Elétrodo

Passa-se agora ao estudo de um elemento fundamental no processo de eletroerosão: o elétrodo. Existem algumas características que os elétrodos devem possuir para que o processo ocorra sem problemas e com uma eficiência elevada. A ferramenta utlizada no processo de eletroerosão, um elétrodo, deve possuir as seguintes características [6, 9]:

 Elevada condutividade elétrica [6];  Elevada resistência ao calor [6];  Elevado ponto de fusão [6];

 Elevada condutividade térmica [9];  Elevada densidade [9];

 Elevada capacidade de armazenar calor a uma determinada temperatura, ou seja, elevado calor específico [9].

Estas são as propriedades principais que se devem assegurar aquando da escolha do material utilizado para a ferramenta do processo [6]. Qualquer material que possua uma

resistividade elétrica inferior a 100 Ω.cm é candidata a ser utilizada como elétrodo no processo de eletroerosão [1].

Também é importante ter em conta as seguintes propriedades mecânicas, na escolha dos materiais dos elétrodos [18]:

 Facilmente mecanizáveis, uma vez que os elétrodos são produzidos através de processos de maquinagem convencionais;

 Coeficientes de dilatação muito pequenos, uma vez que se durante o processo as dimensões dos elétrodos aumentarem, serão introduzidos erros dimensionais na peça a maquinar;

 Baixo peso específico;

 Boa estabilidade dimensional, de forma a evitar mudanças nas dimensões da peça a mecanizar. Determinados tratamentos e processos físicos que alguns materiais sofrem podem levar à formação de tensões internas que se libertam com o calor do processo de eletroerosão, produzidas mudanças nas suas dimensões e consequentemente nas dimensões da peça a maquinar;

 Boa resistência mecânica [18].

Tendo em conta as propriedades referidas, os materiais mais comumente utilizados como ferramenta no processo de eletroerosão são o Cobre, a Grafite, o Tungsténio e o carboneto de Tungsténio, podendo também ser utilizada uma mistura de dois materiais tais como o Cobre- Grafite, Cobre-Tungsténio e Telúrio-Cobre. Muitas vezes, o fator de decisão final na escolha de um destes materiais acaba por ser qual está disponível de imediato, conseguindo-se assim, um tempo de produção dos elétrodos menor e consequentemente um tempo total de todo o processo menor [1, 6]. As principais vantagens dos materiais metálicos englobam um custo médio, boa resistência e bons acabamentos. No entanto, estes materiais possuem um maior desgaste e uma baixa velocidade de maquinagem [8]. Relativamente às características dos materiais dos elétrodos, começando pelo Cobre, este material possuiu uma elevada condutividade térmica e é geralmente utilizado por permitir obter uma diversidade de formas, ser facilmente maquinável, possuir uma baixa dureza (na ordem dos 300 HV), permitir obter bons acabamentos e possuir uma baixa resistência elétrica [1, 9, 19]. A resistência do elétrodo ao desgaste é boa para potências moderadas de maquinagem e acabamento, no entanto, o seu

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desgaste aumenta com o aumento da potência [1, 9]. Apesar das vantagens referidas, este material leva a velocidades de penetração baixas [9]. Quanto ao Cobre-Tungsténio, esta mistura de materiais combina a alta condutividade térmica do Cobre com o elevado ponto de fusão do Tungsténio, sendo excelente para obter alta precisão e preservação do detalhe das formas, particularmente no acabamento. Este composto permite obter acabamentos com as melhores rugosidades médias aritméticas (Ra) e ainda permite obter um reduzido desgaste [1, 9]. No entanto, é caro e mais difícil de maquinar que o Cobre, devido à dureza do Tungsténio (na ordem dos 3000 HV) [19, 20]. Relativamente à Grafite, este material está disponível numa larga variedade com diferentes densidades e também em formas impregnadas de Cobre. Quanto ao preço, este varia de acordo com as suas características, mas não é um material barato. Não possui ponto de fusão mas sim de sublimação, suportando, por esta razão, elevadas potências de maquinagem com baixo desgaste, sendo por isso uma vantagem para este material [1]. Apesar destas vantagens, a Grafite leva à obtenção de piores acabamentos com piores rugosidades médias aritméticas do que aquelas obtidas com um elétrodo de Cobre. A Grafite permite obter elevadas velocidades de penetração (MRR), no entanto, devido à grande variedade existente deste material, os seus desempenhos são diferentes podendo este ser utilizado em operações de desbaste ou em operações de acabamento. Este material também é fácil de maquinar devido à baixa dureza (na ordem dos 10 HV) [1, 9, 21, 22].

