Hz. En estos rangos de frecuencia la evacuación de elementos y/o partículas no deseadas es factible, así como la posibilidad de reducción del gap del mecanizado. No obstante la 5 aplicación de una frecuencia superior en el cátodo durante le mecanizado electroquímico puede aportar el beneficio evacuar del gap elementos no deseados, de reducir la dimensión del gap, así como eliminar capas de óxidos de metal y facilitar la activación del mecanizado de metales pasivos. 1 O Para ello se establece en el cátodo, conjuntamente, paralelamente, alternativamente y/o adicionalmente una frecuencia de vibración superior, a la de 1-1OOHz, que puede comprender desde 100Hz -60KHz. Consecuentemente se posibilita el cátodo de vibrar en el rango de 1-60KHz. De la misma manera el movimiento de oscilación en el cátodo puede ser realizado mediante cualquier forma de onda necesaria en cada momento particular, con la característica 15 que puede ser variada de forma, amplitud y frecuencia de manera automática para cada aplicación particular. Así mismo, se pueden llegar a modular en frecuencia, amplitud cualquiera de las oscilaciones proporcionadas al cátodo. Consecuentemente, el método puede suministrar al cátodo dos o más tipos de 20 vibraciones, con las características referidas en el párrafo anterior, sin necesidad de desarrollar un cátodo con propiedades mecánicas (propiedades de resonancia) especificas para cada mecanizado. Asimismo, este tipo de vibraciones permite realizar activaciones de pulso de intensidad y/o tensión más precisas, a frecuencias mucho más elevadas. Esto permite atacar a los metales y aleaciones pasivas de manera que reduzcan la creación de dicha capa, se 25 reduce o elimina también la deposición de óxidos de metal en el cátodo obteniendo así una mejora de precisión y acabados superficiales en los mecanizados realizados. El método parte de un ánodo dispuesto en una mesa que permite el mecanizado de piezas de diferentes tamaños, así como el posicionamiento de las mismas. El cátodo 30 dispuesto en el eje Z tiene un movimiento de avance hacia el ánodo y a su vez tiene aplicado un campo magnético configurable situado en el camero. Este campo magnético configurable permite la arbitrariedad de la vibración así como su variación. Es necesario por ello, la disposición de controladores en tiempo real que permitan el control exhaustivo de la dotación y configuración de las ondas y frecuencias de vibración del cátodo. Asimismo los 35 controladores en tiempo real se establecen para supervisar la generación de pulso de corrientes aplicados en sincronismo con el movimiento vibratorio y realizar la supervisión y actuación de los niveles de avance Hay que constatar que la aplicación de la vibración, con las características 40 mencionadas anteriormente, que puede ser aplicada también en cualquiera de los electrodos (cátodo y ánodo) conjuntamente, separadamente y/o alternativamente dependiendo del tipo de requerimientos de la pieza a mecanizar. Este último caso facilita considerablemente la reducción y/o eliminación de la capa de pasivación, así como eliminación de la capa de los óxidos de metal en cátodo. 45 El sistema de control para poder realizar el control de los parámetros de mecanización se realizará a través de un control en tiempo real y un ordenador industrial.
