Mecanizado por electroerosión frente al mecanizado CNC: cómo elegir el proceso de fabricación adecuado

La elección entre el mecanizado EDM y el CNC no es, principalmente, una cuestión de cuál de los dos procesos es “mejor”. Se trata de una decisión relacionada con la viabilidad de la fabricación. El proceso adecuado depende del material, la dureza, la geometría, el acceso de la herramienta, la tolerancia, el acabado, el coste y el riesgo de desperdicio.

Mecanizado CNC Suele ser la opción más rápida y económica para piezas de producción general, rasgos externos, formas prismáticas y piezas en las que las herramientas de corte pueden acceder a las superficies requeridas. El electroerosionado (EDM) suele elegirse cuando la pieza es conductora, dura, delicada o presenta una geometría difícil de mecanizar con herramientas rotativas, como esquinas internas afiladas, ranuras profundas y estrechas, paredes delgadas o cavidades complejas.

En muchas piezas de precisión, la mejor solución no es recurrir únicamente al electroerosionado (EDM) o al CNC. Es habitual utilizar un flujo de trabajo híbrido que combine CNC y EDM: el CNC elimina rápidamente el material sobrante y, a continuación, el EDM da el acabado a los detalles críticos que resultarían difíciles, lentos o arriesgados de cortar mecánicamente.

Qué implica la comparación entre el mecanizado EDM y el CNC a la hora de elegir el proceso

Opta por el electroerosionado (EDM) cuando la pieza sea conductora de electricidad, cuando se requieran funcionalmente esquinas internas afiladas o rasgos estrechos y profundos, o cuando la pieza ya esté endurecida antes del mecanizado de acabado. Elija el electroerosionado (EDM) cuando la eliminación de gran cantidad de material, una geometría accesible y amplia, superficies 3D y una mayor eficiencia en la producción sean más importantes que una geometría interna precisa. Elija un flujo de trabajo híbrido cuando el CNC pueda desbastar de forma eficiente las características accesibles, pero se necesite el electroerosionado (EDM) para los detalles finales en estado endurecido, las secciones delgadas o la definición de las esquinas.

¿Qué es el mecanizado CNC?

El mecanizado CNC elimina material mediante corte mecánico con movimientos programados de la herramienta. En el fresado, una fresa giratoria elimina material de una pieza de trabajo fija. En el torneado, la pieza de trabajo gira mientras una herramienta elimina material. Las máquinas CNC también pueden taladrar, perforar, escariar, roscar, contornear y perfilar piezas.

La clave es que el mecanizado CNC consiste en un corte mecánico. La herramienta entra en contacto con la pieza. Esto hace que el CNC sea muy eficiente cuando la herramienta puede alcanzar la característica, cuando el material se puede cortar con una vida útil razonable de la herramienta y cuando las fuerzas de corte no deforman la pieza.

El mecanizado CNC se utiliza para una amplia gama de materiales, entre los que se incluyen metales, numerosos plásticos, materiales compuestos y otros materiales mecanizables. Suele ser la primera opción para carcasas, soportes, ejes, placas, accesorios y muchos componentes de producción con una geometría accesible.

¿Qué es el mecanizado por electroerosión (EDM)?

El EDM elimina el material conductor mediante descargas eléctricas controladas entre la herramienta y la pieza de trabajo en un fluido dieléctrico. Resulta especialmente útil en este contexto como opción de proceso para materiales duros, detalles finos, secciones delgadas y geometrías a las que las herramientas mecánicas no pueden acceder con precisión. No se aplica ninguna fuerza de corte física, como ocurre con el fresado, el torneado o el taladrado.

Hay tres tipos habituales de música electrónica:

• Electroerosión por hilo, lo que a menudo se conoce como «corte por hilo», utiliza un hilo fino en movimiento para cortar perfiles.
• En el electroerrosión por penetración se utiliza un electrodo de grafito o cobre con la forma deseada para crear una cavidad o un elemento en la pieza.
• El electroerosionado para taladrado permite crear orificios pequeños, profundos o en ángulo en materiales conductores.

El electroerosionado (EDM) estándar requiere que la propia pieza de trabajo sea conductora de la electricidad en todo su volumen, no solo en la superficie. Los recubrimientos, la oxilación o las condiciones superficiales locales no convierten a un material base no conductor en un candidato adecuado para el EDM normal. El EDM solo funciona con materiales conductores de la electricidad. Entre ellos se incluyen los aceros, los aceros para herramientas, el titanio, las aleaciones de níquel, los carburos, las aleaciones de cobre y materiales similares. No es adecuado para plásticos ni cerámicas no conductoras en condiciones normales de electroerosión.

Por qué la elección entre EDM y CNC influye en la fabricabilidad, la tolerancia, el coste y el riesgo de desperdicio

La elección entre el mecanizado por electroerosión (EDM) y el mecanizado CNC determina cómo se fabrica una pieza. También puede determinar si resulta viable fabricarla o no.

La configuración y la sujeción de la pieza pueden convertir una operación teóricamente sencilla en algo arriesgado en la producción real. En el mecanizado CNC, las piezas delgadas, deformadas, asimétricas o endurecidas pueden desplazarse bajo la presión de sujeción o perder la estabilidad del punto de referencia, lo que puede alterar las dimensiones críticas antes de que el corte se convierta en la principal limitación. En el electroerosionado (EDM), las limitaciones suelen estar relacionadas con la accesibilidad del proceso más que con la fuerza de corte, incluyendo los requisitos del orificio de inicio, el espacio libre para la trayectoria del hilo, la alineación del electrodo, la inmersión de la pieza y las condiciones de lavado.