De modo a simplificar a preparação de elétrodos tridimensionais, têm vindo a ser utilizados métodos de rapid tooling ou ferramentas rápidas. Diferentes pós incluindo metais, cerâmicos, plásticos ou uma combinação entre diferentes materiais, podem ser processados por diferentes técnicas de forma a produzir elétrodos. Os métodos para processar os pós variam desde a estereolitografia (SL ou SLA) até à sinterização por laser, processos que se inserem no âmbito dos processos aditivos [23].

Outro aspeto importante na utilização dos elétrodos passa por ter em conta a polaridade que se utiliza na maquinagem. No processo de eletroerosão, a polaridade descreve se o elétrodo é positivo ou negativo, indicando a direção na qual os elétrodos fluem. De um modo geral, fora de aplicações específicas, a maioria dos trabalhos que utilizam o processo de eletroerosão, usam o elétrodo (ferramenta) como elemento positivo, sacrificando em parte a velocidade de maquinagem a fim de proteger o processo de um elevado desgaste. Isto é designado por polaridade positiva. A polaridade negativa (ferramenta negativa) é uma opção para remoção de material a alta velocidade e deve ser utilizada quando se maquinam certos materiais como o

Carbono, Titânio, metais refratários e família das ligas de Cobre [7]. A polaridade a utilizar vai depender do material utilizado uma vez que o que se pretende é que haja maior desgaste da peça de trabalho do que da ferramenta e, por vezes, uma alteração na polaridade pode levar a que se isso de inverta [1].

Relativamente à produção dos elétrodos, as técnicas de maquinagem convencional são geralmente adotadas para esta função, tal como o torneamento, a fresagem ou a utilização de centros de CNC [9]. A precisão do elétrodo, que influencia a precisão do processo de eletroerosão, vai depender, também, da precisão com que é produzido. É necessário existir um subdimensionamento durante a produção do elétrodo. No caso do fornecimento de elétrodos metálicos, o subdimensionamento destes pode ser obtido por ataque químico, sendo este o método mais económico e, por vezes, a única alternativa para a produção de elétrodos com formas complexas. No caso dos elétrodos utilizados para a obtenção de moldes, estes são geralmente produzidos por cópia de fresagem no material escolhido, podendo ser utilizada uma máquina 3D de copiar perfil [1]. Também a maquinagem a alta velocidade, a fundição e a extrusão têm sido utilizadas para a produção de elétrodos. Outro processo, que tem vindo a tornar-se cada vez mais importante nos dias de hoje, é o processo aditivo [9]. Como se sabe, o

additive manufacturing tem vindo a ser muito utilizado, tendo sofrido nos últimos anos uma

grande evolução. Uma vez que o fabrico aditivo tem vindo a ter uma gama de materiais a utilizar cada vez mais abrangente (já inclui materiais metálicos), pode vir a ser uma boa aposta para o processo de eletroerosão, no fabrico dos elétrodos (ferramentas).

O custo dos elétrodos e tempo de produção têm sempre uma parte predominante nos custos das operações em eletroerosão. Não se pode dizer que existe um material ótimo, sendo que alguns são mais indicados para desbaste ao passo que outros são mais indicados para operações de acabamento [1].