1.Charakterystyka EDM materiałów grafitowych.
1.1.Prędkość obróbki wyładowczej.
Grafit jest materiałem niemetalicznym o bardzo wysokiej temperaturze topnienia wynoszącej 3650 °C, podczas gdy miedź ma temperaturę topnienia wynoszącą 1083 °C, dzięki czemu elektroda grafitowa może wytrzymać większe warunki ustawienia prądu.
Im większa powierzchnia wyładowania i większa skala rozmiaru elektrody, tym bardziej oczywiste stają się zalety wydajnej obróbki zgrubnej materiału grafitowego.
Przewodność cieplna grafitu wynosi 1/3 przewodnictwa cieplnego miedzi, a ciepło wytwarzane podczas procesu rozładowania można wykorzystać do skuteczniejszego usuwania materiałów metalowych. Dlatego wydajność przetwarzania grafitu jest wyższa niż elektrody miedzianej w obróbce średniej i drobnej.
Zgodnie z doświadczeniami w zakresie przetwarzania, prędkość rozładowania elektrody grafitowej jest 1,5–2 razy szybsza niż elektrody miedzianej przy prawidłowych warunkach użytkowania.
1.2.Zużycie elektrod.
Elektroda grafitowa ma właściwości wytrzymujące warunki wysokiego natężenia prądu. Ponadto, pod warunkiem odpowiedniego ustawienia obróbki zgrubnej, w tym obróbki elementów ze stali węglowej wykonanych podczas usuwania zawartości i płynu roboczego przy rozkładzie cząstek węgla w wysokiej temperaturze, efekt polaryzacji, pod wpływem częściowego usuwania zawartości, cząstki węgla będą przylegać do powierzchni elektrody, tworząc warstwę ochronną, zapewniając małą stratę elektrody grafitowej podczas obróbki zgrubnej, a nawet „zero odpadów”.
Główna strata elektrody w EDM pochodzi z obróbki zgrubnej. Chociaż wskaźnik strat jest wysoki w warunkach ustawiania wykańczania, całkowita strata jest również niska ze względu na mały naddatek na obróbkę zarezerwowany dla części.
Ogólnie rzecz biorąc, strata elektrody grafitowej jest mniejsza niż elektrody miedzianej w obróbce zgrubnej dużym prądem i nieznacznie większa niż elektrody miedzianej w obróbce wykańczającej. Strata elektrody grafitowej jest podobna.
1.3.Jakość powierzchni.
Średnica cząstek materiału grafitowego bezpośrednio wpływa na chropowatość powierzchni EDM. Im mniejsza średnica, tym mniejszą chropowatość powierzchni można uzyskać.
Kilka lat temu, stosując materiał grafitowy o średnicy cząstek phi 5 mikronów, najlepszą powierzchnię można było uzyskać jedynie w procesie VDI18 EDM (Ra 0,8 mikrona). Obecnie średnicę ziaren materiałów grafitowych można uzyskać w granicach 3 mikronów phi. Najlepsza powierzchnia może osiągnąć stabilny proces VDI12 EDM (Ra 0,4 μ m) lub bardziej zaawansowany poziom, ale elektroda grafitowa służy do EDM lustrzanego.
Materiał miedziany ma niską rezystywność i zwartą strukturę, a także może być stabilnie przetwarzany w trudnych warunkach. Chropowatość powierzchni może być mniejsza niż Ra0,1 m, a może być przetwarzany przez lustro.
Dlatego jeśli obróbka elektroerozyjna ma na celu uzyskanie wyjątkowo cienkiej powierzchni, bardziej odpowiednie jest użycie jako elektrody miedzianej, co stanowi główną zaletę elektrody miedzianej w porównaniu z elektrodą grafitową.
Natomiast w warunkach dużego natężenia prądu elektroda miedziana łatwo staje się chropowata, pojawiają się nawet pęknięcia, a materiały grafitowe nie mają tego problemu. Wymagania dotyczące chropowatości powierzchni dla VDI26 (Ra2,0 mikronów) dotyczące obróbki formowanej sprawiają, że przy użyciu elektrody grafitowej można wykonywać obróbkę od zgrubnej do dokładnej, co pozwala na uzyskanie jednolitego efektu powierzchni bez wad powierzchni.