Estas limitaciones reales de fabricación suelen determinar el riesgo de desperdicio más que la maquinabilidad teórica. Entre los modos de fallo más comunes se incluyen la deformación de las paredes durante la sujeción, los daños por rebabas que alteran las dimensiones finales, la rotura de herramientas pequeñas o de gran alcance en el CNC, un lavado inestable que afecta a la uniformidad del corte por electroerosión, la rotura del hilo en secciones estrechas o gruesas, y la deriva por desgaste del electrodo que reduce la precisión de la cavidad en la electroerosión por penetración.

El mecanizado CNC depende del diámetro de la herramienta, su alcance, su rigidez, las fuerzas de corte, la sujeción de la pieza y la dureza del material. Si una pieza requiere una esquina interna muy pronunciada, una ranura larga y profunda o una pared muy delgada, el mecanizado CNC puede provocar la desviación de la herramienta, vibraciones, rebabas o el desplazamiento de la pieza. Estos efectos pueden aumentar el riesgo de que se produzcan desechos.

El electroerosionado (EDM) tiene diferentes limitaciones. Requiere material conductor, un espacio de chispa, un sistema de lavado adecuado y la estrategia correcta en cuanto a cables o electrodos. El electroerosionado por hilo suele requerir un inicio por el borde o un orificio de inicio, y corta a través de la pieza. El electroerosionado por penetración requiere electrodos, y el desgaste de estos puede afectar a la precisión si no se controla.

Para los compradores que buscan precisión, la decisión sobre el proceso influye en:

• Si la geometría se puede fabricar tal y como está dibujada
• Si las tolerancias son realistas
• Si el tratamiento térmico debe realizarse antes o después del mecanizado final
• Si es necesario un acabado secundario
• Tanto si el coste viene determinado por el tiempo de ciclo, la puesta a punto, las herramientas, los electrodos o el riesgo de desperdicio

Tabla: Comparación rápida entre el mecanizado por electroerosión y el mecanizado CNC

Lo primero es la viabilidad: ¿se puede fabricar la pieza mediante electroerosión o CNC?

La conductividad del material y cómo la dureza del mismo influye en la elección entre el electroerosionado (EDM) y el CNC

El material es el primer criterio de viabilidad. Si el material no es conductor de la electricidad, el electroerosionado (EDM) no suele ser una opción válida. El mecanizado CNC puede seguir siendo una opción viable si el material se puede cortar y sujetar sin que sufra daños.

Si el material es conductor, la dureza se convierte en un factor decisivo. El electroerosionado (EDM) permite mecanizar aceros endurecidos y carburos, ya que el proceso no depende de la resistencia del filo de corte. El proceso de electroerosión actúa sobre la superficie conductora, por lo que el desgaste de la herramienta y la fuerza de corte no suponen las mismas limitaciones que en el mecanizado CNC.

El CNC puede mecanizar muchos materiales duros, pero el rendimiento de corte disminuye a medida que aumenta la dureza. El desgaste de las herramientas aumenta. Puede que sea necesario reducir los avances y las velocidades. Las fuerzas de corte y el calor pueden resultar más difíciles de controlar. Es posible que se necesiten herramientas especiales o procesos de acabado específicos.

Por eso, la elección entre el electroerosionado (EDM) o el mecanizado CNC para componentes de acero templado suele depender del momento en que se someta la pieza al tratamiento térmico. Un procedimiento habitual consiste en realizar un mecanizado CNC de desbaste antes del tratamiento térmico y, a continuación, aplicar el electroerosionado para definir los detalles finales tras el tratamiento térmico. Este enfoque se ajusta a las directrices expuestas en el Manual de la ASM sobre el control de la deformación durante el tratamiento térmico, donde los cambios dimensionales tras el endurecimiento se consideran un factor importante a tener en cuenta en la planificación del proceso. Esto puede ayudar a controlar la estabilidad dimensional, ya que las características críticas finales se producen después de que la pieza ya haya sufrido deformaciones debidas al tratamiento térmico.

Problemas de acceso a las herramientas en el CNC que favorecen el electroerosionado

Las herramientas CNC requieren acceso físico. Una fresa tiene un diámetro, un vástago, un portaherramientas y un límite práctico de alcance. A medida que la forma que se desea obtener es más profunda y estrecha, la herramienta se alarga y pierde rigidez. Esto aumenta el riesgo de flexión, vibraciones, conicidad, mal acabado y rotura de herramientas.

Entre los problemas de acceso a las herramientas en el CNC que favorecen el electroerosionado se incluyen:

• Esquinas internas muy pronunciadas que una fresa de extremo redondeado no puede crear
• Ranuras estrechas que requieren fresas muy pequeñas o muy largas
• Bolsillos profundos con una relación de aspecto elevada
• Contornos internos en material endurecido
• Paredes delgadas que pueden flexionarse bajo la fuerza de corte
• Detalles pequeños en los que las microherramientas son frágiles

El electroerosionado (EDM) evita muchas de estas limitaciones mecánicas, ya que no ejerce presión sobre la pieza. El electroerosionado por hilo permite cortar perfiles pasantes de gran precisión. El electroerosionado por penetración permite crear cavidades con detalles que se adaptan a la forma del electrodo. El electroerosionado para taladrado permite crear orificios pequeños o en ángulo en los casos en que el taladrado convencional resulta inestable o poco práctico.

