Electroerosión (EDM)

La electroerosión (EDM, por Electrical Discharge Machining) es un proceso de mecanizado no convencional en el que el material se elimina mediante una sucesión rapidísima de descargas eléctricas (chispas) entre un electrodo y la pieza, separados por un pequeño huelgo (gap) e inmersos en un líquido dieléctrico. Cada descarga funde y vaporiza un volumen microscópico de material, que el dieléctrico arrastra en forma de partículas. No existe contacto mecánico ni fuerza de corte apreciable, por lo que la dureza del material es irrelevante: se erosiona igual un acero templado de 65 HRC, un metal duro o un Inconel 718 que un acero recocido. El único requisito es que la pieza sea conductora de la electricidad.

Existen dos variantes industriales principales. En la electroerosión por hilo (WEDM), el electrodo es un hilo metálico continuo (latón o recubierto, de 0,02 a 0,33 mm de diámetro) que recorre un contorno programado, cortando la pieza como una sierra sin esfuerzo: es el proceso de referencia para matrices de corte, punzones, ruedas dentadas unitarias y figuras interiores de precisión. En la electroerosión por penetración (die sinking), un electrodo de grafito o cobre con la forma negativa de la cavidad se hunde en la pieza reproduciendo su geometría: domina el acabado de cavidades de molde, nervios profundos y esquinas interiores casi vivas.

La EDM alcanza tolerancias de ±0,002 a ±0,005 mm en hilo de precisión y rugosidades desde Ra 1,6-3,2 µm en desbaste hasta Ra 0,1-0,2 µm en regímenes de microacabado, lo que la sitúa entre los procesos de mayor exactitud del taller.

El fundamento físico es la erosión por descarga: el generador aplica pulsos de tensión (60-300 V) entre electrodo y pieza; cuando el campo eléctrico en el gap (0,01-0,5 mm) supera la rigidez dieléctrica del fluido, se forma un canal de plasma a temperaturas de 8.000-12.000 °C que funde y vaporiza material en ambos polos. Al cortarse el pulso, el canal colapsa, el dieléctrico desioniza el gap y arrastra las partículas fundidas. El ciclo se repite miles a cientos de miles de veces por segundo.

Los parámetros eléctricos —intensidad de pico, tiempo de impulso (on time), tiempo de pausa (off time) y polaridad— determinan el volumen del cráter unitario: pulsos largos y energéticos arrancan más material pero dejan peor acabado y mayor capa afectada; pulsos cortos y finos producen acabados especulares a costa de velocidad. El desgaste del electrodo es inherente al proceso y se gestiona por elección de material (el grafito y el cobre presentan bajo desgaste con polaridades adecuadas), por estrategias orbitales y por electrodos de desbaste y acabado separados.

El dieléctrico cumple tres funciones: aislar hasta la descarga, refrigerar y evacuar partículas. En penetración se usan aceites de hidrocarburo; en hilo, agua desionizada, cuya limpieza y conductividad se controlan en continuo. La superficie erosionada presenta una capa refundida (recast o capa blanca) de 2-20 µm con posibles microgrietas y, bajo ella, una zona afectada térmicamente; en aplicaciones de fatiga crítica (aeronáutica, engranajes de alta responsabilidad) esta capa se limita con regímenes finos o se elimina por rectificado, pulido o electropulido posterior.

El parque de máquinas de electroerosión se divide en tres familias:

Tipo	Electrodo	Movimientos	Aplicación característica
EDM por hilo (WEDM)	Hilo continuo Ø0,02-0,33 mm	X-Y inferior + U-V superior (conicidad hasta ±30°)	Matrices de corte, punzones, dentados unitarios, figuras interiores pasantes
EDM por penetración (die sinking)	Grafito o cobre con forma	Z + órbitas planetarias; cabezal C	Cavidades de molde, nervios, esquinas vivas, grabados
Taladrado rápido por EDM (hole drilling)	Tubo de latón/cobre Ø0,1-3 mm	Z con rotación	Agujeros de arranque para hilo, refrigeración de álabes