Desde el sistema de control se podrán pre-establecer los parámetros de mecanización de acuerdo con las características, condiciones y forma de los materiales a mecanizar. Aquí también se pre-establecerá el tipo de vibración necesaria a emplear, así como si dicha vibración es de aplicación en el cátodo, ánodo o en ambos electrodos, simultáneamente y/o 5 alternativamente. El sistema de control también controlará el avance del cátodo de manera que se mantenga el gap deseado entre el cátodo y el ánodo. El avance, también puede estar aplicado en el ánodo en vez de en el cátodo. En este caso, el control también ejercerá la supervisión de 1 O que el gap se mantenga tal como se pre-estableció. El sistema de control, controlará los parámetros del electrolito, velocidad de suministro de la bomba, nivel de pH, concentración, temperatura, etc., y proveerá de control sobre el posicionamiento de la pieza a mecanizar, profundidad de mecanizado y estabilidad de los parámetros durante el mismo. 15 Inicialmente, se establecen los parámetros de mecanizado necesarios para cada caso. Lo parámetros fijados inicialmente serán, la tensión de trabajo, velocidad del electrolito durante el mecanizado, velocidad de avance del cátodo, frecuencia o frecuencias aplicables durante el mecanizado, así como tipos de formas de onda requeridas, si éstas actuarán en el proceso conjuntamente, alternativamente o adicionalmente. También la amplitud a la que se 20 desea vibrar y si necesitan ser moduladas. Asimismo se fijará los tiempos de los pulsos de corriente aplicados durante el mecanizado. Al iniciar el sistema detectará siempre primero el cero máquina con un contacto entre el cátodo y ánodo. Esto proporcionará referencia de posición y los encoders ópticos suministrarán el origen de mecanizado en los ejes X, Y y Z u otros si los hubiere 25 Posteriormente el sistema de control dotará al camero al cual está sujeto el cátodo los parámetros de oscilación pre-establecido para el mecanizado. El camero en su interior consta de un campo magnético configurable que es capaz de dotar al cátodo de una vibración totalmente arbitraria y variable. Es por ello que ha de ser configurada inicialmente, a través del sistema de control con la forma de onda y frecuencia o frecuencias de aplicación en el 30 momento de mecanizado. Así mismo ha de elegirse la frecuencia y onda de vibración principal que será con la que los pulsos de corriente entrarán en sincronía. Una vez comprobadas a través de retroalimentación que todos los sistemas están operativos, el cátodo comienza a vibraren tipo de frecuencia o frecuencias establecidas. El 35 cátodo y el ánodo están conectados al generador de potencia el cual les suministra los pulsos de corriente positivos en el momento de proximidad de los electrodos permitiendo llevar acabo la disolución electroquímica. El establecimiento de los pulsos de corriente puede ser realizado en fase con el punto mas bajo de la vibración, pero habitualmente se estable una tiempo que puede ser en adelanto o en retraso, siempre que el pulso de corriente sea 40 suministrado durante la fase de aproximación de los electrodos. Los pulsos de corriente se monitorizan en forma de caída de tensión entre cátodo y ánodo. Ello proporcionará la supervisión de las condiciones en las que se está llevando el mecanizado. Durante el mecanizado la impedancia entre cátodo y ánodo varía debido a los cambios producidos en la superficie de la pieza, por tanto se trata de compensar la intensidad aplicada para poder 45 mantener el estado de mecanizado a la tensión constante estipulada inicialmente. Durante el mecanizado, el cátodo avanza hacia el ánodo mediante un servocontrol, donde este avance puede estar fijado a una velocidad constante preferiblemente igual a la de
la disolución anódica durante un periodo. El servo control realiza un muestreo de las corriente de pulso que se van produciendo y si el proceso se da correctamente la pieza se erosiona y se transmite una consigna que habilita al cátodo a avanzar. En el caso en que las condiciones no sean las adecuadas se pueden producir tres casos; el primero, causaría la parada inmediata del 5 proceso debido a cortocircuitos. En el segundo caso el cátodo no avanzaría pero trataría de seguir mecanizando. En el tercer caso, tendríamos una actuación temporal del sistema de vibración que permitirá desplazar su referencia de vibración manteniendo la amplitud de la señal, de esta manera se permitirá al sistema continuar con el mecanizado, inyectar más electrolito para limpiar el gap de impurezas o defectos macro facilitando así la recuperación 1O de las condiciones de mecanizado necesarias. Durante un mecanizado normal el electrolito se suministrará a través de una bomba 8 controlada supervisada por un sensor que garantizará el mantenimiento de los parámetros establecido para el mecanizado. 