METODO DE MECANIZADO ELECTROQUIMICO PULSADO ESTADO DEL ARTE 5 El mecanizado electroquímico es una técnica conocida para la mecanización de piezas de metal y aleaciones duras y de alta resistencia. Este tipo de material es ampliamente utilizado en el sector de moldes, matrices, automovilismo, aeronáutica, incluso en el sector aeroespacial debido principalmente a sus propiedades mecánicas, su resistencia a la corrosión 1O y su resistencia al desgaste. No obstante estas mismas características hacen que el mecanizado de este tipo de material sea muy difícil y costoso mediante el uso de mecanizados convencionales. Es por ello que el mecanizado electroquímico ha ido implantándose en la mecanización de metales y aleaciones duras y de alta resistencia principalmente porque provee al mecanizado de elevadas tasas de arranque de material, con ausencia o mínimo 15 deterioro de la herramienta de trabajo y con superficies carentes de rebabas .Una característica importante de esta tecnología es que permite realizar mecanizados de formas complejas con independencia de sus propiedades mecánicas y/o térmicas, dado que latecnología está basada en la disolución electroquímica controlada de ánodo a través de aplicación de corriente, por lo que el material a procesar ha de ser eléctricamente conductor para poder ser mecanizado 20 electroquímicamente. Es sabido también que esta tecnología se aplica tanto para la mecanización de metales y aleaciones duras y de alta resistencia, así como para procesos de pulido y desbarbado de los mismos. Como base se puede decir que el mecanizado electroquímico es realizado en una celda electrolítica mediante la aplicación de un potencial positivo a la pieza (ánodo) y un potencial negativo a la herramienta de mecanizado (cátodo) 25 para mecanizar así la pieza. Generalmente, en el mecanizado electroquímico el cátodo (herramienta) presenta un avance hacia el ánodo (pieza) en presencia de un liquido electrolito a través del hueco 30 interelectrodo (cátodo -ánodo) llamado gap, por el que fluye una corriente que ocasiona la erosión o disolución del material de la pieza o ánodo. Como se ha mencionado anteriormente, ésta técnica puede ser utilizada para mecanizar piezas de formas complejas tanto de metal como de sus aleaciones, y se caracteriza en que las altas corrientes aplicadas siempre son corrientes continuas directas. Usualmente, el gap interelectrodo se suele preestablecer al 35 inicio del mecanizado dependiendo del tipo de proceso a la que esté destinado la pieza; mecanizado electroquímico, pulido electroquímico y/o desbarbado electroquímico, siendo habitualmente el gap de unos pocos milímetros. ( de 0.1 mm hasta 30 mm ó más dependiendo del tipo de proceso particular del que se trate). 40 Sin embargo el mecanizado electroquímico de corriente directa continua, comúnmente llamado ECM, presenta ciertos problemas debidos a las altas intensidades y/o tensiones utilizadas en el proceso, como pueden ser el exceso de presencia de calor, burbujas de gas, así como el exceso de material desprendido durante el proceso , causando condiciones hidrodinámicas adversas, cambios de forma en la herramienta debido a precipitaciones de 45 hidróxidos de metal, lo cual conlleva a mecanizados poco precisos e incluso a acabados superficiales pobres.
De esta manera para mejorar la calidad superficial de los mecanizados de metales duros, de alta resistencia, y sus aleaciones, así como para mejorar considerablemente las precisiones de los mismos, se han dispuesto ciertas variaciones en el mecanizado electroquímico, llegándose a crear una nueva tecnología llamada Mecanizado Electroquímico 5 Pulsado (PECM). Esta tecnología se caracteriza en que la corriente y/ tensión aplicada entre cátodo y ánodo, frente a un electrolito dado, es pulsada, pudiendo ser ésta unipolar o bipolar. En ella (PECM), los tiempos de ausencia de pulso de tensión y/o intensidad se utilizan para evacuar del gap el calor, el gas y las partículas desprendidas y/o generadas durante el proceso de mecanizado de la pieza. En el mecanizado PECM, también se reducen considerablemente 1O el flujo del electro lito, así como las dimensiones del gap mejorando las propiedades hidrodinámicas en el mismo y consecuentemente se mejora la calidad superficial y la precisión. Por el contrario, las intensidades y/o tensiones aplicadas en esta tecnología son más 15 bajas obteniendo tasas de arranque de material más moderadas que en el mecanizado electroquímico tradicional (ECM). Aun así, la tecnología PECM presenta algunas dificultades a la hora de mecanizar materiales y/o aleaciones que presentan duras capas de pasivación. Durante el mecanizado, en el periodo de tiempo de aplicación de la tensión y/o intensidad se rompen estas capas de pasivas consiguiéndose de esta manera mecanizar la pieza. El 20 problema surge cuando en los tiempos de ausencia de tensión y /o corriente, las capas de pasivación ( o capa oxidación) se regeneran de manera aleatoria debido a la presencia de oxigeno en el interelectrodo o gap. La sucesión continuada de estos estados en la capa de pasivación lleva a la aparición de picaduras en el mecanizado. Otro problema asociado es la deformación del electrodo durante el mecanizado debido a que durante el mecanizado se 25 pueden depositar óxidos de metal en el mismo produciendo un cambio en sus dimensiones y perdiendo consecuentemente la precisión en el mecanizado. Como se ha mostrado con anterioridad para obtener mejoras en la calidad y preclSlon en el mecanizado, el hueco interelectrodo o gap , debe ser lo mas pequeño posible. Según el 30 estado de la técnica y la patente americana US 6.835.299 (B. Tchugunov) es conocida la aplicación de un movimiento oscilante o vibración en el cátodo que permite la reducción del gap de mecanizado así como la evacuación de los sedimentos y calor creados durante el proceso de mecanizado. 35 Por otro lado es conocida la aplicabilidad para PECM del sincronismo del movimiento vibratorio del cátodo con el suministro de pulsos de intensidad y /o tensión cuando la distancia entre el cátodo y el ánodo es mínima. El suministro de estos pulsos de intensidad pueden ser bipolares, tal como se ha visto y se establece en las patentes americanas US 5.833.835 ( Gimaev, N., Zajcev,A.,Agafonov, l., etc) y US 6.402.931 (Chengdong Zhou, 40 Jennings Taylor, etc.) pero su efectividad está limitada por el hecho de que durante la aplicación de los pulsos inversos la polaridad de los electrodos cambia, pudiendo llegar a producir, durante los pulsos inversos, una disolución de la herramienta de trabajo si la parametrización de la aplicación de pulsos inversos, tanto en amplitud como en tiempo, no se efectúa correctamente. 45 También son conocidas las patentes americanas US3.271.283, US5.833.835, US 3.280.016 y la patente española ES 2051151 en las cuales se aplica durante el mecanizado un movimiento vibratorio al cátodo durante el avance de la misma hacia el ánodo y donde este
5 10 15 20 25 30 35 40 45 movimiento establece un sincronismo de activación de los impulsos de corriente a través de electrolito justo cuando la distancia entre el cátodo y el ánodo es mínimo. Así mismo con este movimiento vibratorio se consigue la mejora de extracción de elementos no deseados y calor producidos dentro del gap. Este movimiento vibratorio es establecido en todos ellos generalmente mediante un motor y/o un transductor mecánico, manteniendo así constante el movimiento vibratorio del electrodo durante todo el proceso de mecanizado. En ellas no se ha solucionado de manera satisfactoria la mecanización de metales y aleaciones pasivas, ni la aparición de óxidos de metal en el cátodo o herramienta, perdiendo consecuentemente precisión del mecanizado. Como variación a ellas es conocida la patente US 6.835.299 (B. Tchugunov) en el que es usada una vibración principal forzada de electrodo a baja frecuencia asistida mecánicamente y una frecuencia secundaria del rango de ultrasonidos donde la aplicación de la misma está limitada a la frecuencia propia del electrodo diseñado, dado que depende de las propiedades mecánicas del electrodo diseñado a tal efecto. Esta vibración de ultrasonidos es usada para activar la eliminación de la capa de óxido en materiales y aleaciones