Erosão por faísca com WC fabricado aditivamente

Jun 21, 2023

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Os pesquisadores estão agora explorando ainda mais o potencial da fabricação aditiva para produzir eletrodos de ferramentas de carboneto de tungstênio-cobalto para usinagem por descarga elétrica, visando aplicações industriais.

A crescente complexidade dos componentes e os avanços contínuos na fabricação de ferramentas e moldes exigem desenvolvimentos constantes nos processos de fabricação, como a usinagem por descarga elétrica (EDM). Isto é feito, por exemplo, através do desenvolvimento de novos tipos de cadeias de processos para a produção de eletrodos de ferramentas complexas. A manufatura aditiva (AM) permite a produção de geometrias complexas de eletrodos de ferramentas com canais de lavagem internos para processos de EDM com poucas restrições em termos de design. Carboneto de tungstênio-cobalto (WC-Co) representa um material adequado para eletrodos de ferramentas de EDM que possui alta estabilidade térmica e mecânica e também pode ser processado aditivamente. Este artigo mostra os primeiros resultados de estudos sobre o uso de eletrodos de ferramenta WC-Co fabricados aditivamente em eletroerosão por imersão. O Instituto de Máquinas-Ferramenta e Gestão de Fábrica IWF da Universidade Técnica de Berlim e o Instituto Fraunhofer de Sistemas de Produção e Tecnologia de Design IPK estão envolvidos.

Dr.-Ing. M. Polte, Engenheiro Sênior, IWF, Universidade Técnica de Berlim; R. Hörl, M. Sc., Assistente de Pesquisa, IFW, Universidade Técnica de Berlim; R. Bolz, M. Sc., Pesquisador Associado, IWF, Universidade Técnica de Berlim; º. Braun, M. Sc., Pesquisador Associado, IWF, Universidade Técnica de Berlim; RJ Neuschäfer, B. Sc., Cientista Assistente, FMI, Universidade Técnica de Berlim

Estudos anteriores ([1], [2] e [3]) sobre o processo AM Laser Powder Bed Fusion de material WC-Co demonstraram uma influência da densidade de energia Ev no teor de cobalto CCo das amostras fabricadas. No presente estudo, eletrodos ferramenta foram fabricados pelo processo AM com câmara de processamento pré-aquecida e WC-Co 83/17 (como material em pó) e estes foram analisados ​​quanto à sua influência no processo EDM.

Ao variar a densidade de energia em uma faixa de 300 J/mm3 ≤ Ev ≤ 900 J/mm3 em quatro etapas, o teor de cobalto CCo e as propriedades materiais associadas dos componentes, como densidade relativa ρrel e condutividade elétrica κ, foram influenciadas. Para cada densidade de energia Ev, duas amostras foram fabricadas e analisadas adequadamente. A fim de avaliar a adequação para EDM por imersão, testes adicionais foram realizados com eletrodos de ferramentas fabricados aditivamente. As amostras foram avaliadas determinando a taxa de remoção VW e o desgaste relativo da ferramenta ϑrel para os respectivos ensaios de eletroerosão.

Além disso, simulações numéricas foram realizadas para investigar a lavagem interna dos eletrodos da ferramenta para melhorar o comportamento de remoção de material. A fim de determinar a velocidade máxima do fluxo v e o fluxo volumétrico V na lacuna de trabalho, três geometrias diferentes do canal de descarga foram investigadas. Os testes foram realizados para diferentes áreas transversais do canal de descarga na faixa de 0,196 mm2 < Ac < 0,785 mm2 e diferentes pressões de entrada na faixa de 2 bar ≤ pc ≤ 40 bar.

Os resultados mostraram que para processos AM com densidade de energia de Ev = 500 J/mm3 a densidade relativa mais alta poderia ser alcançada em ρrel = 87 por cento. De fato, uma densidade relativa suficientemente alta é necessária para que a resistência mecânica σm dos eletrodos da ferramenta para uso em eletroerosão por imersão suportem altas pressões de lavagem pS. As amostras, que foram produzidas com uma densidade de energia de Ev = 900 J/mm3, foram não são adequados para o processo de afundamento erosivo por centelha devido à sua baixa densidade relativa ρrel.

A medição do teor de cobalto CCo apresentou os maiores valores nas densidades de energia de Ev = 300 J/mm3. Devido à configuração da medição, foi mostrado um deslocamento para os valores do teor de cobalto. Para teores de cobalto de CCo > 17 por cento, também pode concluir-se que nenhum cobalto foi vaporizado durante o processo AM. Um alto teor de cobalto pode possivelmente aumentar a condutividade elétrica κ do eletrodo da ferramenta, o que tem um efeito positivo no processo EDM. Isto pode ser confirmado nos testes de EDM por imersão. Lá, a taxa de remoção foi maior com V̇w = 5,53 mm3/min a uma densidade de energia de Ev = 300 J/mm3.