15 La invención será complementada mediante figuras que pretenden ser ilustrativos de las facilidades que aporta el método y no limitantes. FIG. 1: Muestra de conjunto de mecanizado de acuerdo con el método de invento. 20 FIG. 2: Muestra una forma de diagrama de control para la realización del proceso. FIG 3: Frecuencia típica de oscilación de cátodo. FIG 4: Vibración de alta frecuencia. Rango de Ultrasonidos. FIGS. 5-7: Muestran formas de ondas para diferentes operaciones de mecanizado. FIG 5: Aplicación de vibración de ultrasonidos conjuntamente a la oscilación de 50Hz 25 en el periodo de separación cátodo-ánodo. FIG 6: Aplicación de vibración de ultrasonido permanentemente y conjuntamente a la vibración típica de 50Hz. FIG 7: Muestra la aplicación de variación de frecuencia y forma de onda en el periodo de aproximación del cátodo al ánodo. 30 FIG 8: Corrección de referencia de vibración, manteniendo la amplitud. FIGS 9-10: Muestra formas de ondas complejas para diferentes operaciones de mecanizado. FIG 9: Frecuencia de oscilación 50 Hz en periodo de aproximación cátodo-ánodo, con aplicación simultánea de ultrasonidos durante la separación de ambos electrodos y 35 actuación de pulsos de corriente y/o tensión FIG 10: Frecuencia de oscilación de forma cuadrada 5KHz en la zona de máxima convergencia cátodo y ánodo, con aplicación oscilación senoidal de 50Hz en la zona de separación de ambos electrodos. Activación de pulsos de corriente y/o tensión. FIG 11: Frecuencia de oscilación de forma cuadrada 5KHz en la zona de máxima 40 convergencia cátodo y ánodo, con aplicación oscilación senoidal de 50Hz conjuntamente a oscilación de ultrasonidos en la zona de separación de ambos electrodos. Activación de pulsos de corriente y/o tensión. DECRIPCION DE UN MODO PREFERENTE DE REALIZACIÓN 45 El mecanizado electroquímico dispuesto en el invento se realiza mediante el uso de corriente eléctrica pulsada unipolar y la incorporación de un movimiento vibratorio en el
cátodo 2 que permite una oscilación arbitraria variable 6 del mismo durante el proceso de mecanizado. En el proceso, la corriente eléctrica pasa a través de un electrolito 7 el cual discurre 5 entre el cátodo 2 y ánodo 4 produciendo una disolución electrolítica de la pieza a mecanizar. El cátodo 2 avanza hacia el ánodo 4 durante el mecanizado y el movimiento oscilatorio del cátodo 2 se dispone en sincronismo con la activación de los pulsos eléctricos positivos, con extensión predeterminada, en el punto de máxima convergencia entre el cátodo 2 y ánodo 4. Como se ha mencionado el sincronismo de la activación y desconexión de los pulsos 1O eléctricos se establece usualmente el rango de vibración del movimiento oscilatorio del cátodo 2. Entre 1-1OOHz siendo típicamente 50Hz. No obstante la aplicación de una frecuencia superior en el cátodo 2 durante le mecanizado electroquímico puede aportar el beneficio evacuar del gap elementos no deseados, de reducir la dimensión del gap, así como eliminar capas de óxidos de metal y 15 facilitar la activación del mecanizado de metales pasivos. Para ello se establece en el cátodo 2, conjuntamente, paralelamente, alternativamente y/o adicionalmente una frecuencia de vibración superior que posibilita el cátodo 2 vibrar en el rango de 1-60KHz. Asimismo la oscilación en el cátodo 2 puede ser variada en forma, 20 amplitud y frecuencia de manera automática para cada aplicación particular, siendo igualmente posible el modularlas tanto en frecuencia como en amplitud. El método puede suministrar al cátodo 2 dos o más tipos de vibraciones, con las características referidas anteriormente, permitiendo realizar activaciones de pulso de 25 intensidad y/o tensión más precisas, a frecuencias mucho más elevadas. De esta manera los metales y aleaciones pasivas presenta una reducción y/o eliminación de en la creación de dicha capa, reduciendo o eliminando también la deposición de óxidos de metal en el cátodo 2 obteniendo así una mejora de precisión y acabados superficiales en los mecanizados realizados. 