pasivas, así como para facilitar la evacuación de material disuelto durante el mecanizado. El problema surge debido a que no es posible una activación y desactivación controlada de la frecuencia de ultrasonidos dado que el electrodo continuará vibrando en la frecuencia propia para la que fue diseñada, a pesar de disponer de una consigna de desconexión por parte del sistema de control. Tampoco es posible realizar una modificación de las frecuencias ni de ráfagas de pulsos de frecuencia en estas condiciones. De lo que se desprende que esta técnica no soluciona de manera satisfactoria el problema planteado. De esta manera es objeto del presente invento dotar a la tecnología PECM soluciones que permitan mecanizar metales y aleaciones duras y de alta resistencia mejorando las calidades superficiales, precisiones dimensionales y reduciendo deposiciones de óxidos de metal en la herramienta de trabajo y reducir la aparición de capas pasivas en las piezas. DESCRIPICIÓN DE LA INVENCIÓN. Esta invención se refiere al mecanizado electroquímico Pulsado (PECM) Esta tecnología se caracteriza en que la corriente y/ tensión aplicada entre cátodo y ánodo, frente a un electrolito dado, es pulsada. En ella, los tiempos de ausencia de pulso de tensión y/o intensidad se utilizan para evacuar del espacio interelectrodo o gap el calor, el gas y las partículas desprendidas y/o generadas durante el proceso de mecanizado de la pieza. Habitualmente los pulsos de intensidad son aplicados en sincronismo con el movimiento vibración aplicado al cátodo y siempre cuando la posición entre el cátodo y el ánodo sea de máxima convergencia. El movimiento de vibración es aplicado de manera constante y continua a lo largo de la dirección de avance del cátodo hacia el ánodo. El mecanizado electroquímico pulsado puede ser utilizado para la mecanización de piezas de metal y aleaciones duras y de alta resistencia con formas irregulares y complejas. Sin embargo, es bien conocido el problema de la aparición de picaduras en el mecanizado de metales y aleaciones duras y resistentes debido principalmente a la rápida regeneración de la capa pasiva en presencia de oxigeno. Otro problema latente es la perdida de precisión del
mecanizado debido a la deposición de óxidos metálicos en el cátodo durante el proceso de mecanizado PECM. 5 La invención muestra un método que proporciona una solución a los problemas presentados dentro del mecanizado electroquímico pulsado. Para ello se dispone de un método mecanizado electroquímico pulsado cuya vibración es arbitraria variable. 1O 15 El objetivo relacionado con este invento es la de proporcionar un método de mecanizado electroquímico para la mejora de precisión, acabados superficiales y productividad, para mecanizar y procesar piezas de metal y aleaciones que presentan una formación rápida de capas pasivas. Consecuentemente es objeto de la invención el proporcionar un método de mecanizado electroquímico pulsado. Otro objeto de la invención es proporcionar un mecanizado electroquímico pulsado con vibración arbitraria y variable. 20 Es objeto de la invención también el proporcionar un mecanizado electroquímico pulsado mejorando la precisión dimensional y la calidad superficial de la pieza mecanizada. Es objeto de la presente invención también proporcionar un método que prevenga y/o reduzca la deposición de oxido de metal en la herramienta (cátodo). 25 Es objeto de la presente invención también el proporcionar un método que elimine o reduzca la formación de capa pasiva en la pieza durante el mecanizado electroquímico pulsado. 30 El mecanizado electroquímico dispuesto en el invento se realiza mediante el uso de corriente eléctrica pulsada unipolar y la incorporación de un movimiento vibratorio en el cátodo que permite una oscilación arbitraria variable del mismo durante el proceso de mecanizado. 35 40 45 En el proceso, la corriente eléctrica pasa a través de un electrolito el cual discurre entre el cátodo y ánodo produciendo una disolución electrolítica de la pieza a mecanizar. El cátodo avanza hacia el ánodo durante el mecanizado y el movimiento oscilatorio del cátodo se dispone en sincronismo con la activación de los pulsos eléctricos positivos, con extensión predeterminada, en el punto de proximidad entre el cátodo y ánodo. En el momento de separación del cátodo y el ánodo los pulsos son desactivados para evitar o minimizar la erosión y evitar así la perdida de precisión. En este periodo de ausencia de pulsos, el hueco interelectrodo o gap aumenta, el flujo de corriente disminuye y/o desaparece facilitando, a través del electrolito, la evacuación de calor, burbujas de gas y de partículas generadas durante el mecanizado. Como se ha mencionado el sincronismo de la activación y desconexión de los pulsos eléctricos se establece en sincronía con el movimiento vibratorio del cátodo. Usualmente el
rango de vibración del movimiento oscilatorio del cátodo es de 1-1OOHz siendo típicamente 50Hz. En estos rangos de frecuencia la evacuación de elementos y/o partículas no deseadas es factible, así como la posibilidad de reducción del gap del mecanizado. No obstante la 5 aplicación de una frecuencia superior en el cátodo durante le mecanizado electroquímico puede aportar el beneficio evacuar del gap elementos no deseados, de reducir la dimensión del gap, así como eliminar capas de óxidos de metal y facilitar la activación del mecanizado de metales pasivos. 1 O Para ello se establece en el cátodo, conjuntamente, paralelamente, alternativamente y/o adicionalmente una frecuencia de vibración superior, a la de 1-1OOHz, que puede comprender desde 100Hz -60KHz. Consecuentemente se posibilita el cátodo de vibrar en el rango de 1-60KHz. De la misma manera el movimiento de oscilación en el cátodo puede ser realizado mediante cualquier forma de onda necesaria en cada momento particular, con la característica 15 que puede ser variada de forma, amplitud y frecuencia de manera automática para cada aplicación particular. Así mismo, se pueden llegar a modular en frecuencia, amplitud cualquiera de las oscilaciones proporcionadas al cátodo. Consecuentemente, el método puede suministrar al cátodo dos o más tipos de 20 vibraciones, con las características referidas en el párrafo anterior, sin necesidad de desarrollar un cátodo con propiedades mecánicas (propiedades de resonancia) especificas para cada mecanizado. Asimismo, este tipo de vibraciones permite realizar activaciones de pulso de intensidad y/o tensión más precisas, a frecuencias mucho más elevadas. Esto permite atacar a los metales y aleaciones pasivas de manera que reduzcan la creación de dicha capa, se 25 reduce o elimina también la deposición de óxidos de metal en el cátodo obteniendo así una mejora de precisión y acabados superficiales en los mecanizados realizados. El método parte de un ánodo dispuesto en una mesa que permite el mecanizado de piezas de diferentes tamaños, así como el posicionamiento de las mismas. El cátodo 30 dispuesto en el eje Z tiene un movimiento de avance hacia el ánodo y a su vez tiene aplicado un campo magnético configurable situado en el camero. Este campo magnético configurable permite la arbitrariedad de la vibración así como su variación. Es necesario por ello, la disposición de controladores en tiempo real que permitan el control exhaustivo de la dotación y configuración de las ondas y frecuencias de vibración del cátodo. Asimismo los 35 controladores en tiempo real se establecen para supervisar la generación de pulso de corrientes aplicados en sincronismo con el movimiento vibratorio y realizar la supervisión y actuación de los niveles de avance Hay que constatar que la aplicación de la vibración, con las características 40 mencionadas anteriormente, que puede ser aplicada también en cualquiera de los electrodos (cátodo y ánodo) conjuntamente, separadamente y/o alternativamente dependiendo del tipo de requerimientos de la pieza a mecanizar. Este último caso facilita considerablemente la reducción y/o eliminación de la capa de pasivación, así como eliminación de la capa de los óxidos de metal en cátodo. 45 El sistema de control para poder realizar el control de los parámetros de mecanización se realizará a través de un control en tiempo real y un ordenador industrial.
