Optimización del mecanizado de agujeros profundos de pequeño diámetro por electroerosión usando la metodología Taguchi

Small deep hole drilling electro discharge machining process optimization using Taguchi method

Realizar agujeros profundos de pequeño diámetro en metales de alta dureza es una operación que está fuera del alcance del proceso de perforación con arranque de viruta; uno de los procesos más adecuados para ello es el mecanizado por electroerosión. Debido a las múltiples variables involucradas en electroerosión y a las restricciones impuestas por las dimensiones reducidas, es necesario determinar el nivel de ajuste preciso de cada una de las variables para realizar un mecanizado eficiente y de buena calidad. Usando un arreglo ortogonal L27 Taguchi, fue posible analizar el efecto de las variables eléctricas, de limpieza y del diámetro del electrodo sobre las características del mecanizado de perforaciones de pequeño diámetro en piezas de acero rápido DIN 1.3344. El análisis de los resultados experimentales y su conversión a señales de ruido permitieron optimizar la tasa de remoción de material, la velocidad de avance de perforación, el desgaste del electrodo y la rugosidad superficial.

I. INTRODUCCIÓN

El mecanizado por electroerosión (EDM) es un proceso de naturaleza termoeléctrica mediante el cual el material de una pieza es removido mediante la aplicación de múltiples descargas eléctricas de corta duración por medio de un electrodo a través de un medio dieléctrico [1]. La realización de agujeros profundos en metales de alta dureza por electroerosión es una operación bastante utilizada en la industria aeroespacial, automotriz, médica y dental, en razón de su eficiencia y costo [2].

Las perforaciones profundas de pequeño diámetro son aquellas que tienen un diámetro entre 0,8 y 3 mm y una relación de aspecto mayor a 5, y para su mecanizado por electroerosión, dadas las pequeñas dimensiones involucradas, es necesario realizar un ajuste preciso de las variables eléctricas y de limpieza del gap para que la operación de perforación tenga un rendimiento adecuado y buena calidad superficial [3].

Utilizando la metodología Taguchi, en este trabajo es analizado el efecto de las diferentes variables sobre las características de mecanizado de agujeros profundos de pequeño diámetro, con el objetivo de optimizar los resultados de ese proceso.

II. MÉTODO EXPERIMENTAL

A. Materiales y equipos

Las pruebas de perforación fueron realizadas utilizando una máquina CNC de electroerosión por penetración ELETRO ZNC-400; fueron utilizados electrodos tubulares de cobre electrolítico con diámetros entre 1,5 y 2,5 mm, y como material de prueba se usaron barras de acero rápido DIN 1.3344 de sección cuadrada, de 12,7 mm de lado, cuyas propiedades están registradas en la Tabla 1.