30 El método parte de un ánodo 4 dispuesto en una mesa que permite el mecanizado de piezas de diferentes tamaños, así como el posicionamiento de las mismas. El cátodo 2 dispuesto en el eje Z tiene un movimiento de avance 5 hacia el ánodo 4 y a su vez tiene aplicado un campo magnético configurable situado en el camero pero, dicho campo podría 35 estar situado conjuntamente, separadamente y/o alternativamente en cualquiera de los electrodos (cátodo 2-ánodo 4). Este campo magnético configurable permite la arbitrariedad de la vibración así como su variación. Es necesario por ello, la disposición de controladores en tiempo real 1 O que permitan el control exhaustivo de la dotación y configuración de las ondas y frecuencias de vibración del cátodo 2. Asimismo los controladores en tiempo real 1 O se 40 establecen para supervisar la generación de pulso de corrientes aplicados en sincronismo con el movimiento vibratorio y realizar la supervisión y actuación de los niveles de avance 5 El sistema de control 19 para poder realizar el control de los parámetros de 45 mecanización se realizará a través de un control en tiempo real 1 O y un ordenador industrial. Desde el sistema de control19 se podrán pre-establecer los parámetros de mecanizado necesarios para cada caso. Lo parámetros fijados inicialmente serán, la tensión de trabajo,
5 10 15 20 25 30 35 40 45 velocidad del electrolito 7 durante el mecanizado, velocidad de avance 5 del cátodo 2, frecuencia o frecuencias aplicables durante el mecanizado, así como tipos de formas de onda requeridas, si éstas actuarán en el proceso conjuntamente, alternativamente o adicionalmente. También la amplitud a la que se desea vibrar y si necesitan ser moduladas. Asimismo se fijará los tiempos de los pulsos de corriente aplicados durante el mecanizado. El sistema de control 19, controlará el avance 5 del cátodo 2 de manera que se mantenga el gap deseado entre el cátodo 2 y el ánodo 4. El avance 5, también puede estar aplicado en el ánodo 4 en vez de en el cátodo 2. En este caso, el control también ejercerá la supervisión de que el gap se mantenga tal como se pre-estableció. El sistema de control 19, controlará los parámetros del electro lito 7, velocidad de suministro de la bomba 8, nivel de pH 15, concentración 17, temperatura, etc., y proveerá de control sobre el posicionamiento de la pieza 3 a mecanizar, profundidad de mecanizado y estabilidad de los parámetros durante el mtsmo. Tal y como se ha descrito anteriormente una vez posicionada y referenciada la pieza 3 a mecanizar el sistema de control 19 dotará al carnero que es soporte del cátodo 2 de los parámetros de oscilación pre-establecido. El campo magnético configurable dispuesto en el carnero que es capaz de dotar al cátodo 2 de una vibración totalmente arbitraria y variable. Es por ello necesaria su configuración inicial, tanto en la forma de onda y frecuencia o frecuencias mecanizadote aplicación para el caso específico. Así mismo ha de elegirse la frecuencia y onda de vibración principal que será con la que los pulsos de corriente entrarán en sincronía. Se realizan la comprobación de todos los sistemas antes de comenzar la mecanización. El cátodo 2 y el ánodo 4 están conectados al generador 11 de potencia el cual les suministra los pulsos de corriente positivos en el momento de proximidad de los electrodos permitiendo llevar acabo la disolución electroquímica. El establecimiento de los pulsos de corriente se realiza preferiblemente en fase con el punto mas bajo de la vibración, aunque éste puede ser en adelanto o en retraso, siempre que el pulso de corriente sea suministrado durante la fase de aproximación de los electrodos. La caída de tensión entre cátodo 2 y ánodo 4 es monitorizado proporcionando la supervisión de las condiciones en las que se está llevando el mecanizado. Durante el mecanizado la impedancia entre cátodo 2 y ánodo 4 varía debido a los cambios producidos en la superficie de la pieza 3, por tanto se trata de compensar la intensidad aplicada para poder mantener el estado de mecanizado a la tensión constante estipulada inicialmente. Durante el mecanizado, el cátodo 2 avanza hacia el ánodo 4 mediante un servocontrol, donde este avance 5 puede estar fijado a una velocidad constante preferiblemente igual a la de la disolución anódica durante un periodo. Se realiza un muestreo de las corriente de pulso que se van produciendo para observar el grado de erosionado de la pieza 3. Si las condiciones se establecen favorables y existe erosión de la pieza 3 se transmite una consigna que habilita al cátodo 2 a avanzar. En el caso en que las condiciones no sean las adecuadas se pueden producir tres posibilidades; la parada inmediata del proceso debido a cortocircuitos, reintento de mecanizado sin del cátodo 2 y un una actuación temporal del sistema de vibración que permitirá desplazar su referencia de vibración manteniendo la amplitud de la oscilación facilitando así la recuperación de las condiciones de mecanizado necesarias.
