Dispositivos diseñados para tratar defectos de la capa blanca residual dejada por el proceso de mecanización por medio de descargas eléctricas.

Dispositivo para tratamiento de superficies que se realiza aplicando impulsos eléctricos entre un electrodo herramienta y un electrodo-pieza,

separados por un espacio intermedio o espacio de separación lleno con un líquido dieléctrico, que comprende un dispositivo de regulación y al menos una fuente de voltaje de ignición conectada al espacio de separación por medio de un circuito de descarga, estando el conjunto dispuesto para minimizar la eliminación de material y para homogeneizar el tratamiento superficial , estando dicho dispositivo caracterizado porque incluye medios para medir, regular y generar descargas que están adaptadas a elegir los parámetros del proceso de manera que se favorezca la extinción espontánea del plasma de mecanización por descargas eléctricas y producir descargas de corriente que siguen inmediatamente al instante de ignición del plasma de mecanización por descargas eléctricas, por lo que las citadas descargas comprenden dos periodos sucesivos,

- un primer periodo (Tm), denominado un periodo de mantenimiento, durante el cual la corriente es controlada para que sea mayor que un límite (Text), siendo dicho periodo (Tm) suficientemente breve para que no se produzca la extinción espontánea,

- un segundo periodo (Text) denominado periodo de extinción, con una duración indeterminada durante la cual la corriente es controlada para que sea menor o igual que el mismo límite (Text) para imponer la extinción espontánea.

Dispositivos diseïados para tratar defectos de la capa blanca residual dejada por el proceso de mecanizaciïn por medio de descargas elïctricas.

La presencia frecuentemente perjudicial de una capa blanca y una capa tïrmicamente afectada ha sido observada en la superficie de piezas mecanizadas mediante mecanizaciïn por descargas elïctricas desde que este mïtodo fue utilizado por primera vez. La primera estï en particular saturada con carbono por la ruptura o craqueo de molïculas de hidrocarburo que constituyen el dielïctrico. La capa tïrmicamente afectada se hace mïs profunda a medida resulta nuevamente solidificada la proporciïn de metal previamente vaporizada o licuada por la descarga, a medida que la energïa de descarga es mayor, y tambiïn a medida que el metal de la pieza mecanizada disipa calor con mayor dificultad.

A causa de esto, los aceros mecanizados por descargas elïctricas sufren excesivo endurecimiento de sus superficies. Aparecen allï tensiones que causan fisuras, grietas y cavidades que son como tales el punto de inicio de roturas que probablemente debilitan las herramientas producidas por el mïtodo.

La perturbaciïn que afecta la superficie mecanizada es producida de este modo durante la nueva solidificaciïn o resolidificaciïn sobre la superficie de parte del material que ha sido vaporizado o fundido por medio de chispas. Ello estï vinculado directamente a la manera en que se utiliza el generador, particularmente la potencia empleada, asï como las secuencias para controlar los impulsos de voltaje y corriente.

En el caso de piezas de acero, el proceso de fusiïn y contacto con el dielïctrico basado en hidrocarburo modifica la composiciïn del metal y favorece la formaciïn de carburos de hierro quebradizos. Por otra parte, el ciclo de fusiïn y resolidificaciïn produce fases austenïtica y martensïtica metaestables. Estas ïltimas fases son particularmente quebradizas e incorporan elevadas tensiones residuales causadas por un efecto de expansiïn de su estructura cristalina durante su formaciïn. Finalmente, como la superficie mecanizada despuïs del acabado estï formada principalmente de carburos de hierro y austenita con elevados esfuerzos residuales de tracciïn, es posible que cualquier tensiïn adicional derivada de la expansiïn martensïtica inicie una grieta en la interfaz con la zona tïrmicamente afectada (no fundida por chispas) que se propagarï fïcilmente sobre la superficie a travïs de estas fases de carburo de hierro y austenïtica.

Se recomienda usualmente multiplicar las etapas de acabado con el fin de reducir los defectos superficiales; en otras palabras, proporcionar una graduaciïn de regïmenes que sea tan fina como sea posible. Operaciones de pulido tambiïn hacen posible eliminar las capas blancas y tïrmicamente afectadas que deja el ïltimo rïgimen de acabado. Es tambiïn usual aplicar varios tratamientos por calor a las superficies pulidas con el fin de estabilizarlas. Estas operaciones requieren muchas acciones mecïnicas y resultan muy costosas.