Los fabricantes de referencia son GF Machining Solutions (AgieCharmilles), Sodick, Mitsubishi Electric, Makino, Fanuc y, en el ámbito español, ONA Electroerosión (Durango), uno de los pioneros mundiales del proceso y especialista en máquinas de gran formato. Las máquinas de hilo modernas incorporan enhebrado automático, generadores anti-electrólisis para metal duro y ciclos de varias pasadas (un corte de desbaste más 2-6 repasos) que combinan velocidad y precisión. Las de penetración integran cambiadores de electrodos, control de gap adaptativo y sistemas CAM específicos que gestionan familias de electrodos con sus gaps de desbaste y acabado.

Elementos auxiliares determinantes son los utillajes de referencia rápida (Erowa, System 3R), que permiten preparar electrodos y piezas fuera de máquina con repetibilidad de micras, los generadores de microacabado para Ra < 0,2 µm y la filtración y desionización del dieléctrico. En talleres de mecanizado, la electroerosión convive con el fresado de electrodos en grafito y con el rectificado, formando la tríada clásica del molde y la matriz.

Los parámetros operativos se agrupan en eléctricos y tecnológicos. Valores orientativos:

Magnitud	Desbaste	Acabado	Microacabado
Intensidad de pico (A)	20-100 (hasta 400 en grandes electrodos)	2-10	< 2
Tiempo de impulso (µs)	100-1.000	5-50	< 5
Rugosidad resultante Ra (µm)	3,2-12,5	0,4-1,6	0,1-0,3
Capa refundida (µm)	10-20	3-8	1-3

En hilo, la velocidad de corte se expresa en mm²/min de superficie generada: las máquinas actuales superan los 300-500 mm²/min en acero en el primer corte, con precisiones finales de ±0,002-0,005 mm tras los repasos y rectitudes controladas incluso en alturas de pieza de 400-600 mm. El gap lateral (offset) se compensa automáticamente en el control, del mismo modo que un radio de fresa.

En penetración, el rendimiento se mide en mm³/min de material arrancado y el desgaste volumétrico del electrodo en porcentaje (del 0,1 % con grafito fino y régimen adecuado a varios puntos porcentuales en regímenes agresivos). El acabado especular (Ra ≤ 0,1 µm) exige generadores específicos y electrodos dedicados de acabado.

La elección de régimen es siempre un compromiso entre velocidad, rugosidad e integridad superficial: en componentes sometidos a fatiga se especifica la eliminación o minimización de la capa blanca, mientras que en moldes la textura EDM controlada (norma VDI 3400, escala de grados 0-45) se usa deliberadamente como acabado estético de la pieza inyectada.

La electroerosión es insustituible donde la dureza, la geometría o la delicadeza de la pieza descartan el corte mecánico:

• Moldes de inyección y matrices de estampación: cavidades, nervios profundos y esquinas interiores de radio mínimo en aceros templados (1.2344, 1.2379); texturizado VDI 3400 de superficies estéticas.
• Matricería de corte fino: punzones y matrices con juegos de pocas micras cortados por hilo, incluyendo metal duro.
• Figuras interiores y dentados: chaveteros, hexágonos, estriados y engranajes interiores en piezas donde no entra una brocha o un mortajador, o en materiales ya templados; el hilo permite tallar dentados unitarios de geometría arbitraria a partir del modelo CAD.
• Aeronáutica y energía: taladrado EDM de miles de agujeros de refrigeración en álabes de turbina en superaleaciones; ranuras de discos (firtree) por hilo bajo estrictos controles de capa refundida.
• Herramientas de corte: afilado y forma en metal duro y PCD.
• Microerosión: componentes de relojería, médicos e inyectores diésel con rasgos por debajo de 0,1 mm.
• Reparación y mantenimiento: extracción de machos y espárragos rotos sin dañar la rosca de la pieza.