Durante un mecanizado el electrolito 7 será suministrado al gap a través de una bomba 8 controlada supervisada por un sensor que garantizará el mantenimiento de los parámetros de velocidad establecido inicialmente. 5 En las FIG 1 y 2 se muestran de manera esquemática una posible configuración del sistema así como un forma de control del sistema. En las FIG. 3 y 4 se pretende mostrar las señales tipo la cuales son de uso en procesos 1O de mecanizado electroquímico pulsado. FIG3 muestra una oscilación que podría estar comprendida entre 1-1OOHz, la cual típicamente se estable en 50 Hz. La FIG4 trata de mostrar una señal de alta frecuencia que representa en este caso oscilaciones de ultrasonidos. (20KHz-60KHz). Mediante el uso de estas señales base demostrará a nivel ilustrativo de las posibles actuaciónes del método, no siendo éstas limitantes. 15 En las condiciones de operación de la FIG. S mediante la aplicación de frecuencia de ultrasonidos conjuntamente a la vibración de 50Hz a lo largo de los periodos de separación entre los electrodos, consecuentemente periodos ausentes de pulsos de corriente de mecanizado, proporcionan las siguientes características: 20 • Mejorar la homogeneidad del flujo del electro lito 7, proporcionado la eliminación de defectos macro producidos en la superficie mecanizada. • Se evita la deposición de capa de oxido de metal en el cátodo 2, proporcionando un 25 mecanizado más preciso. • Asimismo facilita la evacuación de material extraído durante el mecanizado y una reducción del hueco interelectrodo o gap. • En las condiciones de operación de la FIG.6 mediante la aplicación de vibración de 30 ultrasonidos, permanentemente y conjuntamente, a la vibración típica de 50Hz, se obtienen las siguientes características; • Activar el proceso de disolución electroquímica debido a la cavitación, eliminando así las capas pasivas de metales y aleaciones cuyas características hacen que se pasiven 35 con mucha facilidad. • Permite reducir y/o eliminar la deposición de óxidos de metal en el cátodo 2. Asimismo proporciona un aumento de la densidad de corriente debido a la disminución del gap 40 En las condiciones de la operación de la FIG 7: mediante la aplicación de variación de frecuencia y forma de onda en el periodo de aproximación del cátodo 2 al ánodo 4, se obtienen las siguientes características: 45 • Se añade una mayor frecuencia en el proceso de activación de pulsos de corriente con lo que se activa con mayor frecuencia el proceso de disolución electroquímica, eliminando así con mayor facilidad las capas pasivas de metales y aleaciones duras y resistentes, con gran facilidad a la creación de capas pasivas.