Ponadto, ze względu na różną strukturę grafitu i miedzi, punkt korozji wyładowania powierzchniowego elektrody grafitowej jest bardziej regularny niż elektrody miedzianej. Dlatego, gdy przetwarzana jest ta sama chropowatość powierzchni VDI20 lub wyższa, ziarnistość powierzchni przedmiotu obrabianego obrabianego elektrodą grafitową jest bardziej wyraźna, a ten efekt powierzchni ziarna jest lepszy niż efekt powierzchni wyładowania elektrody miedzianej.
1.4.Dokładność obróbki.
Współczynnik rozszerzalności cieplnej materiału grafitowego jest niewielki, natomiast współczynnik rozszerzalności cieplnej materiału miedzianego jest czterokrotnie większy od współczynnika rozszerzalności cieplnej materiału grafitowego, dlatego podczas obróbki wyładowczej elektroda grafitowa jest mniej podatna na odkształcenia niż elektroda miedziana, co pozwala uzyskać bardziej stabilną i niezawodną dokładność obróbki.
Zwłaszcza przy obróbce głębokich i wąskich żeberek, lokalna wysoka temperatura sprawia, że elektroda miedziana jest podatna na wyginanie, podczas gdy elektroda grafitowa nie ma takiego zjawiska.
W przypadku elektrod miedzianych o dużym stosunku głębokości do średnicy należy podczas obróbki skrawaniem uwzględnić pewną wartość rozszerzalności cieplnej, aby skorygować rozmiar. Elektroda grafitowa nie jest wymagana.
1.5.Masa elektrody.
Materiał grafitowy jest mniej gęsty niż miedź, a ciężar elektrody grafitowej o tej samej objętości stanowi zaledwie 1/5 ciężaru elektrody miedzianej.
Można zauważyć, że użycie grafitu jest bardzo odpowiednie dla elektrody o dużej objętości, co znacznie zmniejsza obciążenie wrzeciona obrabiarki EDM. Elektroda nie będzie powodować niedogodności w zaciskaniu ze względu na jej dużą wagę i będzie powodować przemieszczenie ugięcia podczas obróbki itp. Można zauważyć, że ma duże znaczenie użycie elektrody grafitowej w obróbce form na dużą skalę.
1.6.Trudności w produkcji elektrod.
Wydajność obróbki materiału grafitowego jest dobra. Opór cięcia wynosi tylko 1/4 oporu miedzi. W prawidłowych warunkach obróbki wydajność frezowania elektrody grafitowej jest 2~3 razy większa niż elektrody miedzianej.
Elektroda grafitowa jest łatwa do oczyszczenia pod kątem i może być stosowana do obróbki przedmiotu obrabianego, który powinien zostać wykończony wieloma elektrodami w jednej elektrodzie.
Unikalna struktura cząstek materiału grafitowego zapobiega powstawaniu zadziorów po frezowaniu i formowaniu elektrody, co pozwala na spełnienie wymagań użytkowych, gdy zadziorów nie można łatwo usunąć w złożonym modelowaniu, eliminując w ten sposób proces ręcznego polerowania elektrody i zapobiegając zmianie kształtu i błędom rozmiaru spowodowanym polerowaniem.
Należy pamiętać, że ponieważ grafit pyli, jego mielenie wiąże się z powstawaniem dużej ilości pyłu, dlatego frezarka musi być wyposażona w uszczelnienie i urządzenie do zbierania pyłu.
Jeśli zajdzie konieczność użycia edM do obróbki elektrody grafitowej, jej wydajność obróbki nie jest tak dobra jak w przypadku materiału miedzianego, prędkość cięcia jest o około 40% wolniejsza niż w przypadku miedzi.
1.7.Instalacja i użytkowanie elektrod.