Desde el sistema de control se podrán pre-establecer los parámetros de mecanización de acuerdo con las características, condiciones y forma de los materiales a mecanizar. Aquí también se pre-establecerá el tipo de vibración necesaria a emplear, así como si dicha vibración es de aplicación en el cátodo, ánodo o en ambos electrodos, simultáneamente y/o 5 alternativamente. El sistema de control también controlará el avance del cátodo de manera que se mantenga el gap deseado entre el cátodo y el ánodo. El avance, también puede estar aplicado en el ánodo en vez de en el cátodo. En este caso, el control también ejercerá la supervisión de 1 O que el gap se mantenga tal como se pre-estableció. El sistema de control, controlará los parámetros del electrolito, velocidad de suministro de la bomba, nivel de pH, concentración, temperatura, etc., y proveerá de control sobre el posicionamiento de la pieza a mecanizar, profundidad de mecanizado y estabilidad de los parámetros durante el mismo. 15 Inicialmente, se establecen los parámetros de mecanizado necesarios para cada caso. Lo parámetros fijados inicialmente serán, la tensión de trabajo, velocidad del electrolito durante el mecanizado, velocidad de avance del cátodo, frecuencia o frecuencias aplicables durante el mecanizado, así como tipos de formas de onda requeridas, si éstas actuarán en el proceso conjuntamente, alternativamente o adicionalmente. También la amplitud a la que se 20 desea vibrar y si necesitan ser moduladas. Asimismo se fijará los tiempos de los pulsos de corriente aplicados durante el mecanizado. Al iniciar el sistema detectará siempre primero el cero máquina con un contacto entre el cátodo y ánodo. Esto proporcionará referencia de posición y los encoders ópticos suministrarán el origen de mecanizado en los ejes X, Y y Z u otros si los hubiere 25 Posteriormente el sistema de control dotará al camero al cual está sujeto el cátodo los parámetros de oscilación pre-establecido para el mecanizado. El camero en su interior consta de un campo magnético configurable que es capaz de dotar al cátodo de una vibración totalmente arbitraria y variable. Es por ello que ha de ser configurada inicialmente, a través del sistema de control con la forma de onda y frecuencia o frecuencias de aplicación en el 30 momento de mecanizado. Así mismo ha de elegirse la frecuencia y onda de vibración principal que será con la que los pulsos de corriente entrarán en sincronía. Una vez comprobadas a través de retroalimentación que todos los sistemas están operativos, el cátodo comienza a vibraren tipo de frecuencia o frecuencias establecidas. El 35 cátodo y el ánodo están conectados al generador de potencia el cual les suministra los pulsos de corriente positivos en el momento de proximidad de los electrodos permitiendo llevar acabo la disolución electroquímica. El establecimiento de los pulsos de corriente puede ser realizado en fase con el punto mas bajo de la vibración, pero habitualmente se estable una tiempo que puede ser en adelanto o en retraso, siempre que el pulso de corriente sea 40 suministrado durante la fase de aproximación de los electrodos. Los pulsos de corriente se monitorizan en forma de caída de tensión entre cátodo y ánodo. Ello proporcionará la supervisión de las condiciones en las que se está llevando el mecanizado. Durante el mecanizado la impedancia entre cátodo y ánodo varía debido a los cambios producidos en la superficie de la pieza, por tanto se trata de compensar la intensidad aplicada para poder 45 mantener el estado de mecanizado a la tensión constante estipulada inicialmente. Durante el mecanizado, el cátodo avanza hacia el ánodo mediante un servocontrol, donde este avance puede estar fijado a una velocidad constante preferiblemente igual a la de
la disolución anódica durante un periodo. El servo control realiza un muestreo de las corriente de pulso que se van produciendo y si el proceso se da correctamente la pieza se erosiona y se transmite una consigna que habilita al cátodo a avanzar. En el caso en que las condiciones no sean las adecuadas se pueden producir tres casos; el primero, causaría la parada inmediata del 5 proceso debido a cortocircuitos. En el segundo caso el cátodo no avanzaría pero trataría de seguir mecanizando. En el tercer caso, tendríamos una actuación temporal del sistema de vibración que permitirá desplazar su referencia de vibración manteniendo la amplitud de la señal, de esta manera se permitirá al sistema continuar con el mecanizado, inyectar más electrolito para limpiar el gap de impurezas o defectos macro facilitando así la recuperación 1O de las condiciones de mecanizado necesarias. Durante un mecanizado normal el electrolito se suministrará a través de una bomba 8 controlada supervisada por un sensor que garantizará el mantenimiento de los parámetros establecido para el mecanizado. 15 La invención será complementada mediante figuras que pretenden ser ilustrativos de las facilidades que aporta el método y no limitantes. FIG. 1: Muestra de conjunto de mecanizado de acuerdo con el método de invento. 20 FIG. 2: Muestra una forma de diagrama de control para la realización del proceso. FIG 3: Frecuencia típica de oscilación de cátodo. FIG 4: Vibración de alta frecuencia. Rango de Ultrasonidos. FIGS. 5-7: Muestran formas de ondas para diferentes operaciones de mecanizado. FIG 5: Aplicación de vibración de ultrasonidos conjuntamente a la oscilación de 50Hz 25 en el periodo de separación cátodo-ánodo. FIG 6: Aplicación de vibración de ultrasonido permanentemente y conjuntamente a la vibración típica de 50Hz. FIG 7: Muestra la aplicación de variación de frecuencia y forma de onda en el periodo de aproximación del cátodo al ánodo. 30 FIG 8: Corrección de referencia de vibración, manteniendo la amplitud. FIGS 9-10: Muestra formas de ondas complejas para diferentes operaciones de mecanizado. FIG 9: Frecuencia de oscilación 50 Hz en periodo de aproximación cátodo-ánodo, con aplicación simultánea de ultrasonidos durante la separación de ambos electrodos y 35 actuación de pulsos de corriente y/o tensión FIG 10: Frecuencia de oscilación de forma cuadrada 5KHz en la zona de máxima convergencia cátodo y ánodo, con aplicación oscilación senoidal de 50Hz en la zona de separación de ambos electrodos. Activación de pulsos de corriente y/o tensión. FIG 11: Frecuencia de oscilación de forma cuadrada 5KHz en la zona de máxima 40 convergencia cátodo y ánodo, con aplicación oscilación senoidal de 50Hz conjuntamente a oscilación de ultrasonidos en la zona de separación de ambos electrodos. Activación de pulsos de corriente y/o tensión. DECRIPCION DE UN MODO PREFERENTE DE REALIZACIÓN 45 El mecanizado electroquímico dispuesto en el invento se realiza mediante el uso de corriente eléctrica pulsada unipolar y la incorporación de un movimiento vibratorio en el
cátodo 2 que permite una oscilación arbitraria variable 6 del mismo durante el proceso de mecanizado. En el proceso, la corriente eléctrica pasa a través de un electrolito 7 el cual discurre 5 entre el cátodo 2 y ánodo 4 produciendo una disolución electrolítica de la pieza a mecanizar. El cátodo 2 avanza hacia el ánodo 4 durante el mecanizado y el movimiento oscilatorio del cátodo 2 se dispone en sincronismo con la activación de los pulsos eléctricos positivos, con extensión predeterminada, en el punto de máxima convergencia entre el cátodo 2 y ánodo 4. Como se ha mencionado el sincronismo de la activación y desconexión de los pulsos 1O eléctricos se establece usualmente el rango de vibración del movimiento oscilatorio del cátodo 2. Entre 1-1OOHz siendo típicamente 50Hz. No obstante la aplicación de una frecuencia superior en el cátodo 2 durante le mecanizado electroquímico puede aportar el beneficio evacuar del gap elementos no deseados, de reducir la dimensión del gap, así como eliminar capas de óxidos de metal y 15 facilitar la activación del mecanizado de metales pasivos. Para ello se establece en el cátodo 2, conjuntamente, paralelamente, alternativamente y/o adicionalmente una frecuencia de vibración superior que posibilita el cátodo 2 vibrar en el rango de 1-60KHz. Asimismo la oscilación en el cátodo 2 puede ser variada en forma, 20 amplitud y frecuencia de manera automática para cada aplicación particular, siendo igualmente posible el modularlas tanto en frecuencia como en amplitud. El método puede suministrar al cátodo 2 dos o más tipos de vibraciones, con las características referidas anteriormente, permitiendo realizar activaciones de pulso de 25 intensidad y/o tensión más precisas, a frecuencias mucho más elevadas. De esta manera los metales y aleaciones pasivas presenta una reducción y/o eliminación de en la creación de dicha capa, reduciendo o eliminando también la deposición de óxidos de metal en el cátodo 2 obteniendo así una mejora de precisión y acabados superficiales en los mecanizados realizados. 