Cuando el electroerosionado por hilo no es adecuado para la geometría de la pieza

El electroerosión por hilo es muy eficaz, pero no es un sustituto universal de Fresado CNC. El electroerosionado por hilo realiza el corte con un hilo en movimiento continuo, por lo que es ideal para perfiles con corte pasante. Si se trata de un hueco ciego, una superficie esculpida en 3D o una cavidad cerrada que no atraviesa la pieza de trabajo, es posible que el electroerosionado por hilo no sea adecuado.

Entre los límites habituales se incluyen:

• Por lo general, el corte debe atravesar todo el espesor de la pieza.
• El alambre necesita un punto de partida, ya sea desde un borde o a través de un orificio inicial.
• Los perfiles cerrados internos requieren orificios iniciales.
• Las superficies 3D complejas suelen ser más adecuadas para el fresado CNC o el electroerosionado por penetración.
• Los materiales muy gruesos pueden dificultar el control de las tolerancias, ya que el comportamiento del hilo, el enjuague y el control del cono resultan más complicados.
• La geometría debe permitir el recorrido del cable y el espacio de chispa.

Cuando el electroerosionado por hilo no es adecuado para la geometría de la pieza, el electroerosionado por penetración o el fresado CNC pueden seguir siendo opciones válidas. Por ejemplo, una cavidad de molde ciega con nervaduras afiladas puede ser adecuada para el electroerosionado por penetración, mientras que una cavidad abierta poco profunda con radios amplios puede ser adecuada para el fresado CNC.

Lista de comprobación: datos sobre el plano, el material, el estado de tratamiento térmico, las tolerancias y el acabado para confirmar la viabilidad

Antes de decidir entre el mecanizado por electroerosión (EDM) y el mecanizado CNC, es necesario revisar la pieza con todos los datos de fabricación. La falta de información provoca errores en los presupuestos y supone un riesgo para el proceso.

Utiliza esta lista de comprobación de viabilidad:

Cómo funcionan el EDM y el CNC: principios clave que subyacen a las compensaciones

Fresado y torneado CNC: corte mecánico, diámetro de la herramienta, fuerza de corte y alcance de la herramienta

El fresado y el torneado CNC eliminan virutas. El filo de la fresa corta el material de la pieza de trabajo. Este proceso es eficaz, pero genera una fuerza. La herramienta, el sistema de sujeción, la máquina y la pieza deben soportar dicha fuerza.

El diámetro de la herramienta influye en el tamaño mínimo de la pieza que se puede mecanizar. Una fresa redonda no puede crear una esquina interna perfectamente afilada, sino que deja un radio. Una fresa más pequeña puede reducir ese radio, pero las herramientas más pequeñas son menos rígidas y más propensas a romperse.

La longitud de la herramienta es importante porque las herramientas largas se doblan más que las cortas. Las cavidades profundas y las ranuras suelen obligar a utilizar fresas largas. Esto puede afectar a la tolerancia, a la rectitud de las paredes y al acabado superficial.

En pocas palabras, el CNC funciona mejor cuando la fresa es corta, rígida, está bien sujeta y puede acceder directamente a la pieza de trabajo.

Electroerosión por hilo frente al fresado CNC: descarga eléctrica, orificios iniciales, perfiles de corte pasante y ausencia de fuerza de corte

El electroerosionado por hilo utiliza un hilo fino como electrodo. El hilo no entra en contacto con la pieza de trabajo. Una chispa controlada salta a través de un pequeño espacio y erosiona el material. La máquina controla la trayectoria del hilo y el corte sigue el perfil programado.

En comparación con el fresado CNC, el electroerosionado por hilo presenta varias diferencias importantes:

• Utiliza un espacio de chispa, por lo que es necesario realizar una compensación.
• Realiza cortes pasantes en lugar de cavidades ciegas.
• Las formas cerradas internas necesitan orificios iniciales.
• Genera una fuerza de corte mecánica mínima o nula.
• Es capaz de mantener tolerancias estrictas en materiales duros y conductores.
• Es más lento que el fresado CNC a la hora de eliminar gran cantidad de material.

Por eso, la elección entre el electroerosionado por hilo y el fresado CNC suele depender de las características de la pieza. Una pieza fresada puede seguir necesitando electroerosionado por hilo para realizar una ranura estrecha, un perfil interno o una pared delgada.

Electroerosión por penetración frente al CNC para el mecanizado de cavidades complejas y geometrías basadas en electrodos

En el electroerosionado por penetración se utiliza un electrodo con la forma de la pieza deseada. El electrodo se introduce en la pieza de trabajo conductora mientras las chispas erosionan el material. La cavidad adquiere la forma determinada por el electrodo y el movimiento de la máquina.

La comparación entre el electroerosionado (EDM) y el CNC para el mecanizado de cavidades complejas suele inclinar la balanza hacia una solución híbrida. El CNC permite realizar el desbaste y el sem ACABADO de una cavidad con rapidez, especialmente antes del tratamiento térmico. A continuación, el electroerosionado por penetración puede encargarse del ACABADO de esquinas afiladas, nervaduras, detalles profundos y zonas a las que las herramientas de fresado no pueden acceder.