5 10 15 20 25 30 35 40 45 • Se facilita el control de la activación de los pulsos de corriente y se facilita el control sobre posibles cortocircuitos en el proceso. La operación FIG 8 esta caracterizada porque permite la correccton de referencia de vibración, manteniendo la amplitud, esta característica evita la producción innecesaria de cortocircuitos y consecuentemente de paradas del proceso de mecanizado. Es una adaptación temporal a una situación critica momentánea que permite reajustar el proceso y/o atacar los posibles defectos. Esta característica es aplicable a todas las frecuencias variables y arbitrarias. La FIG 9 como la FIG 5 muestra la frecuencia de oscilación 50 Hz en periodo de aproximación cátodo 2 ánodo 4, con aplicación simultánea de ultrasonidos durante la separación de ambos electrodos. En este caso la FIG. 9 muestra un pulso de corriente activado durante el semiperiodo de activación de pulsos. La FIG 10 y la FIG.7 representas las mismas características. En la FIGlO se representa no obstante la activación del tren de pulsos de corriente en el que se facilita la disolución electroquímica. El tren de pulsos de corriente tiene una extensión y duración determinada configurable para cada material. En las condiciones de la operación de la FIG. 11 mediante la aplicación Frecuencia de oscilación de forma cuadrada 5KHz en la zona de máxima convergencia cátodo 2 y ánodo 4, con aplicación oscilación senoidal de 50Hz conjuntamente a la oscilación de ultrasonidos en la zona de separación de ambos electrodos, se obtienen las siguientes características: • Se añade una mayor frecuencia al proceso de disolución electroquímica, eliminando así con mayor facilidad las capas pasivas de metales y aleaciones con gran facilidad a la creación de capas pasivas. • Se evita la deposición de capa de oxido de metal en el cátodo 2, proporcionando un mecanizado más preciso. • Mejorar la homogeneidad del flujo del electrolito 7, proporcionado la eliminación de-defectos macro producidos en la superficie mecanizada. • Asimismo facilita la evacuación de material extraído durante el mecanizado y una reducción del hueco interelectrodo o gap. • Se facilita el control de la activación de los pulsos de corriente y se facilita el control: sobre posibles cortocircuitos en el proceso. La invención será ilustrada mediante un ejemplo concreto, el cual pretenden ser' ilustrativos y no limitante. De acuerdo con la FIG. 9 se realizo un tratamiento electroquímico pulsado a una piezo 3 en bruto de acero al cromo de alta aleación, estableciendo una frecuencia de vibracióll
típica de 50Hz que simultáneamente dispusiera de una frecuencia de 20Khz aplicada únicamente en el periodo de alejamiento de los electrodos, con una amplitud de vibración comprendida entre O.l-0.2mm. La tensión de trabajo se establecida en 1 OV con un electro lito a 18°C de temperatura, compuesta por una solución acuosa al 10% a una presión aplicada de 5 0.25MPa. En este caso se eligió dotar al pulso de corriente de un tiempo de 1 ms y 19ms de ausencia de pulso de corriente pero de los cuales 1 Oms se activan la acción de la frecuencia de ultrasonidos. Y la profundidad mecanizad de pieza fueron 1 Omm. En estas condiciones se consiguió mejorar el mecanizado tanto en precisión como en rugosidad superficial, consiguiendo una desviación en las paredes laterales de un 2% con una reducción 1 O considerable en al deposición de metales de oxido en el cátodo y una rugosidad final 0.1 J..lm y una disminución del gap de mecanizado a 0.002mm. De acuerdo con la FIG. 10 se realizo un tratamiento electroquímico pulsado a una 15 pieza 3 en bruto de una aleación Níquel/ Cromo de alta resistencia, estableciendo una frecuencia de vibración típica de 50Hz que dispusiera de una frecuencia de onda cuadrada de 5Khz aplicada únicamente en el periodo de convergencia de los electrodos, con una amplitud de vibración comprendida entre 0.1-0.2mm. La tensión de trabajo se establecida en 15V con un electro lito a 20°C de temperatura, compuesta por una solución acuosa al 9% a una presión 20 aplicada de 0.25MPa. En este caso se eligió dotar al pulso de corriente de un tiempo de 0.5ms y 0.15ms de ausencia de pulso de corriente suministrados a lo largo de 1 Oms que será el tiempo en el que se vuelva a disponer de una oscilación de 50 Hz sobre el cátodo. De esta manera se consigue un aumento de pulsos durante el mecanizado de la pieza que permite una eliminación de la capa pasiva durante el mecanizado siendo este resultado objeto de esta 25 experimentación. También se observa la ausencia de deposición de óxidos de metal en el así como la disposición de un acabado superficial por debajo de 0.1 J..lm.