30 El método parte de un ánodo 4 dispuesto en una mesa que permite el mecanizado de piezas de diferentes tamaños, así como el posicionamiento de las mismas. El cátodo 2 dispuesto en el eje Z tiene un movimiento de avance 5 hacia el ánodo 4 y a su vez tiene aplicado un campo magnético configurable situado en el camero pero, dicho campo podría 35 estar situado conjuntamente, separadamente y/o alternativamente en cualquiera de los electrodos (cátodo 2-ánodo 4). Este campo magnético configurable permite la arbitrariedad de la vibración así como su variación. Es necesario por ello, la disposición de controladores en tiempo real 1 O que permitan el control exhaustivo de la dotación y configuración de las ondas y frecuencias de vibración del cátodo 2. Asimismo los controladores en tiempo real 1 O se 40 establecen para supervisar la generación de pulso de corrientes aplicados en sincronismo con el movimiento vibratorio y realizar la supervisión y actuación de los niveles de avance 5 El sistema de control 19 para poder realizar el control de los parámetros de 45 mecanización se realizará a través de un control en tiempo real 1 O y un ordenador industrial. Desde el sistema de control19 se podrán pre-establecer los parámetros de mecanizado necesarios para cada caso. Lo parámetros fijados inicialmente serán, la tensión de trabajo,
5 10 15 20 25 30 35 40 45 velocidad del electrolito 7 durante el mecanizado, velocidad de avance 5 del cátodo 2, frecuencia o frecuencias aplicables durante el mecanizado, así como tipos de formas de onda requeridas, si éstas actuarán en el proceso conjuntamente, alternativamente o adicionalmente. También la amplitud a la que se desea vibrar y si necesitan ser moduladas. Asimismo se fijará los tiempos de los pulsos de corriente aplicados durante el mecanizado. El sistema de control 19, controlará el avance 5 del cátodo 2 de manera que se mantenga el gap deseado entre el cátodo 2 y el ánodo 4. El avance 5, también puede estar aplicado en el ánodo 4 en vez de en el cátodo 2. En este caso, el control también ejercerá la supervisión de que el gap se mantenga tal como se pre-estableció. El sistema de control 19, controlará los parámetros del electro lito 7, velocidad de suministro de la bomba 8, nivel de pH 15, concentración 17, temperatura, etc., y proveerá de control sobre el posicionamiento de la pieza 3 a mecanizar, profundidad de mecanizado y estabilidad de los parámetros durante el mtsmo. Tal y como se ha descrito anteriormente una vez posicionada y referenciada la pieza 3 a mecanizar el sistema de control 19 dotará al carnero que es soporte del cátodo 2 de los parámetros de oscilación pre-establecido. El campo magnético configurable dispuesto en el carnero que es capaz de dotar al cátodo 2 de una vibración totalmente arbitraria y variable. Es por ello necesaria su configuración inicial, tanto en la forma de onda y frecuencia o frecuencias mecanizadote aplicación para el caso específico. Así mismo ha de elegirse la frecuencia y onda de vibración principal que será con la que los pulsos de corriente entrarán en sincronía. Se realizan la comprobación de todos los sistemas antes de comenzar la mecanización. El cátodo 2 y el ánodo 4 están conectados al generador 11 de potencia el cual les suministra los pulsos de corriente positivos en el momento de proximidad de los electrodos permitiendo llevar acabo la disolución electroquímica. El establecimiento de los pulsos de corriente se realiza preferiblemente en fase con el punto mas bajo de la vibración, aunque éste puede ser en adelanto o en retraso, siempre que el pulso de corriente sea suministrado durante la fase de aproximación de los electrodos. La caída de tensión entre cátodo 2 y ánodo 4 es monitorizado proporcionando la supervisión de las condiciones en las que se está llevando el mecanizado. Durante el mecanizado la impedancia entre cátodo 2 y ánodo 4 varía debido a los cambios producidos en la superficie de la pieza 3, por tanto se trata de compensar la intensidad aplicada para poder mantener el estado de mecanizado a la tensión constante estipulada inicialmente. Durante el mecanizado, el cátodo 2 avanza hacia el ánodo 4 mediante un servocontrol, donde este avance 5 puede estar fijado a una velocidad constante preferiblemente igual a la de la disolución anódica durante un periodo. Se realiza un muestreo de las corriente de pulso que se van produciendo para observar el grado de erosionado de la pieza 3. Si las condiciones se establecen favorables y existe erosión de la pieza 3 se transmite una consigna que habilita al cátodo 2 a avanzar. En el caso en que las condiciones no sean las adecuadas se pueden producir tres posibilidades; la parada inmediata del proceso debido a cortocircuitos, reintento de mecanizado sin del cátodo 2 y un una actuación temporal del sistema de vibración que permitirá desplazar su referencia de vibración manteniendo la amplitud de la oscilación facilitando así la recuperación de las condiciones de mecanizado necesarias.
Durante un mecanizado el electrolito 7 será suministrado al gap a través de una bomba 8 controlada supervisada por un sensor que garantizará el mantenimiento de los parámetros de velocidad establecido inicialmente. 5 En las FIG 1 y 2 se muestran de manera esquemática una posible configuración del sistema así como un forma de control del sistema. En las FIG. 3 y 4 se pretende mostrar las señales tipo la cuales son de uso en procesos 1O de mecanizado electroquímico pulsado. FIG3 muestra una oscilación que podría estar comprendida entre 1-1OOHz, la cual típicamente se estable en 50 Hz. La FIG4 trata de mostrar una señal de alta frecuencia que representa en este caso oscilaciones de ultrasonidos. (20KHz-60KHz). Mediante el uso de estas señales base demostrará a nivel ilustrativo de las posibles actuaciónes del método, no siendo éstas limitantes. 15 En las condiciones de operación de la FIG. S mediante la aplicación de frecuencia de ultrasonidos conjuntamente a la vibración de 50Hz a lo largo de los periodos de separación entre los electrodos, consecuentemente periodos ausentes de pulsos de corriente de mecanizado, proporcionan las siguientes características: 20 • Mejorar la homogeneidad del flujo del electro lito 7, proporcionado la eliminación de defectos macro producidos en la superficie mecanizada. • Se evita la deposición de capa de oxido de metal en el cátodo 2, proporcionando un 25 mecanizado más preciso. • Asimismo facilita la evacuación de material extraído durante el mecanizado y una reducción del hueco interelectrodo o gap. • En las condiciones de operación de la FIG.6 mediante la aplicación de vibración de 30 ultrasonidos, permanentemente y conjuntamente, a la vibración típica de 50Hz, se obtienen las siguientes características; • Activar el proceso de disolución electroquímica debido a la cavitación, eliminando así las capas pasivas de metales y aleaciones cuyas características hacen que se pasiven 35 con mucha facilidad. • Permite reducir y/o eliminar la deposición de óxidos de metal en el cátodo 2. Asimismo proporciona un aumento de la densidad de corriente debido a la disminución del gap 40 En las condiciones de la operación de la FIG 7: mediante la aplicación de variación de frecuencia y forma de onda en el periodo de aproximación del cátodo 2 al ánodo 4, se obtienen las siguientes características: 45 • Se añade una mayor frecuencia en el proceso de activación de pulsos de corriente con lo que se activa con mayor frecuencia el proceso de disolución electroquímica, eliminando así con mayor facilidad las capas pasivas de metales y aleaciones duras y resistentes, con gran facilidad a la creación de capas pasivas.