El electroerotión por penetración se utiliza habitualmente en moldes, matrices y cavidades, ya que el electrodo permite crear geometrías que, de otro modo, requerirían fresas muy pequeñas, largas o frágiles. La contrapartida es que los electrodos deben diseñarse, fabricarse, inspeccionarse y compensarse por el desgaste.

Electroerosión para taladrado frente al taladrado convencional en el caso de agujeros pequeños, profundos o en ángulo

La perforación convencional funciona bien cuando el diámetro, la profundidad, el material y el ángulo del orificio se encuentran dentro de los límites normales de corte. Los problemas surgen cuando los orificios son muy pequeños, muy profundos, tienen un ángulo muy pronunciado o se encuentran en materiales endurecidos o resistentes al calor.

El electroerosionado para taladrado permite realizar orificios pequeños, profundos o en ángulo en materiales conductores sin los riesgos de desviación del taladro, fuerza de corte o rotura de la herramienta que se dan con el taladrado convencional. Se utiliza a menudo en casos en los que un taladro convencional resultaría inestable o cuando se necesita un orificio inicial para el electroerosionado por hilo.

La contrapartida es la velocidad. Si un taladro estándar puede realizar el agujero con precisión y rapidez, el taladrado CNC suele resultar más económico. El taladrado por electroerosión cobra sentido cuando no es viable realizar el taladro mediante métodos convencionales.

Ventajas y limitaciones según el factor de decisión de ingeniería

Electroerosión frente a CNC para piezas con tolerancias ajustadas

La elección entre el electroerosión (EDM) y el CNC para piezas con tolerancias ajustadas depende de la geometría, el material y el tipo de característica. Ambos procesos pueden producir piezas de precisión. Las tolerancias típicas del mecanizado CNC para trabajos de precisión generales suelen situarse entre ±0,001 y ±0,0001 pulgadas. El electroerosionado por hilo suele alcanzar tolerancias de entre ±0,0001 y ±0,00005 pulgadas en muchas aplicaciones de producción. Normas de ensayo de la ISO Para las máquinas de electroerosión por hilo, se definen métodos específicos de verificación de la precisión para los sistemas de electroerosión utilizados en la fabricación de precisión.

La diferencia no radica únicamente en el número. La electroerosión (EDM) suele ser más estable en piezas conductoras duras, delicadas o complejas, ya que no genera fuerza mecánica de corte. El CNC también puede alcanzar tolerancias ajustadas, pero es posible que sea necesario un control más riguroso del desgaste de las herramientas, la deflexión, el calor, la sujeción y la acumulación de errores de configuración.

Para superficies planas de precisión o elementos cilíndricos, el rectificado con plantilla, Rectificado CNC, u otros procesos de acabado también pueden competir con el electroerosionado. A la hora de decidir entre el rectificado CNC con plantilla y el electroerosionado, el rectificado suele tenerse en cuenta cuando el objetivo es obtener una superficie rectificada con precisión y se dispone de acceso para la muela. El electroerosionado suele ser la opción preferida cuando los elementos clave son contornos internos, esquinas afiladas, cavidades o perfiles a los que es difícil llegar con una muela de rectificado.

Limitaciones del fresado CNC en el caso de esquinas internas muy pronunciadas

Las limitaciones del fresado CNC en las esquinas internas pronunciadas se deben a la forma de la fresa. Las fresas de extremo son redondas, por lo que dejan un radio igual, como mínimo, al radio de la herramienta, a menos que se utilice otro proceso.

Los diseños que requieren esquinas internas muy pronunciadas suelen aumentar el coste del mecanizado CNC, ya que el taller puede necesitar fresas muy pequeñas, configuraciones adicionales, acabados secundarios o electroerosión. En algunos casos, puede resultar imposible cumplir con la tolerancia del plano y los requisitos de las esquinas utilizando únicamente el fresado CNC.

Si la esquina no afecta al funcionamiento, aumentar el radio interno puede reducir el coste y el plazo de entrega. Si la esquina es funcional, como en el caso de un inserto de troquel o un detalle del molde, el electroerosionado (EDM) puede ser el proceso más adecuado.

Diferencias en el acabado superficial entre el mecanizado por electroerosión y el mecanizado CNC

Las diferencias en el acabado superficial entre el electroerosionado (EDM) y el mecanizado CNC dependen de los parámetros del proceso. Las operaciones típicas de CNC suelen producir un Ra de entre 0,8 y 3,2 μm aproximadamente. El electroerosionado puede alcanzar un Ra de entre 0,05 y 1,6 μm, dependiendo de las pasadas y las condiciones, y muchos acabados de electroerosionado en producción suelen situarse en el rango de Ra de 0,2 a 0,8 μm.

El electroerosionado (EDM) no siempre implica un acabado espejo. Una pasada estándar de EDM puede dejar una superficie mate y texturizada. Para obtener acabados más finos, puede ser necesario realizar pasadas de repaso, utilizar ajustes más lentos o pulir. El acabado CNC también puede producir superficies de muy buena calidad en elementos accesibles, siempre que se utilicen las herramientas adecuadas, se realicen cortes de acabado y se mantengan configuraciones estables.

