Ciclo de Descarga – Duty Cycle

A duração ou a quantidade de tempo em que a corrente flui através da folga é chamado de tempo de descarga (on-time). Este nome deve-se ao facto de este tempo ser o período de tempo em que a faísca está a acontecer ou é possível de ser formada, e é normalmente medido em microssegundos (µs). Durante o tempo de descarga, ocorre a formação de faísca que é acompanhada por um rápido crescimento de “nuvens” de vapores ou de bolhas de gás. Quanto mais rápido e maior for este crescimento de bolhas, melhor é para o processo de eletroerosão. Durante este período, tudo que está na proximidade do arco é reduzido a gás, expandindo-se rapidamente para longe da fonte de calor (faísca) [7]. Quando a corrente é desligada, a “nuvem” de vapor colapsa e implode. Este colapso origina um vazio ou vácuo, criando uma espécie de sensação de frescura no dielétrico, funcionando como limpeza e refrigeração da área onde ocorreu a faísca. Este período é chamado de pausa (off-time) e permite a desionização do

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dielétrico para proporcionar condições favoráveis para a ocorrência de próxima faísca. A pausa deve ser suficiente para que o dielétrico se restaure, caso contrário, a estabilidade durante o corte será difícil de manter [7].

O tempo de descarga influencia a velocidade de maquinagem, o desgaste do elétrodo e o acabamento superficial. Todo o processo de maquinagem é realizado durante o tempo de descarga. Quanto à pausa, esta apenas afeta dois parâmetros do processo de eletroerosão: a velocidade e a estabilidade da maquinagem. A duração da pausa pode afetar drasticamente a velocidade da operação. Quanto maior for a pausa, maior será o tempo de trabalho. Infelizmente, a pausa é necessária e é uma parte integrante do processo de eletroerosão. A estabilidade é tão importante como a velocidade, uma vez que a primeira é a chave para manter a velocidade do processo. Apesar do aumento da pausa levar a uma diminuição da velocidade, permite fornecer a estabilidade necessária requerida para que o processo de eletroerosão ocorra com sucesso. Se este período for insuficiente, causa um ciclo irregular acabando por diminuir a velocidade de operação. Neste caso, manter a estabilidade é mais importante do que obter velocidade porque manter qualquer tipo de velocidade constante é quase impossível sem que haja estabilidade do processo. Quando a corrente está desligada, nada, além da recuperação do dielétrico, pode ocorrer. Enquanto nenhum trabalho é realizado, não pode haver qualquer desgaste do elétrodo. Se apenas a pausa for alterada, apenas o tempo para completar a operação pode ser alterado, ou seja, vai-se demorar mais tempo, mas o número de faíscas que efetivamente ocorrem não se altera. Isto significa que a duração da pausa não pode afetar o desgaste, mas apenas o tempo de maquinagem [7].

O tempo de descarga com a pausa criam um ciclo de descarga elétrica. A duração de cada parâmetro vai depender do material da peça de trabalho, do material do elétrodo, da qualidade da limpeza do dielétrico, da velocidade requerida da maquinagem e do acabamento superficial requerido. Um único ciclo do processo de eletroerosão é medido desde o tempo de descarga até ao seguinte tempo de descarga. No processo, a relação entre o tempo de descarga e o tempo de ciclo total, é chamado de ciclo de descarga (duty cycle), sendo este um indicador da eficiência do processo. Este parâmetro é calculado através da equação (1) sendo tf o tempo de descarga e tp o tempo de ciclo [7]:

𝐷𝑢𝑡𝑦 𝐶𝑦𝑐𝑙𝑒 [%] = 𝑡𝑓

De modo a perceber melhor como funciona o ciclo de descarga e as variáveis relacionadas com o mesmo, apresenta-se, na Figura 4, as variáveis do impulso e apresentam-se de seguida as suas designações [8]:

 tp: período ou tempo de ciclo;  td: tempo de ionização;  tf: tempo de descarga;  ti: tempo do impulso;  t0: tempo de pausa;  U0: tensão em vazio (80 V);  Uf: tensão de descarga [8].

Figura 4: Variáveis do impulso [8].