5 10 15 20 25 30 35 40 45 • Se facilita el control de la activación de los pulsos de corriente y se facilita el control sobre posibles cortocircuitos en el proceso. La operación FIG 8 esta caracterizada porque permite la correccton de referencia de vibración, manteniendo la amplitud, esta característica evita la producción innecesaria de cortocircuitos y consecuentemente de paradas del proceso de mecanizado. Es una adaptación temporal a una situación critica momentánea que permite reajustar el proceso y/o atacar los posibles defectos. Esta característica es aplicable a todas las frecuencias variables y arbitrarias. La FIG 9 como la FIG 5 muestra la frecuencia de oscilación 50 Hz en periodo de aproximación cátodo 2 ánodo 4, con aplicación simultánea de ultrasonidos durante la separación de ambos electrodos. En este caso la FIG. 9 muestra un pulso de corriente activado durante el semiperiodo de activación de pulsos. La FIG 10 y la FIG.7 representas las mismas características. En la FIGlO se representa no obstante la activación del tren de pulsos de corriente en el que se facilita la disolución electroquímica. El tren de pulsos de corriente tiene una extensión y duración determinada configurable para cada material. En las condiciones de la operación de la FIG. 11 mediante la aplicación Frecuencia de oscilación de forma cuadrada 5KHz en la zona de máxima convergencia cátodo 2 y ánodo 4, con aplicación oscilación senoidal de 50Hz conjuntamente a la oscilación de ultrasonidos en la zona de separación de ambos electrodos, se obtienen las siguientes características: • Se añade una mayor frecuencia al proceso de disolución electroquímica, eliminando así con mayor facilidad las capas pasivas de metales y aleaciones con gran facilidad a la creación de capas pasivas. • Se evita la deposición de capa de oxido de metal en el cátodo 2, proporcionando un mecanizado más preciso. • Mejorar la homogeneidad del flujo del electrolito 7, proporcionado la eliminación de-defectos macro producidos en la superficie mecanizada. • Asimismo facilita la evacuación de material extraído durante el mecanizado y una reducción del hueco interelectrodo o gap. • Se facilita el control de la activación de los pulsos de corriente y se facilita el control: sobre posibles cortocircuitos en el proceso. La invención será ilustrada mediante un ejemplo concreto, el cual pretenden ser' ilustrativos y no limitante. De acuerdo con la FIG. 9 se realizo un tratamiento electroquímico pulsado a una piezo 3 en bruto de acero al cromo de alta aleación, estableciendo una frecuencia de vibracióll
típica de 50Hz que simultáneamente dispusiera de una frecuencia de 20Khz aplicada únicamente en el periodo de alejamiento de los electrodos, con una amplitud de vibración comprendida entre O.l-0.2mm. La tensión de trabajo se establecida en 1 OV con un electro lito a 18°C de temperatura, compuesta por una solución acuosa al 10% a una presión aplicada de 5 0.25MPa. En este caso se eligió dotar al pulso de corriente de un tiempo de 1 ms y 19ms de ausencia de pulso de corriente pero de los cuales 1 Oms se activan la acción de la frecuencia de ultrasonidos. Y la profundidad mecanizad de pieza fueron 1 Omm. En estas condiciones se consiguió mejorar el mecanizado tanto en precisión como en rugosidad superficial, consiguiendo una desviación en las paredes laterales de un 2% con una reducción 1 O considerable en al deposición de metales de oxido en el cátodo y una rugosidad final 0.1 J..lm y una disminución del gap de mecanizado a 0.002mm. De acuerdo con la FIG. 10 se realizo un tratamiento electroquímico pulsado a una 15 pieza 3 en bruto de una aleación Níquel/ Cromo de alta resistencia, estableciendo una frecuencia de vibración típica de 50Hz que dispusiera de una frecuencia de onda cuadrada de 5Khz aplicada únicamente en el periodo de convergencia de los electrodos, con una amplitud de vibración comprendida entre 0.1-0.2mm. La tensión de trabajo se establecida en 15V con un electro lito a 20°C de temperatura, compuesta por una solución acuosa al 9% a una presión 20 aplicada de 0.25MPa. En este caso se eligió dotar al pulso de corriente de un tiempo de 0.5ms y 0.15ms de ausencia de pulso de corriente suministrados a lo largo de 1 Oms que será el tiempo en el que se vuelva a disponer de una oscilación de 50 Hz sobre el cátodo. De esta manera se consigue un aumento de pulsos durante el mecanizado de la pieza que permite una eliminación de la capa pasiva durante el mecanizado siendo este resultado objeto de esta 25 experimentación. También se observa la ausencia de deposición de óxidos de metal en el así como la disposición de un acabado superficial por debajo de 0.1 J..lm.
METHOD OF MECHANIZED ELECTROCHEMICAL PULSED STATE OF ART 5 Electrochemical machining is a technique known for the machining of metal parts and hard alloys and high strength. This type of material is widely used in the sector of molds, dies, motorsport, aeronautics, even in the aerospace sector due mainly to its mechanical properties, its resistance to corrosion 1O and its resistance to wear. However, these same characteristics make the machining of this type of material very difficult and expensive through the use of conventional machining. That is why electrochemical machining has been implemented in the machining of metals and hard alloys and high strength mainly because it provides the machining of high rates of material removal, with absence or minimum deterioration of the work tool and with poor surfaces of burrs. An important feature of this technology is that it allows machining of complex shapes regardless of their mechanical and / or thermal properties, since the technology is based on controlled anode electrochemical solution through the application of current, so that the material process must be electrically conductive in order to be electrochemically machined. It is also known that this technology is applied both for the machining of metals and hard alloys and high strength, as well as for polishing and deburring processes thereof. As a basis, it can be said that the electrochemical machining is carried out in an electrolytic cell by applying a positive potential to the part (anode) and a negative potential to the machining tool (cathode) 25 to thereby machine the part. Generally, in the electrochemical machining the cathode (tool) presents an advance towards the anode (piece) in the presence of an electrolyte liquid through the interrelectrode gap (cathode-anode) called gap, through which flows a current that causes erosion or dissolution of the material of the piece or anode. As mentioned above, this technique can be used to machine parts of complex shapes of both metal and its alloys, and is characterized in that the high applied currents are always direct direct currents. Usually, the interelectrode gap is usually preset at the beginning of the machining depending on the type of process to which the piece is intended; electrochemical machining, electrochemical polishing and / or electrochemical deburring, the gap usually being a few millimeters. (of 0. 1 mm up to 30 mm or more depending on the particular type of process involved). 40 However, continuous direct current electrochemical machining, commonly called ECM, presents certain problems due to the high intensities and / or stresses used in the process, such as excessive heat, gas bubbles, as well as excess of material released during the process, causing adverse hydrodynamic conditions, changes of shape in the tool due to precipitations of metal hydroxides, which leads to inaccurate machining and even to poor surface finishes.