El electroerosión (EDM) puede dejar una capa de refundición, a veces denominada «capa blanca», además de una zona afectada por el calor, dependiendo de los ajustes y del material. Esto es importante en superficies críticas en cuanto a fatiga, sellado, desgaste o pulido, ya que las microfisuras, la alteración del estado de la superficie o el esfuerzo de acabado posterior pueden convertirse en el verdadero factor determinante a la hora de tomar una decisión. Si se opta por el electroerosionado para una superficie crítica, hay que confirmar si son necesarias pasadas de desbaste, pulido, rectificado o la validación de la integridad de la superficie.

La decisión práctica depende de las características concretas de la pieza. El electroerosionado (EDM) puede resultar más adecuado para detalles internos finos y piezas conductoras complejas. El CNC puede ser más adecuado para superficies amplias y accesibles en las que las marcas de la herramienta sean aceptables o fáciles de pulir.

Riesgos de formación de rebabas en el mecanizado CNC frente al mecanizado por electroerosión (EDM)

El corte por CNC puede generar rebabas, ya que la herramienta corta físicamente el material. Las rebabas suelen aparecer en las salidas de ranuras, los bordes de los orificios, los bordes delgados y los elementos que se cruzan. El desbarbado puede suponer un trabajo adicional, afectar a las dimensiones y suponer un riesgo para los elementos pequeños de precisión.

El electroerosionado (EDM) presenta un riesgo de rebabas mucho menor, ya que erosiona el material en lugar de cortarlo. Esta es una de las razones por las que se utiliza el EDM para realizar detalles delicados de precisión en piezas médicas y aeroespaciales. El control de las rebabas puede ser fundamental en aquellos casos en los que no se admiten rebabas sueltas, daños en los bordes o el desbarbado manual.

El electroerosionado (EDM) puede seguir planteando problemas relacionados con la integridad de la superficie, como la formación de una capa de refundición, dependiendo de los ajustes y las necesidades de la aplicación. En el caso de piezas críticas desde el punto de vista de la fatiga o sometidas a grandes tensiones, se debe revisar el estado de la superficie en lugar de dar por sentado que el EDM supone automáticamente un acabado.

Modos de fallo habituales, riesgos de calidad y errores de diseño

Dificultades a la hora de mecanizar ranuras profundas y estrechas con CNC o electroerosión

Los retos que plantea el mecanizado de ranuras profundas y estrechas mediante CNC o electroerosión varían en función de cada proceso.

En el fresado CNC, las ranuras profundas y estrechas requieren herramientas pequeñas y largas. Estas herramientas se deforman, vibran, se desgastan y se rompen con mayor facilidad. Además, la evacuación de virutas puede ser deficiente. El resultado puede ser paredes cónicas, un acabado deficiente o el incumplimiento de las tolerancias.

En el electroerosionado por hilo, las ranuras profundas pueden ser precisas si la geometría es un corte pasante y el lavado es estable. Sin embargo, los materiales muy gruesos pueden dificultar el control del hilo, el control del cono y el lavado. El electroerosionado por penetración permite realizar ranuras ciegas, pero es necesario controlar el desgaste del electrodo y el lavado.

Un error de diseño es dar por sentado que el hecho de que se trate de una “ranura” implica automáticamente que el proceso es sencillo. La anchura y la profundidad de la ranura, si es ciega o pasante, la dureza del material y la tolerancia son factores que influyen.

¿Cuál es el mejor proceso para piezas de precisión de paredes finas: electroerosión o CNC?

El mejor proceso para fabricar piezas de precisión de paredes delgadas —electroerosión (EDM) o CNC— depende de si la pared puede soportar las fuerzas de corte y sujeción. Las paredes delgadas pueden deformarse bajo las cargas que se producen durante el fresado o el torneado. También pueden vibrar, producir sacudidas o desplazarse en el dispositivo de sujeción.

El electroerosionado (EDM) suele ser la técnica preferida para el acabado de elementos de pared delgada en materiales conductores, ya que no ejerce presión sobre la pieza. El electroerosionado por hilo permite cortar perfiles y ranuras con una baja tensión mecánica. Esto puede reducir los desechos y las variaciones dimensionales en piezas delicadas.

El CNC puede seguir siendo la mejor opción si la pared tiene el grosor suficiente, el material es fácil de cortar y la geometría requiere un fresado en 3D en lugar de perfiles de corte pasante. Una estrategia habitual consiste en dejar material de soporte durante el desbaste con CNC y, a continuación, utilizar electroerosión (EDM) o cortes de acabado ligeros para obtener las dimensiones finales.

Repercusión del desgaste de los electrodos en la precisión del electroerosionado por penetración

El impacto del desgaste del electrodo en la precisión del electroerosionado por penetración es un aspecto fundamental a tener en cuenta en la planificación de este proceso. El electrodo se erosiona durante el mecanizado al mismo tiempo que la pieza de trabajo. Si no se tiene en cuenta el desgaste, la cavidad puede quedar demasiado pequeña, demasiado grande, cónica o irregular.

Las empresas controlan el desgaste de los electrodos mediante la elección del material de los mismos, los ajustes de la máquina, los electrodos de desbaste y de acabado, la compensación y la inspección. Las cavidades complejas pueden requerir varios electrodos. Los detalles finos pueden requerir electrodos de acabado independientes.

Por eso, el electroerosionado por penetración puede ser muy preciso, pero no es sencillo. El diseño del electrodo y la planificación del desgaste influyen en la tolerancia, el acabado superficial, el coste y el plazo de entrega.