Materiał grafitowy ma dobre właściwości wiążące. Można go używać do łączenia grafitu z osprzętem poprzez frezowanie elektrody i rozładowywanie, co może zaoszczędzić procedurę obróbki otworu na śrubę w materiale elektrody i zaoszczędzić czas pracy.
Materiał grafitowy jest stosunkowo kruchy, zwłaszcza mała, wąska i długa elektroda, która łatwo pęka, gdy jest poddawana działaniu siły zewnętrznej w trakcie użytkowania, ale od razu widać, że elektroda została uszkodzona.
Jeśli jest to elektroda miedziana, to ulegnie ona jedynie wygięciu, a nie pęknięciu, co jest bardzo niebezpieczne i trudne do znalezienia w procesie użytkowania, a ponadto może łatwo doprowadzić do złomowania przedmiotu obrabianego.
1.8.Cena.
Miedź należy do surowców nieodnawialnych, jej ceny będą coraz wyższe, podczas gdy cena grafitu ma tendencję stabilizacyjną.
Ceny miedzi wzrosły w ostatnich latach, a główni producenci grafitu udoskonalili proces produkcji grafitu, co pozwoliło im uzyskać przewagę konkurencyjną. Obecnie, przy tej samej objętości, cena elektrod grafitowych i miedzianych jest stosunkowo tania, ale grafit umożliwia wydajniejszą obróbkę niż użycie elektrod miedzianych, co pozwala zaoszczędzić dużą liczbę godzin pracy, co przekłada się bezpośrednio na obniżenie kosztów produkcji.
Podsumowując, spośród 8 cech edM elektrody grafitowej, jej zalety są oczywiste: wydajność frezowania elektrody i przetwarzania wyładowczego jest znacznie lepsza niż w przypadku elektrody miedzianej; duża elektroda ma małą wagę, dobrą stabilność wymiarową, cienka elektroda nie jest łatwa do odkształcenia, a tekstura powierzchni jest lepsza niż w przypadku elektrody miedzianej.
Wadą materiału grafitowego jest to, że nie nadaje się do obróbki wyładowaniami drobnoziarnistymi przy VDI12 (Ra0,4 m), a wydajność stosowania edM do wytwarzania elektrod jest niska.
Jednak z praktycznego punktu widzenia, jednym z ważnych powodów wpływających na skuteczną promocję materiałów grafitowych w Chinach jest konieczność stosowania specjalnych maszyn do obróbki grafitu w celu frezowania elektrod, co stawia nowe wymagania przed urządzeniami przetwórczymi przedsiębiorstw produkujących formy, podczas gdy niektóre małe przedsiębiorstwa mogą nie mieć takich wymagań.
Ogólnie rzecz biorąc, zalety elektrod grafitowych obejmują zdecydowaną większość przypadków obróbki edM i są warte popularyzacji i zastosowania, ze znacznymi długoterminowymi korzyściami. Niedobór obróbki powierzchni drobnych można zrekompensować, stosując elektrody miedziane.
2.Dobór materiałów elektrod grafitowych do obróbki elektroerozyjnej
W przypadku materiałów grafitowych istnieją cztery główne wskaźniki, które bezpośrednio określają wydajność materiałów:
1) Średnia średnica cząstek materiału
Średnia średnica cząstek materiału ma bezpośredni wpływ na warunki rozładowania materiału.
Im mniejsza jest przeciętna cząstka materiału grafitowego, tym bardziej równomierne jest wyładowanie, tym stabilniejsze są warunki wyładowania, lepsza jest jakość powierzchni i tym mniejsze są straty.
Im większy jest średni rozmiar cząstek, tym lepszą wydajność usuwania można uzyskać podczas obróbki zgrubnej, ale efekt wykańczania powierzchni jest słaby, a strata elektrody jest duża.
2) Wytrzymałość materiału na zginanie
Wytrzymałość materiału na zginanie jest bezpośrednim odzwierciedleniem jego wytrzymałości i wskazuje na szczelność jego wewnętrznej struktury.
