Modelos numéricos y experimentales para la optimización de la precisión en corte cónico en electroerosión por hilo

Resumen

Una de las aplicaciones más atractivas del proceso de electroerosión por hilo es el corte inclinado o corte cónico, mediante el cual se pueden cortar piezas con geometrías complejas. El método se basa en realizar el corte con el hilo inclinado respecto de la vertical un cierto ángulo. El hilo, trabajando de esta forma, sufre una deformación que está asociada principalmente a dos fuentes; por un lado a las fuerzas que intervienen en el proceso de corte y, por otro lado a la propia rigidez de los hilos, propiedad ligada a las características mecánicas de los mismos. Estas deformaciones hacen que la inclinación alcanzada no sea la deseada sino superior, dando lugar a una pérdida de precisión que, en el caso de utillajes de alto valor añadido como las hileras de extrusión y estirado, troqueles de corte, etc., pueden ser motivo de rechazo de los mismos. Actualmente varios fabricantes de máquinas de electroerosión corrigen este error de inclinación mediante un modelo experimental que lleva implícita una alta carga de ensayos. En este trabajo se han desarrollado nuevos modelos numéricos y experimentales para la optimización de la precisión del corte cónico, intentando dar la mayor generalidad posible a los mismos para así poder disminuir la carga experimental requerida para su puesta a punto y validación, sin perder por ello en precisión. En una primera fase se ha desarrollado un modelo experimental para la predicción del error angular, basado en la técnica del Diseño de Experimentos, que incluye el efecto del régimen de erosión sobre la deformación del hilo. Con el desarrollo del mismo se ha obtenido una ecuación de regresión que predice el error, presentando desviaciones inferiores al 2,6% frente al proporcionado por el modelo experimental. El número de ensayos a realizar se ha reducido en gran medida. La validación del modelo se ha realizado para dos hilos con comportamientos mecánicos diferentes (hilo Bercocut y Broncocut-W de diámetro 0,25 mm), y con diferentes materiales como el acero Sverker y el Carburo de Boro, en espesores de 20 a 80 mm y ángulos entre 5 y 30º. Los resultados obtenidos han resultado inferiores al minuto de grado en el mejor de los casos y sobre los seis minutos en casos muy puntuales. Dado que el modelo basado en el DoE ha demostrado que la mayor parte de la influencia del error de ángulo se debe a la deformación del hilo en vacío; es decir, a sus características mecánicas; en una segunda fase se ha desarrollado un modelo numérico con ayuda del método de elementos finitos, para la predicción de la deformada del hilo en vacío. En este modelo, y a diferencia de otros modelos recogidos en la bibliografía, se han tenido en cuenta aspectos que le confieren al hilo un marcado comportamiento no lineal. El modelo se ha validado para los hilos Bercout y Broncocut-W, realizando cortes en acero Sverker en espesores de 20 a 80 mm. Se han obteniendo desviaciones en ángulo inferiores al minuto de grado en el mejor de los casos y ligeramente superiores a los 6 minutos de grado en casos muy puntuales. Todo ello con una carga experimental mínima, a diferencia del método experimental.