In this way, to improve the surface quality of machining of hard, high-strength metals and their alloys, as well as to considerably improve the accuracy of them, certain variations have been made in electrochemical machining, leading to the creation of a new technology called Electrochemical Machining 5 Pulsed (PECM). This technology is characterized in that the current and / or voltage applied between cathode and anode, compared to a given electrolyte, is pulsed, which may be unipolar or bipolar. In it (PECM), the times of absence of voltage pulse and / or intensity are used to evacuate from the gap the heat, the gas and the particles detached and / or generated during the machining process of the piece. In the PECM machining, the flow of the electro-lithium is also greatly reduced, as well as the dimensions of the gap, improving the hydrodynamic properties in the gap and, consequently, improving the surface quality and precision. On the contrary, the intensities and / or tensions applied in this technology are more low, obtaining more moderate material removal rates than in traditional electrochemical machining (ECM). Even so, the PECM technology presents some difficulties when it comes to machining materials and / or alloys that have hard layers of passivation. During the machining, in the period of time of application of the tension and / or intensity these layers of passives are broken, thus achieving the mechanization of the piece. The problem arises when at the time of absence of tension and / or current, the passivation layers (or oxidation layer) are regenerated in a random manner due to the presence of oxygen in the interelectrode or gap. The continuous succession of these states in the passivation layer leads to the appearance of pitting in machining. Another associated problem is the deformation of the electrode during the machining because during the machining metal oxides can be deposited therein producing a change in its dimensions and consequently losing precision in the machining. As has been shown previously to obtain improvements in quality and precision in machining, the inter-electrode gap must be as small as possible. According to the state of the art and the American patent US 6. 835 299 (B. Tchugunov) is known the application of an oscillating movement or vibration in the cathode that allows the reduction of the machining gap as well as the evacuation of the sediments and heat created during the machining process. On the other hand it is known the applicability for PECM of the synchronism of the vibratory movement of the cathode with the supply of pulses of intensity and / or tension when the distance between the cathode and the anode is minimal. The supply of these intensity pulses can be bipolar, as has been seen and is set forth in US Pat. Nos. 5. 833. 835 (Gimaev, N. , Zajcev, A. , Agafonov, l. , etc) and US 6. 402 931 (Chengdong Zhou, 40 Jennings Taylor, etc. ) but its effectiveness is limited by the fact that during the application of the reverse pulses the polarity of the electrodes changes, being able to produce, during the inverse pulses, a dissolution of the working tool if the parameterization of the pulse application inverses, both in amplitude and in time, is not carried out correctly. The American patents US3 are also known. 271 283, US5. 833. 835, US 3. 280 016 and the Spanish patent ES 2051151 in which a vibratory movement is applied to the cathode during machining during the machining thereof towards the anode and where this
5 10 15 20 25 30 35 40 45 movement establishes a synchronism of activation of the impulses of current through electrolyte just when the distance between the cathode and the anode is minimal. Also with this vibratory movement is achieved the improvement of extraction of unwanted elements and heat produced within the gap. This vibratory movement is established in all of them generally by means of a motor and / or a mechanical transducer, thus maintaining the vibratory movement of the electrode constant throughout the machining process. In them, the mechanization of metals and passive alloys has not been solved satisfactorily, nor the appearance of metal oxides in the cathode or tool, consequently losing machining precision. As a variation to them, the US 6 patent is known. 835 299 (B. Tchugunov) in which a forced main vibration of a mechanically assisted low frequency electrode and a secondary frequency of the ultrasonic range are used where the application of the same is limited to the proper frequency of the designed electrode, since it depends on the mechanical properties of the electrode. electrode designed for that purpose. This ultrasonic vibration is used to activate the removal of the oxide layer in passive materials and alloys, as well as to facilitate the evacuation of dissolved material during machining. The problem arises because a controlled activation and deactivation of the ultrasonic frequency is not possible since the electrode will continue to vibrate at the own frequency for which it was designed, despite having a disconnection setpoint by the control system . It is also not possible to modify the frequencies or bursts of frequency pulses under these conditions. From which it follows that this technique does not satisfactorily solve the problem posed. In this way, it is the object of the present invention to provide the PECM technology with solutions that allow the machining of hard and high-strength metals and alloys, improving the surface qualities, dimensional accuracies and reducing the deposition of metal oxides in the working tool and reducing the appearance of layers. passive in the pieces. DESCRIPTION OF THE INVENTION This invention relates to pulsed electrochemical machining (PECM) This technology is characterized in that the current and / voltage applied between cathode and anode, in front of a given electrolyte, is pulsed. In it, the times of absence of voltage pulse and / or intensity are used to evacuate from the interelectrode space or gap the heat, the gas and the particles detached and / or generated during the machining process of the piece. Usually the intensity pulses are applied in synchronism with the vibration movement applied to the cathode and always when the position between the cathode and the anode is of maximum convergence. The vibration movement is applied constantly and continuously along the direction of advance of the cathode towards the anode. The pulsed electrochemical machining can be used for the machining of metal parts and hard and high strength alloys with irregular and complex shapes. However, the problem of the appearance of pitting in the machining of hard and resistant metals and alloys is well known, mainly due to the rapid regeneration of the passive layer in the presence of oxygen. Another latent problem is the loss of precision of the
machining due to the deposition of metal oxides in the cathode during the machining process PECM. The invention shows a method that provides a solution to the problems presented within pulsed electrochemical machining. For this, a pulsed electrochemical mechanized method is available whose vibration is arbitrarily variable. 1O 15 The objective related to this invention is to provide a method of electrochemical machining for the improvement of precision, surface finishes and productivity, for machining and processing metal parts and alloys that present a rapid formation of passive layers. Accordingly, it is an object of the invention to provide a method of pulsed electrochemical machining. Another object of the invention is to provide pulsed electrochemical machining with arbitrary and variable vibration. The object of the invention is also to provide pulsed electrochemical machining by improving the dimensional accuracy and surface quality of the machined part. The object of the present invention is also to provide a method that prevents and / or reduces the deposition of metal oxide in the tool (cathode). It is also an object of the present invention to provide a method that eliminates or reduces passive layer formation in the piece during pulsed electrochemical machining. The electrochemical machining provided in the invention is carried out by the use of unipolar pulsed electric current and the incorporation of a vibratory movement in the cathode that allows a variable arbitrary oscillation thereof during the machining process. 35 40 45 In the process, the electric current passes through an electrolyte which runs between the cathode and anode producing an electrolytic solution of the piece to be machined. The cathode advances towards the anode during machining and the oscillatory movement of the cathode is arranged in synchronism with the activation of the positive electrical pulses, with predetermined extension, at the point of proximity between the cathode and anode. At the moment of separation of the cathode and the anode, the pulses are deactivated to avoid or minimize erosion and thus avoid the loss of precision. In this period of absence of pulses, the interelectrode gap or gap increases, the current flow decreases and / or disappears, facilitating, through the electrolyte, the evacuation of heat, gas bubbles and particles generated during machining. As mentioned, the synchronism of the activation and disconnection of the electrical pulses is established in synchrony with the vibratory movement of the cathode. Usually the
The vibration range of the cathode oscillatory movement is 1-100Hz, typically 50Hz. In these frequency ranges, the evacuation of unwanted elements and / or particles is feasible, as well as the possibility of reducing the machining gap. However, the application of a higher frequency in the cathode during electrochemical machining can provide the benefit of evacuating unwanted elements from the gap, reducing the dimension of the gap, as well as eliminating layers of metal oxides and facilitating the activation of metal machining. passive For this purpose, at the cathode, together, in parallel, alternatively and / or additionally a vibration frequency higher than that of 1-100Hz, which may comprise from 100Hz -60KHz, is established. Consequently, the vibrating cathode is possible in the range of 1-60 KHz. In the same way, the movement of oscillation in the cathode can be carried out by any necessary waveform in each particular moment, with the characteristic 15 that can be varied in shape, amplitude and frequency automatically for each particular application. Likewise, any of the oscillations provided to the cathode can be modulated in frequency, amplitude. Consequently, the method can supply the cathode with two or more types of 20 vibrations, with the characteristics referred to in the previous paragraph, without the need to develop a cathode with mechanical properties (resonance properties) specific to each machining. Likewise, this type of vibrations allows more precise intensity and / or voltage pulse activations, at much higher frequencies. This allows to attack the metals and passive alloys in a way that reduces the creation of said layer, it also reduces or eliminates the deposition of metal oxides in the cathode obtaining thus an improvement of precision and superficial finishes in the machining carried out. The method starts from an anode arranged in a table that allows the machining of pieces of different sizes, as well as the positioning of the same. The cathode 30 disposed on the axis Z has a movement towards the anode and in turn has a configurable magnetic field placed on the shaft. This configurable magnetic field allows the arbitrariness of the vibration as well as its variation. Therefore, the provision of real-time controllers that allow the exhaustive control of the provision and configuration of the waves and frequencies of the cathode vibration is necessary. Likewise, the 35 real-time controllers are established to supervise the pulse generation of applied currents in synchronism with the vibratory movement and perform the monitoring and performance of the advance levels. It should be noted that the application of the vibration, with the mentioned characteristics above, which can also be applied to any of the electrodes (cathode and anode) together, separately and / or alternatively depending on the type of requirements of the piece to be machined. The latter case considerably facilitates the reduction and / or elimination of the passivation layer, as well as the elimination of the layer of metal oxides in cathode. 45 The control system to be able to control the mechanization parameters will be carried out through a real-time control and an industrial computer.