En el flujo de taller, la EDM se programa a partir del mismo modelo 3D que el fresado: las figuras pasantes se inician con un taladro de arranque, y las piezas se erosionan a menudo ya templadas, eliminando las distorsiones que el tratamiento térmico introduciría después del corte.

Ventajas

• Dureza irrelevante: corta aceros templados, metal duro, PCD y superaleaciones con la misma facilidad que materiales blandos; permite mecanizar después del temple y eliminar distorsiones.
• Sin fuerzas de corte: piezas frágiles, de pared delgada o esbeltas se mecanizan sin deformación ni amarres robustos.
• Geometrías imposibles para el filo: esquinas interiores prácticamente vivas, nervios profundos y estrechos, figuras interiores complejas, conicidades controladas con hilo.
• Precisión muy alta: ±0,002-0,005 mm en hilo de precisión, con acabados hasta Ra 0,1 µm.
• Automatización: enhebrado automático, cambiadores de electrodos y utillajes de referencia permiten trabajo desatendido nocturno.

Limitaciones

• Solo materiales conductores: quedan fuera cerámicas no conductoras y polímeros (salvo variantes específicas).
• Velocidad de arranque baja: órdenes de magnitud por debajo del fresado; se reserva para lo que el corte mecánico no resuelve bien.
• Integridad superficial: la capa refundida y la zona afectada térmicamente penalizan la vida a fatiga si no se controlan o eliminan; crítico en aeronáutica.
• Coste de electrodos y consumibles: en penetración, el diseño y fresado de electrodos añade plazo y coste; el hilo, los filtros y las resinas son consumibles continuos.
• Desgaste de electrodo: exige estrategias de compensación y electrodos múltiples para tolerancias estrechas.
• Limpieza del gap: en cavidades profundas, la evacuación deficiente de partículas provoca arcos y marcas; el lavado es parte del diseño del proceso.

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre electroerosión por hilo y por penetración?

En la de hilo, un hilo metálico continuo de 0,02-0,33 mm recorre un contorno y corta la pieza de lado a lado, como una sierra de precisión: sirve para figuras pasantes, punzones y matrices. En la de penetración, un electrodo de grafito o cobre con la forma negativa de la cavidad se hunde en la pieza: sirve para cavidades ciegas, nervios y esquinas interiores de moldes.

¿Qué precisión alcanza la electroerosión por hilo?

Las máquinas de hilo de precisión, trabajando con un corte de desbaste y varios repasos, alcanzan tolerancias de ±0,002 a ±0,005 mm con rugosidades de Ra 0,1-0,4 µm, manteniendo la rectitud incluso en piezas de 300-400 mm de altura. Es una de las razones por las que domina la matricería de corte fino y los calibres.

¿La electroerosión sirve para cualquier material?

Solo para materiales conductores de la electricidad: aceros (templados o no), metal duro, superaleaciones como el Inconel 718, titanio, cobre o grafito. Su gran ventaja es que la dureza no influye: se erosiona igual una pieza de 65 HRC que una recocida, por lo que se mecaniza después del temple y se evitan las distorsiones del tratamiento térmico.

¿Qué es la capa blanca o refundida de la EDM?

Es una capa superficial de 1-20 µm de material que se fundió y resolidificó rápidamente durante las descargas. Puede contener microgrietas y tensiones de tracción que reducen la vida a fatiga. En aplicaciones críticas se minimiza con regímenes de acabado fino o se elimina mediante rectificado, pulido o electropulido; en moldes rara vez es un problema funcional.

¿Cuándo conviene erosionar un dentado interior en vez de brocharlo o mortajarlo?

El hilo es la opción natural cuando la serie es unitaria o muy corta (una brocha nueva no se amortiza), cuando la pieza ya está templada, cuando el dentado es de geometría especial sin herramienta disponible o cuando el agujero es de acceso difícil. Para series medias y grandes en material blando, el brochado o el mortajado siguen siendo más rápidos y baratos por pieza.