El objeto de la presente invenciïn es tratar defectos producidos durante operaciones de semi-acabado mediante mecanizaciïn por descargas elïctricas, asï como evitar la formaciïn de tales defectos durante las operaciones de acabado finales. Este resultado se obtiene mediante una modificaciïn de la superficie con la ayuda de descargas de manera que se produzca una estructura amoría distribuida de una manera regular en toda la superficie de la pieza que se ha de tratar.

El carïcter amorfo se refiere a la disposiciïn espacial de ïtomos en el material. Aunque el estado cristalino estï definido por un patrïn periïdico de escala atïmica o molecular en tres direcciones en el espacio, la estructura amoría estï caracterizada, por otra parte, como en el vidrio, por una agrupaciïn aleatoria de molïculas o ïtomos dispuestos sin ninguna regla aparente. Este carïcter amorfo de superficies creadas de este modo determina las sorprendentes propiedades mecïnicas vinculadas a su isotropïa excepcional, como se indicarï mïs adelante.

Exposiciïn de la tïcnica anterior conocida Se conocen dispositivos de modificaciïn de superficies que han sido desarrollados con el objeto de mejorar las propiedades mecïnicas y reducir la densidad de grietas.

Respecto a la patente US 5.980.681, de Sremroth, esta trata de un dispositivo que estï previsto para producir superficies rugosas o superficies limpias antes de la adherencia a otras superficies, en el que las descargas son producidas entre el electrodo y una pieza de trabajo y en el que la duraciïn de la descarga y la frecuencia de descargas estïn controladas con el fin de hacer ïptimas las propiedades superficiales para aplicaciones de adherencia.

Los mismo se aplica para la patente US 6.501.232, de Goto et al, cuyo documento describe en combinaciïn las caracterïsticas del preïmbulo de la reivindicaciïn 1. En esta patente se reivindica un dispositivo que tiene medios de control para establecer un periodo de impulso n-ïsimo dado dentro de cada descarga en un tiempo correspondiente a la condiciïn de fusiïn predeterminada de la cubierta dura. La patente reivindica un dispositivo que produce una modificaciïn de la superficie. El dispositivo utiliza un sistema de control basado en experimentos con el fin de hacer ïptimo el proceso.

En la patente US 3.035.149, de Matulaitis et al, se reivindica un aparato de descargas elïctricas en el que se producen condiciones transitorias de formaciïn de arco y en el que se proporcionan medios de control y detecciïn con el fin de responder a caracterïsticas del arco y en particular a la formaciïn del arco de CC por medio del movimiento del electrodo con respecto a la pieza de trabajo. El aparato proporciona, por lo tanto, medios para la detecciïn y control externos de las propiedades de la descarga y reacciona de manera correspondiente.

Sumario de la invenciïn La presente invenciïn se refiere a un dispositivo de acuerdo con la reivindicaciïn 1 para modificar una superficie con la finalidad de evitar los inconvenientes de las soluciones conocidas seïaladas anteriormente, en particular de solucionar los problemas de la cantidad apropiada de aleaciïn amoría formada como una sustituciïn para la capa blanca y su homogeneidad. El dispositivo mejora la calidad de aleaciones tratadas por un considerable aumento en efectos macroscïpicos de resistencia al desgaste y a la corrosiïn. En virtud de la estructura amoría creada en su superficie, las herramientas comïnmente producidas con el dispositivo de acuerdo con la reivindicaciïn 1 adquieren una dureza y una tenacidad que hacen posible que resistan esfuerzos violentos a los cuales son sometidas. El mïtodo amplia las posibles variantes de aleaciones amorías adaptadas a diversas aplicaciones.

En una realizaciïn preferida, la invenciïn propone el uso de un dielïctrico lïquido con el dispositivo de acuerdo con la reivindicaciïn 1, basado preferiblemente en aceites de hidrocarburos corrientemente utilizados en la mecanizaciïn por descargas elïctricas, que contienen una suspensiïn de polvos que consiste en una elecciïn particular de metales, ïxidos, carburos, nitruros, boruros o tierras raras que determinan la apariciïn de la estructura amoría.

En esta realizaciïn, se usa un segundo tipo de polvo con la finalidad de garantizar la homogeneidad del tratamiento de la superficie. Este consiste en polvos micromïtricos de grafito, carbono o aluminio en varias formas, que se pueden mezclar tambiïn en el lïquido dielïctrico o pueden cubrir el electrodo o la pieza en la forma de una fina capa uniforme.