From the control system, the machining parameters can be pre-established according to the characteristics, conditions and shape of the materials to be machined. Here also the type of vibration necessary to be used will be pre-established, as well as if said vibration is applicable at the cathode, anode or both electrodes, simultaneously and / or alternatively. The control system will also control the advance of the cathode so that the desired gap between the cathode and the anode is maintained. The advance can also be applied at the anode instead of at the cathode. In this case, the control will also exercise the supervision of 1 O that the gap is maintained as it was pre-established. The control system will control the parameters of the electrolyte, supply speed of the pump, pH level, concentration, temperature, etc. , and will provide control over the positioning of the piece to be machined, machining depth and parameter stability during the same. 15 Initially, the necessary machining parameters are established for each case. The parameters set initially will be the working voltage, the electrolyte speed during machining, the cathode advance speed, frequency or frequencies applicable during machining, as well as types of waveforms required, if these will act in the process together, alternatively or additionally. Also the amplitude to which one wishes to vibrate and if they need to be modulated. Likewise, the times of the current pulses applied during machining will be set. When starting the system, it will always first detect the machine zero with a contact between the cathode and the anode. This will provide positional reference and the optical encoders will supply the machining origin on the X, Y and Z axes or others if there are any. The control system will then equip the operator to which the cathode is subjected the pre-set oscillation parameters for the machining. The camero inside consists of a configurable magnetic field that is capable of giving the cathode a totally arbitrary and variable vibration. That is why it has to be configured initially, through the control system with the waveform and frequency or frequency of application at the time of machining. Likewise, the frequency and main vibration wave must be chosen, which will be used to synchronize current pulses. Once verified through feedback that all systems are operational, the cathode begins to vibrate type of frequency or established frequencies. The cathode and the anode are connected to the power generator which supplies them with the positive current pulses at the moment of proximity of the electrodes allowing to carry out the electrochemical solution. The setting of the current pulses can be performed in phase with the lowest point of the vibration, but usually a time that can be in advance or in delay is established, provided that the current pulse is supplied during the approach phase of the electrodes. The current pulses are monitored in the form of voltage drop between cathode and anode. This will provide the supervision of the conditions in which the machining is taking place. During machining the impedance between cathode and anode varies due to the changes produced in the surface of the piece, therefore it is necessary to compensate the applied intensity to be able to maintain the machining state at the initially stipulated constant tension. During machining, the cathode advances towards the anode by means of a servo control, where this advance can be fixed at a constant speed preferably equal to that of
the anodic solution during a period. The servo control makes a sampling of the pulse current that is produced and if the process is given correctly the piece is eroded and a command is transmitted that enables the cathode to advance. In the case in which the conditions are not adequate, three cases may occur; the first, would cause the immediate stop of the 5 process due to short circuits. In the second case the cathode would not advance but would try to continue mechanizing. In the third case, we would have a temporary action of the vibration system that will allow moving its vibration reference while maintaining the amplitude of the signal, in this way the system will be allowed to continue with the machining, inject more electrolyte to clean the gap of impurities or defects macro, thus facilitating recovery 1O of the necessary machining conditions. During a normal machining the electrolyte will be supplied through a controlled pump 8 supervised by a sensor that will guarantee the maintenance of the parameters established for machining. 15 The invention will be complemented by figures that are intended to be illustrative of the facilities provided by the method and not limiting. FIG. 1: Sample of machining assembly according to the method of the invention. 20 FIG. 2: It shows a form of control diagram for carrying out the process. FIG 3: Typical frequency of cathode oscillation. FIG 4: High frequency vibration. Ultrasound range. FIGS. 5-7: They show waveforms for different machining operations. FIG 5: Application of ultrasonic vibration together with the oscillation of 50Hz in the cathode-anode separation period. FIG 6: Application of ultrasound vibration permanently and together with the typical 50Hz vibration. FIG 7: Shows the application of frequency variation and waveform in the approximation period of the cathode to the anode. 30 FIG 8: Correction of vibration reference, maintaining the amplitude. FIGS 9-10: Shows complex waveforms for different machining operations. FIG 9: 50 Hz oscillation frequency in the cathode-anode approximation period, with simultaneous application of ultrasound during the separation of both electrodes and 35 actuation of current and / or voltage pulses FIG 10: Square oscillation frequency 5KHz in the zone of maximum cathode and anode convergence, with application of sinusoidal oscillation of 50Hz in the separation zone of both electrodes. Activation of current and / or voltage pulses. FIG 11: Oscillation frequency of square shape 5KHz in the area of maximum 40 cathode and anode convergence, with application of 50Hz sinusoidal oscillation together with ultrasonic oscillation in the separation zone of both electrodes. Activation of current and / or voltage pulses. DECRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT 45 The electrochemical machining provided in the invention is carried out by means of the use of unipolar pulsed electric current and the incorporation of a vibratory movement in the
cathode 2 that allows variable arbitrary oscillation 6 thereof during the machining process. In the process, the electric current passes through an electrolyte 7 which runs between the cathode 2 and anode 4 producing an electrolytic solution of the piece to be machined. The cathode 2 advances towards the anode 4 during machining and the oscillatory movement of the cathode 2 is arranged in synchronism with the activation of the positive electric pulses, with predetermined extension, at the point of maximum convergence between cathode 2 and anode 4. As mentioned, the synchronization of the activation and disconnection of the electric 10o pulses usually establishes the vibration range of the oscillatory movement of the cathode 2. Between 1-100Hz being typically 50Hz. However, the application of a higher frequency at the cathode 2 during electrochemical machining can provide the benefit of evacuating unwanted elements from the gap, reducing the gap dimension, eliminating layers of metal oxides and facilitating the activation of the machining process. passive metals. To do this, the cathode 2 is simultaneously set alternately and / or additionally with a higher vibration frequency which enables the cathode 2 to vibrate in the range of 1-60 KHz. Likewise, the oscillation in the cathode 2 can be varied in form, amplitude and frequency automatically for each particular application, it being equally possible to modulate them both in frequency and in amplitude. The method can supply the cathode 2 with two or more types of vibrations, with the characteristics referred to above, allowing to perform pulse activations of 25 intensity and / or more precise voltage, at much higher frequencies. In this way the metals and passive alloys have a reduction and / or elimination in the creation of said layer, reducing or eliminating also the deposition of metal oxides in the cathode 2 obtaining thus an improvement of precision and superficial finishes in the machining carried out . The method starts from an anode 4 arranged in a table that allows the machining of pieces of different sizes, as well as the positioning of the same. The cathode 2 disposed on the axis Z has a forward movement 5 towards the anode 4 and in turn has a configurable magnetic field applied to it in the cell but, said field could be located together, separately and / or alternatively in any of the electrodes (cathode 2-anode 4). This configurable magnetic field allows the arbitrariness of the vibration as well as its variation. It is therefore necessary to provide real-time controllers 1 O that allow exhaustive control of the provision and configuration of the waves and vibration frequencies of the cathode 2. Likewise, the real-time controllers 1 O are set to supervise the pulse generation of currents applied in synchronism with the vibratory movement and perform the monitoring and actuation of the advance levels. The control system 19 to be able to perform the control of the Mechanization parameters will be realized through a real-time control 1 O and an industrial computer. From the control system19, the machining parameters required for each case can be pre-established. The parameters set initially will be, the work tension,