Problemas de estabilidad dimensional en el electroerosionado frente al fresado tras el tratamiento térmico

Las preocupaciones relativas a la estabilidad dimensional entre el electroerosionado y el fresado tras el tratamiento térmico suelen determinar la ruta de proceso a seguir. El tratamiento térmico puede deformar las piezas. Si una pieza se mecaniza íntegramente con CNC en estado blando y luego se somete a tratamiento térmico, las dimensiones críticas pueden variar.

En muchos casos es posible el mecanizado CNC de materiales endurecidos, pero el desgaste de las herramientas y las fuerzas de corte pueden aumentar. Las piezas endurecidas finas o delicadas pueden resultar difíciles de sujetar y mecanizar sin que se desplacen.

El EDM se utiliza a menudo tras el tratamiento térmico, ya que permite el acabado de piezas conductoras endurecidas con una fuerza mecánica mínima. Esto lo hace útil para herramientas, insertos de troqueles, punzones y componentes de precisión en los que es necesario mantener las dimensiones finales tras el endurecimiento.

Factores de coste, tolerancia y plazo de entrega

Factores de coste del electroerosionado por hilo en comparación con el fresado CNC

Entre los factores que influyen en el coste del electroerosionado por hilo, en comparación con el fresado CNC, se incluyen el tiempo de ciclo, la configuración, los consumibles, la tolerancia, el material y la geometría. El fresado CNC suele ser más rápido para la eliminación de material a granel y para las características generales, por lo que a menudo presenta un menor coste por pieza en el caso de piezas sencillas o de complejidad moderada.

El electroerosionado por hilo suele ser más lento. Además, utiliza hilo y sistemas dieléctricos, y puede requerir la realización de orificios iniciales. Las pasadas múltiples de desbaste aumentan el tiempo cuando se requieren tolerancias más ajustadas o un acabado más fino.

El electroerosionado (EDM) puede seguir reduciendo el coste total cuando el CNC requeriría utillaje especial, numerosas configuraciones, fresas frágiles, un desbarbado intensivo o un alto riesgo de desperdicio. Entre las características de diseño que aumentan el coste tanto en el electroerosionado como en el CNC se incluyen las formas profundas y estrechas, las tolerancias ajustadas en superficies no críticas, el acceso difícil, las esquinas internas afiladas y los requisitos de acabado poco claros.

Rangos de tolerancia típicos del electroerosionado (EDM) frente al CNC para piezas de precisión

Los rangos de tolerancia típicos deben considerarse valores de planificación, no garantías. La capacidad de tolerancia depende en gran medida del tipo de característica, el espesor de la pieza, el método de inspección y el control térmico, y no solo de la clase de la máquina. La precisión del perfil, la ubicación de los orificios, la rectitud de las paredes, el control del espesor, la forma de las cavidades y el comportamiento de la conicidad del alambre en secciones más gruesas deben revisarse por separado antes de considerar equivalentes dos rutas de proceso. Las tolerancias estrictas deben indicarse junto con un método de verificación práctico, como una máquina de medición por coordenadas (CMM), sondaje, inspección óptica o metrología de superficies.

Según ISO 10791-7:2020, la precisión de los centros de mecanizado debe evaluarse mediante condiciones de ensayo normalizadas y piezas de ensayo acabadas, en lugar de basarse únicamente en las especificaciones de la máquina. Esta norma define los métodos de evaluación de la precisión de los centros de mecanizado, incluidos los ensayos utilizados para verificar la capacidad de las fresadoras y mandrinadoras CNC en condiciones controladas. Por lo tanto, las especificaciones de tolerancia de las máquinas CNC deben considerarse junto con la geometría de las piezas, las condiciones del proceso y los métodos de inspección, en lugar de basarse únicamente en la precisión nominal de la máquina.

En el fresado y torneado CNC de precisión estándar, las tolerancias que suelen indicarse para operaciones viables oscilan entre ±0,001 y ±0,0001 pulgadas. En el caso del electroerosionado por hilo, las tolerancias habituales en muchas aplicaciones de precisión oscilan entre ±0,0001 y ±0,00005 pulgadas.

La tolerancia real depende de:

• Tamaño y grosor de la pieza
• Estabilidad del material
• Estado tras el tratamiento térmico
• Geometría de las características
• Estado de la máquina
• Fijación
• Control térmico
• Método de inspección
• Requisitos de acabado superficial

Para los compradores, la pregunta relevante no es solo “¿Puede el proceso cumplir esta tolerancia?”, sino también si todas las tolerancias del plano deben ser tan estrictas. Las tolerancias estrictas en las cotas no funcionales aumentan los costes sin mejorar el rendimiento.

Límites de tolerancia del electroerosionado por hilo en materiales de gran espesor

Las limitaciones de tolerancia del electroerosión por hilo en materiales de gran espesor se deben al comportamiento del hilo, al lavado, a los efectos térmicos y al control del cono. A medida que aumenta el espesor del material, resulta más difícil mantener las mismas condiciones a lo largo de toda la altura de corte.

El electroerosión por hilo puede seguir siendo preciso en materiales conductores de gran espesor, pero el margen de trabajo del proceso se reduce. Puede ser necesario realizar varias pasadas, compensar el cono, mantener un lavado estable y realizar una configuración minuciosa. Esto supone un aumento del tiempo y del coste.