Pode-se agora fazer-se uma breve revisão dos parâmetros enumerados anteriormente. Quanto ao tempo de descarga, quanto maior for a duração de descarga, maior será a cratera resultante do processo e maior será a quantidade de material removido. No entanto, para tempos de descarga mais curtos, conseguem-se melhores acabamentos superficiais, ou seja, menores rugosidades. Quanto às intensidades de correntes, para as operações de desbaste, são utilizadas intensidades mais elevadas ao passo que para um melhor acabamento, são utilizadas intensidades mais baixas. As intensidades mais baixas requerem tempos de trabalho mais demorados. Relativamente à frequência, esta medida é utilizada no controlo do número de vezes que a corrente é ligada, sendo que durante as operações de desbaste, a frequência utilizada é baixa e por isso o tempo de descarga é mais prolongado, levando a que as taxas de remoção de

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material sejam mais elevadas. Durante as operações de acabamento, utilizam-se frequências mais elevadas e, tempos de descarga mais curtos [8].

Nos geradores do processo de eletroerosão, pode-se falar de tensão em vazio (open-gap) e tensão de trabalho. O primeiro termo refere-se ao elevado potencial elétrico pré-definido, medido em volts, enquanto o elétrodo está a tentar alcançar a peça de trabalho, sob tensão, mas o processo de maquinagem ainda não começou. Após o começo e a descarga, a tensão em vazio vai cair drasticamente à medida que a corrente aumenta, acabando por estabilizar, atingindo a tensão de trabalho que ronda os 25 V [7].

Relativamente ao gerador de impulsos, este fornece impulsos de corrente de valor constante, desde 1 até 300 A, levando a um baixo desgaste da ferramenta. A pausa deve ser mínima, de acordo com as necessidades do meio dielétrico para desionizar após cada impulso, evitando assim a ocorrência de arco contínuo. A formação de arco ou arcing ocorre quando existe uma falha para se conseguir que uma descarga esteja fisicamente separada da sua antecessora e da sua sucessora, resultando numa desionização inadequada entre descargas, originando uma série de descargas “estáticas” (espacialmente), conduzindo à degradação da ferramenta e da peça e numa falta de progressão da maquinagem. Esta ocorrência representa uma condição de mau funcionamento. Hoje em dia, as máquinas mais recentes já possuem dispositivos incorporados para evitar ou minimizar a formação de arco [1].

A duração de impulso ocupa a maior parcela, assegurando assim a máxima quantidade de material removido ou a máxima velocidade de penetração. O tipo de gerador utilizado no processo irá afetar o grau de erosão. Hoje em dia, os geradores de impulsos tendem a minimizar o grau de erosão dos elétrodos [1].

O processo de eletroerosão é caracterizado por ser um processo livre de rebarbas, diferenciando-se assim da maioria dos processos convencionais de maquinagem. Também não existe força de corte, pois não há contacto entre a ferramenta e a peça e por isso não se formam as tensões internas comuns dos processos convencionais [1]. Outro benefício é não existirem problemas de vibração durante o processo [3]. Todos estes aspetos constituem mais uma grande vantagem do processo de eletroerosão relativamente aos processos tradicionais de maquinagem. É importante deixar bem claro que a precisão e o acabamento obtidos através do processo de eletroerosão assim como os custos da operação estão fortemente relacionados com as técnicas

e práticas empregadas pelo operador, desde a preparação da ferramenta (elétrodo) até ao acabamento [1].

Quanto ao material que vai ser maquinado pelo processo de eletroerosão, este deve ser condutor elétrico, como é o caso de todos os metais e suas ligas. Também os materiais à base de Carbono, como a Grafite, são passíveis de serem maquinados por este processo. Os materiais plásticos, borrachas, vidros, óxidos ou misturas de óxidos (Silício e alumina, por exemplo) não fazem parte do grupo de materiais que podem ser maquinados pelo processo de eletroerosão. As propriedades mecânicas dos materiais não influenciam a aptidão dos mesmos para serem utilizados no processo, como acontece nos processos convencionais de maquinagem. Neste processo é possível maquinar aços recozidos, temperados ou revenidos, sendo esta uma grande vantagem do processo de eletroerosão quando comparado com os processos convencionais. Esta possibilidade permite evitar as deformações das peças que se podem produzir durante os tratamentos térmicos de peças já maquinadas. Outra grande vantagem do processo é permitir maquinar materiais dificilmente maquináveis como o caso dos carbonetos de Tungsténio, as ligas de Níquel e o Cobalto [4].