5 10 15 20 25 30 35 40 45 speed of the electrolyte 7 during the machining, feedrate 5 of the cathode 2, frequency or frequencies applicable during machining, as well as types of waveforms required, if these will act in the process together, alternatively or additionally. Also the amplitude to which you want to vibrate and if they need to be modulated. Likewise, the times of the current pulses applied during machining will be set. The control system 19 will control the advance 5 of the cathode 2 so as to maintain the desired gap between the cathode 2 and the anode 4. The advance 5 can also be applied to the anode 4 instead of the cathode 2. In this case, the control will also exercise supervision that the gap is maintained as it was pre-established. The control system 19 will control the parameters of the electro-lithium 7, delivery speed of the pump 8, pH level 15, concentration 17, temperature, etc. , and will provide control over the positioning of part 3 to be machined, machining depth and parameter stability during the mtsmo. As described above once positioned and referenced the piece 3 to be machined the control system 19 will equip the ram that is support of the cathode 2 of the pre-established oscillation parameters. The configurable magnetic field disposed in the ram that is capable of providing the cathode 2 with a totally arbitrary and variable vibration. It is therefore necessary initial configuration, both in the form of wave and frequency or frequencies mecanizadote application for the specific case. Likewise, the frequency and main vibration wave must be chosen, which will be used to synchronize current pulses. All systems are checked before beginning machining. The cathode 2 and the anode 4 are connected to the power generator 11 which supplies them with the positive current pulses at the moment of proximity of the electrodes allowing the electrochemical solution to be carried out. The setting of the current pulses is preferably carried out in phase with the lowest point of the vibration, although this may be in advance or in delay, as long as the current pulse is supplied during the phase of approach of the electrodes. The voltage drop between cathode 2 and anode 4 is monitored providing supervision of the conditions in which machining is taking place. During machining, the impedance between cathode 2 and anode 4 varies due to the changes produced in the surface of piece 3, so it is necessary to compensate the intensity applied in order to maintain the machining state at the initially stipulated constant tension. During machining, the cathode 2 advances to the anode 4 by a servo control, where this advance 5 can be fixed at a constant speed preferably equal to that of the anodic solution for a period. A sampling of the pulse current that is being produced is done to observe the degree of eroding of piece 3. If the conditions are favorable and there is erosion of the part 3, a command is transmitted that enables the cathode 2 to advance. In the case in which the conditions are not adequate, three possibilities can be produced; the immediate stop of the process due to short circuits, machining retry without the cathode 2 and a temporary action of the vibration system that will allow moving its vibration reference maintaining the amplitude of the oscillation thus facilitating the recovery of the necessary machining conditions.
During a machining, the electrolyte 7 will be supplied to the gap through a controlled pump 8 supervised by a sensor that will guarantee the maintenance of the speed parameters initially established. FIGS. 1 and 2 show schematically a possible configuration of the system as well as a way of controlling the system. In FIGs. 3 and 4 is intended to show the type signals which are of use in processes 1O of pulsed electrochemical machining. FIG 3 shows an oscillation that could be between 1-100 Hz, which is typically stable at 50 Hz. FIG 4 attempts to show a high frequency signal which in this case represents ultrasonic oscillations. (20KHz-60KHz). Through the use of these base signals, it will demonstrate, at the illustrative level, the possible actions of the method, not being limiting. 15 In the operating conditions of FIG. S by applying ultrasonic frequency together with the 50Hz vibration throughout the periods of separation between the electrodes, consequently absent periods of machining current pulses, provide the following characteristics: 20 • Improve the homogeneity of the flow of the electro Lithium 7, providing the elimination of macro defects produced on the machined surface. • The deposition of metal oxide layer at cathode 2 is avoided, providing a more precise machining. • It also facilitates the evacuation of extracted material during machining and a reduction of the interelectrode gap or gap. • In the operating conditions of FIG. 6 by applying vibration of 30 ultrasounds, permanently and together, to the typical 50Hz vibration, the following characteristics are obtained; • Activate the process of electrochemical dissolution due to cavitation, thus eliminating the passive layers of metals and alloys whose characteristics make them pass through very easily. • It allows reducing and / or eliminating the deposition of metal oxides in the cathode 2. It also provides an increase in current density due to the decrease of the gap 40. Under the conditions of the operation of FIG. 7: by application of frequency variation and waveform in the approximation period of cathode 2 to anode 4, The following characteristics are obtained: 45 • A higher frequency is added in the process of activating current pulses, thus activating the electrochemical dissolution process more frequently, thus eliminating the passive layers of metals and hard alloys more easily. resistant, with great ease to the creation of passive layers.
5 10 15 20 25 30 35 40 45 • Control of the activation of the current pulses is facilitated and control over possible short circuits in the process is facilitated. The operation FIG 8 is characterized because it allows the correction of vibration reference, maintaining the amplitude, this characteristic avoids the unnecessary production of short circuits and consequently of stops of the machining process. It is a temporary adaptation to a momentary critical situation that allows to readjust the process and / or attack possible defects. This characteristic is applicable to all variable and arbitrary frequencies. FIG 9 as FIG 5 shows the oscillation frequency 50 Hz in the period of approach cathode 2 anode 4, with simultaneous application of ultrasound during the separation of both electrodes. In this case, FIG. 9 shows a pulse of current activated during the half-period of pulse activation. FIG 10 and FIG. 7 you represent the same characteristics. However, the activation of the current pulse train in which the electrochemical dissolution is facilitated is shown in FIG. The train of current pulses has an extension and determined duration configurable for each material. In the conditions of the operation of FIG. 11 through the application Frequency oscillation of square shape 5KHz in the area of maximum convergence cathode 2 and anode 4, with application sinusoidal oscillation of 50Hz together with the oscillation of ultrasound in the separation zone of both electrodes, the following characteristics are obtained: • A greater frequency is added to the electrochemical dissolution process, thus eliminating the passive layers of metals and alloys more easily with the creation of passive layers. • The deposition of the metal oxide layer in the cathode 2 is avoided, providing a more precise machining. • Improve the homogeneity of the flow of the electrolyte 7, providing the elimination of macro defects produced in the machined surface. • It also facilitates the evacuation of extracted material during machining and a reduction of the interelectrode gap or gap. • Control of the activation of the current pulses is facilitated and control is facilitated: on possible short circuits in the process. The invention will be illustrated by a specific example, which is intended to be illustrative and not limiting. According to FIG. 9 a pulsed electrochemical treatment was performed on a crude piezo 3 of high alloy chromium steel, establishing a vibration frequency.
typical of 50Hz that simultaneously had a frequency of 20Khz applied only in the period of distance from the electrodes, with a vibration amplitude comprised between O. l-0 2mm The working voltage was established at 1 OV with an electro litho at 18 ° C temperature, composed of a 10% aqueous solution at an applied pressure of 5 0. 25MPa. In this case, it was chosen to give the current pulse a time of 1 ms and 19 ms of absence of current pulse but of which 1 Oms activates the action of the ultrasonic frequency. And the mechanized part depth was 1 Omm. Under these conditions it was possible to improve the machining both in precision and in surface roughness, achieving a deviation in the side walls of 2% with a considerable 1 O reduction in the deposition of oxide metals in the cathode and a final roughness 0. 1 J. . lm and a decrease of machining gap to 0. 002mm. According to FIG. 10 a pulsed electrochemical treatment was performed on a crude piece 3 of a high strength Nickel / Chromium alloy, establishing a typical vibration frequency of 50 Hz which had a square wave frequency of 5Khz applied only in the convergence period of the electrodes, with an amplitude of vibration comprised between 0. 1-0. 2mm The working voltage was set at 15V with an electro lithium at 20 ° C temperature, composed of a 9% aqueous solution at an applied pressure of 0. 25MPa. In this case it was chosen to give the current pulse a time of 0. 5ms and 0. 15ms of absence of current pulse supplied along 1 Oms that will be the time in which a 50 Hz oscillation is again available on the cathode. In this way an increase in pulses is achieved during the machining of the part that allows a removal of the passive layer during machining, this result being the object of this experimentation. The absence of deposition of metal oxides is also observed as well as the arrangement of a surface finish below 0. 1 J. . lm.