En el caso de las piezas de gran espesor, los compradores deben determinar qué dimensiones son críticas a lo largo de todo el espesor y cuáles lo son en menor medida. Esto ayuda al fabricante a elegir la estrategia de corte y el plan de inspección adecuados.

Compensaciones en los plazos de entrega entre el mecanizado por electroerosión y el mecanizado CNC

Las ventajas e inconvenientes en cuanto a plazos de entrega entre el mecanizado por electroerosión (EDM) y el mecanizado CNC dependen tanto del tiempo de preparación como del de ejecución. El CNC suele resultar más ventajoso cuando se puede acceder fácilmente a la geometría y el volumen de material a eliminar es elevado. Permite realizar el desbaste y el acabado de muchas piezas rápidamente una vez que las herramientas, los sistemas de sujeción y los programas están listos.

El electroerotión puede alargar los plazos de entrega, ya que el corte es más lento y el electroerotión por penetración puede requerir el diseño y la fabricación de electrodos. El electroerotión por hilo puede necesitar orificios iniciales y pasadas de desbaste. Estos pasos llevan tiempo.

Una ruta híbrida puede acortar el tiempo de fabricación de piezas complejas si evita intentos fallidos con el CNC, retrasos debidos a fresas especiales, reelaboraciones o desechos. El proceso más rápido sobre el papel no siempre es la ruta más rápida de ejecutar si la geometría de la pieza presenta riesgos.

Aplicaciones: cuándo suele ser más adecuado el electroerosionado (EDM), el CNC o un flujo de trabajo híbrido

Elegir entre electroerosión (EDM) o CNC para componentes de acero templado

La elección entre el electroerosionado (EDM) y el CNC para componentes de acero templado depende, en primer lugar, del acceso a las características y de las tolerancias. En el caso de un punzón de acero para herramientas templado con esquinas internas funcionales, suele ser preferible el desbaste con CNC, seguido de electroerosionado por hilo o por penetración para el acabado final. Una carcasa de aluminio con superficies 3D abiertas suele ser más adecuada para el CNC, mientras que una pieza conductora de pared delgada puede inclinarse hacia el electroerosionado si la deformación por la fuerza de corte se convierte en el principal riesgo. Las piezas sencillas de gran volumen suelen ser más adecuadas para la optimización mediante CNC, mientras que un inserto templado único a menudo justifica el electroerosionado cuando la geometría o el acabado en estado duro determinan la decisión.

El mecanizado CNC permite trabajar con acero templado, pero es necesario controlar las fuerzas de corte, el desgaste de las herramientas y el calor. El electroerosionado suele ser la opción preferida para perfiles finales, ranuras, contornos internos y detalles de gran precisión tras el tratamiento térmico.

En el caso de un punzón o un inserto de matriz endurecido, el electroerosionado por hilo permite cortar los perfiles internos y externos definitivos tras el tratamiento térmico. De este modo, se evita el proceso de mecanizado CNC en material blando, el tratamiento térmico y el posterior rectificado para ajustar las dimensiones.

En el caso de un bloque endurecido con superficies externas sencillas y orificios accesibles, el fresado o rectificado CNC en material endurecido puede resultar más práctico. La decisión depende del tipo de característica, no solo del material.

Cuándo es preferible el electroerosionado por penetración al mecanizado CNC para moldes, matrices y cavidades

El electroerosionado por hundimiento (Sinker EDM) es preferible al mecanizado CNC para moldes, matrices y cavidades cuando la geometría incluye esquinas internas afiladas, nervaduras profundas, detalles estrechos o superficies de difícil acceso. El CNC puede eliminar material en grandes cantidades rápidamente, pero el diámetro y el alcance de la herramienta limitan el nivel de detalle final.

Un proceso típico de mecanizado de cavidades de moldes utiliza el CNC para el desbaste y el sem ACABADO, el tratamiento térmico si es necesario, y la electroerosión por penetración para los detalles finales. De este modo se pueden obtener radios en las esquinas y elementos profundos que las herramientas de fresado redondeadas no pueden crear en una sola configuración.

La contrapartida es el trabajo con electrodos. Si la cavidad se puede fresar con radios y un acabado aceptables, el CNC puede resultar más rápido y económico. Si la cavidad presenta detalles afilados funcionales, puede ser necesario recurrir al electroerosionado.

Por qué se utiliza el EDM para realizar detalles delicados y de alta precisión en piezas médicas y aeroespaciales

El EDM se utiliza para elementos delicados que requieren precisión, ya que genera muy poca fuerza mecánica y presenta un bajo riesgo de rebabas. Esto resulta útil para secciones delgadas, ranuras finas, microagujeros y aleaciones duras.

En los componentes médicos y aeroespaciales, las pequeñas rebabas, los daños en los bordes o las marcas de las herramientas pueden suponer un grave problema. El electroerosionado (EDM) puede reducir la rotura de herramientas y el desbarbado manual en elementos difíciles de fresar. También puede ayudar a mantener la repetibilidad en piezas conductoras delicadas.

Esto no significa que el electroerosionado (EDM) sea siempre el mejor proceso para estos sectores. Muchas piezas médicas y aeroespaciales se mecanizan mediante CNC. Se opta por el electroerosionado en aquellos casos en los que la fuerza de corte, el control de las rebabas o la geometría hacen que el CNC resulte arriesgado.