Para que las partïculas del segundo tipo produzcan su efecto de homogeneizaciïn, es necesario que su tamaïo medio estï en relaciïn con el espacio de separaciïn y su distribuciïn de tamaïos sea deferente de la distribuciïn de tamaïos de las partïculas nanomïtricas.

La energïa de las descargas durante los regïmenes de acabado finales se ha de ajustar en relaciïn con el tamaïo medio de las nano-partïculas. Ademïs, los parïmetros elïctricos se eligen de manera que, por una parte, minimicen la eliminaciïn de material y, por otra parte, refuercen el efecto producido por los polvos micromïtricos que se opone al fenïmeno de la localizaciïn de descargas. Estos dos efectos se obtienen preferiblemente creando condiciones que faciliten la extinciïn espontïnea del plasma de mecanizaciïn por descargas elïctricas. De manera mïs precisa, tales condiciones se obtienen ajustando los diversos niveles del impulso de corriente en proporciïn al valor de corriente de extinciïn tïpico de materiales de electrodo y empleando una secuencia particular para controlar los impulsos de voltaje/corriente.

Para una energïa... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo para tratamiento de superficies que se realiza aplicando impulsos elïctricos entre un electrodoherramienta y un electrodo-pieza, separados por un espacio intermedio o espacio de separaciïn lleno con un lïquido dielïctrico, que comprende un dispositivo de regulaciïn y al menos una fuente de voltaje de igniciïn conectada al espacio de separaciïn por medio de un circuito de descarga, estando el conjunto dispuesto para minimizar la eliminaciïn de material y para homogeneizar el tratamiento superficial , estando dicho dispositivo caracterizado porque incluye medios para medir, regular y generar descargas que estïn adaptadas a elegir los parïmetros del proceso de manera que se favorezca la extinciïn espontïnea del plasma de mecanizaciïn por descargas elïctricas y producir descargas de corriente que siguen inmediatamente al instante de igniciïn del plasma de mecanizaciïn por descargas elïctricas, por lo que las citadas descargas comprenden dos periodos sucesivos,

- un primer periodo (Tm) , denominado un periodo de mantenimiento, durante el cual la corriente es controlada para que sea mayor que un lïmite (Text) , siendo dicho periodo (Tm) suficientemente breve para que no se produzca la extinciïn espontïnea,

- un segundo periodo (Text) denominado periodo de extinciïn, con una duraciïn indeterminada durante la cual la corriente es controlada para que sea menor o igual que el mismo lïmite (Text) para imponer la extinciïn espontïnea.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicaciïn 1, caracterizado porque los medios de mediciïn detectan la extinciïn espontïnea, es decir el instante en que es provocada la extinciïn por causas o condiciones intrïnsecas al plasma, por la apariciïn (10) dentro de un lapso de tiempo del orden de la constante de tiempo del circuito de descarga, de un sobre-voltaje sïbito del plasma de mecanizaciïn por descargas elïctricas visto en los terminales del espacio de separaciïn, acompaïada por la desapariciïn (11) de la corriente de mecanizaciïn.

3. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque mide la duraciïn del periodo de 25 extinciïn (Text) .

4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicaciïn 3, caracterizado porque cesa de suministrar corriente al espacio de separaciïn o lo cortocircuita durante un corto periodo (Tef) si hay riesgo de que se produzca tarde la extinciïn espontïnea y el periodo de extinciïn (Text) se extiende mïs allï de un periodo (Temax) mïs allï del cual resulta necesario forzar la extinciïn.

5. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2, 3 y 4, caracterizado porque los medios de regulaciïn calculan una velocidad de las extinciones espontïneas TXn = 100xNesp/ (Nesp+Nreg) en la que Nesp representa extinciones espontïneas y Nreg el nïmero de otro tipo de extinciïn, apareciendo uno u otro tipo de extinciïn durante una serie de descargas sucesivas.

6. Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 y 4, caracterizado porque calcula una duraciïn media (Mtext) de descargas que han terminado en extinciïn espontïnea, una media obtenida de los periodos de extinciïn (Text) de una serie de descargas sucesivas.

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicaciïn 5, caracterizado porque mantiene o regula el valor (Id) de la corriente al inicio del periodo de extinciïn (Text) de manera que se establece una velocidad de extinciones espontïneas (TXn) preferiblemente prïxima al 100%.

8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicaciïn 6, caracterizado porque mantiene o regula el valor (Id) de la corriente en el inicio del periodo de extinciïn (Text) de manera que se establece una duraciïn media (Mtext) de descargas que han terminado en extinciïn espontïnea alrededor de un valor predeterminado favorable al proceso.