Cuándo el mecanizado CNC es la mejor opción para las piezas de producción general

El mecanizado CNC suele ser la opción más adecuada para piezas de producción general con una geometría accesible, tolerancias moderadas y materiales que se mecanizan bien. Es más rápido para la eliminación de material a gran escala y resulta muy adecuado para piezas prismáticas, piezas torneadas, carcasas, soportes, placas, ejes y muchos accesorios.

El CNC también resulta más adecuado cuando el material es no conductor, cuando la pieza requiere superficies esculpidas en 3D o cuando la geometría del corte pasante mediante electroerosión no se ajusta al diseño.

Para cantidades mayores, el CNC suele ofrecer una ventaja en cuanto a costes, ya que los tiempos de ciclo son más cortos. Aunque se puede seguir recurriendo al electroerosionado (EDM) para determinadas características, utilizarlo en todas ellas puede aumentar los costes y los plazos de entrega sin mejorar la funcionalidad.

Guía de decisión: Cómo elegir entre EDM, CNC o CNC + EDM

¿En qué casos es mejor el EDM que el mecanizado CNC?

El mecanizado por electroerosión (EDM) es más adecuado que el mecanizado CNC cuando la pieza es conductora y el principal riesgo radica en la geometría, la dureza o la fuerza. Algunos ejemplos son el acero para herramientas endurecido, las esquinas internas afiladas, las ranuras profundas y estrechas, los perfiles de paredes delgadas, los detalles internos finos y las cavidades complejas.

El EDM también resulta útil cuando es necesario realizar un mecanizado tras el tratamiento térmico para controlar las dimensiones finales. Puede reducir los desechos en los casos en que las fuerzas de corte podrían deformar o dañar la pieza.

Las principales limitaciones son la conductividad, la velocidad, el acceso a los electrodos o cables, los requisitos de integridad de la superficie y el tipo de geometría.

¿Puede el EDM sustituir por completo al mecanizado CNC?

El electroerosionado (EDM) no puede sustituir por completo al mecanizado CNC. El EDM es más lento para la eliminación de material a granel y no es adecuado para materiales no conductores. El electroerosionado por hilo es principalmente un proceso de corte a través, mientras que el electroerosionado por penetración requiere electrodos.

El CNC sigue siendo el proceso principal para muchas piezas generales, ya que es más rápido, flexible y adecuado para una amplia gama de materiales. En muchos procesos de precisión, el CNC y el electroerosionado (EDM) se complementan entre sí, en lugar de competir directamente.

¿Cómo deberían comparar los compradores los presupuestos de EDM y CNC?

Los compradores deberían comparar los presupuestos de electroerosión (EDM) y CNC teniendo en cuenta algo más que el precio unitario. Un precio más bajo puede conllevar un mayor riesgo si el proceso se acerca a sus límites.

Comprueba estos puntos:

• ¿Se ajusta el proceso propuesto al material y a las condiciones de tratamiento térmico?
• ¿Se están mecanizando, quemando o rediseñando con radios las esquinas internas afiladas?
• ¿Se aplican tolerancias estrictas solo cuando es necesario?
• ¿Incluye el presupuesto los repasos de desbaste, los electrodos, el desbarbado o el pulido necesarios?
• ¿Existe algún plan para las paredes delgadas, las ranuras profundas y la deformación de las piezas?
• ¿Son los métodos de inspección adecuados para la tolerancia?
• ¿El plazo de entrega incluye la fabricación de los electrodos o las operaciones de perforación inicial?

Una buena comparación tiene en cuenta de forma conjunta el coste, el riesgo de tolerancia, el plazo de entrega, el acabado y el riesgo de desperdicio.

Matriz de decisión: flujo de trabajo con electroerosión (EDM), CNC o híbrido (CNC + EDM)

En resumen, opta por el CNC cuando se pueda acceder a la pieza, el material se corte bien y la velocidad sea un factor importante. Opta por el electroerosión (EDM) cuando el material sea conductor, la dureza sea elevada, se requieran detalles nítidos, haya secciones delgadas o el acceso con herramientas haga que el corte mecánico resulte arriesgado. Opta por el CNC + EDM cuando la pieza presente tanto una geometría voluminosa como características de precisión críticas.

No optes por el electroerosionado (EDM) de forma predeterminada cuando el trabajo se caracterice por un desbaste de gran volumen, una geometría externa abierta o superficies ampliamente accesibles, ya que, en esos casos, el CNC suele ser el proceso principal más práctico. Evita también dar por sentado que el electroerosionado es el mejor proceso de acabado si la superficie en cuestión no puede asumir el riesgo de que se forme una capa de rebabe sin un acabado secundario o una validación. Antes de realizar el pedido, señala qué tolerancias estrictas, condiciones de los bordes, nitidez de las esquinas y acabados superficiales son realmente funcionales, de modo que la ruta del proceso se seleccione en función de la funcionalidad y no de los hábitos de diseño.

Preguntas frecuentes: Mecanizado por electroerosión frente al mecanizado CNC

Referencias

https://www.iso.org/standard/60023.html

https://www.iso.org/cms/live/live/es/sites/isoorg/contents/data/standard/07/38/73814.html

https://dl.asminternational.org/handbooks/edited-volume/9/chapter/110214/Control-of-Distortion-in-Tool-Steels