Materiał o wysokiej wytrzymałości ma stosunkowo dobrą odporność na rozładowanie. W przypadku elektrody o wysokiej precyzji należy wybrać materiał o dobrej wytrzymałości, o ile to możliwe.
3) Twardość materiału w skali Shore’a
Grafit jest twardszy od materiałów metalowych, a strata narzędzia tnącego jest większa niż strata metalu tnącego.
Jednocześnie wysoka twardość materiału grafitowego poprawia kontrolę strat rozładowania.
4) Naturalna rezystywność materiału
Szybkość rozładowania materiału grafitowego o wysokiej rezystywności będzie wolniejsza niż w przypadku materiału o niskiej rezystywności.
Im wyższa rezystywność właściwa, tym mniejsza strata elektrody, ale im wyższa rezystywność właściwa, tym stabilność wyładowania będzie zagrożona.
Obecnie na rynku dostępnych jest wiele różnych gatunków grafitu oferowanych przez największych światowych dostawców grafitu.
Ogólnie rzecz biorąc, według średniej średnicy cząstek materiałów grafitowych podlegających klasyfikacji, średnica cząstek ≤ 4 μm jest definiowana jako drobny grafit, cząstki o średnicy 5–10 μm są definiowane jako średni grafit, a cząstki o średnicy powyżej 10 μm są definiowane jako gruby grafit.
Im mniejsza średnica cząstek, tym droższy materiał i tym bardziej odpowiedni materiał grafitowy należy wybrać zgodnie z wymaganiami i kosztami obróbki EDM.
3.Wykonanie elektrody grafitowej
Elektrodę grafitową wykonuje się głównie metodą frezowania.
Z punktu widzenia technologii obróbki grafit i miedź to dwa różne materiały, których różne właściwości skrawania wymagają opanowania.
Jeżeli elektroda grafitowa zostanie poddana obróbce w procesie elektrody miedzianej, nieuchronnie pojawią się problemy, takie jak częste pękanie blachy, co wymaga użycia odpowiednich narzędzi skrawających i parametrów cięcia.
Obróbka elektrody grafitowej powoduje większe zużycie narzędzia niż obróbka elektrody miedzianej. Biorąc pod uwagę względy ekonomiczne, wybór narzędzia z węglika spiekanego jest najbardziej ekonomiczny. Wybór narzędzia z powłoką diamentową (tzw. noża grafitowego) jest droższy, ale narzędzie z powłoką diamentową ma dłuższą żywotność, wysoką precyzję obróbki, a ogólna korzyść ekonomiczna jest dobra.
Wielkość kąta czołowego narzędzia ma również wpływ na jego żywotność. Kąt czołowy narzędzia wynoszący 0° będzie nawet o 50% większy niż kąt czołowy wynoszący 15°, co wydłuża żywotność narzędzia. Stabilność cięcia jest również lepsza, ale im większy kąt, tym lepsza powierzchnia obrabiana. Zastosowanie kąta czołowego 15° pozwala uzyskać najlepszą powierzchnię obrabianą.
Prędkość skrawania podczas obróbki można regulować w zależności od kształtu elektrody, zwykle 10 m/min, podobnie jak w przypadku obróbki aluminium lub plastiku. Narzędzie skrawające może być umieszczone bezpośrednio na obrabianym przedmiocie podczas obróbki zgrubnej. Podczas obróbki wykańczającej łatwo o zjawisko załamania kątowego i fragmentacji. Często stosuje się metodę szybkiego przesuwania lekkiego noża.
Elektroda grafitowa w procesie cięcia wytwarza dużo pyłu, dlatego aby zapobiec wdychaniu cząstek grafitu do wrzeciona i śruby maszyny, obecnie stosuje się dwa główne rozwiązania. Jedno z nich polega na użyciu specjalnej maszyny do obróbki grafitu, a drugie to standardowy remont centrum obróbczego, wyposażonego w specjalne urządzenie do odpylania.
Specjalna grafitowa frezarka szybkoobrotowa dostępna na rynku charakteryzuje się wysoką wydajnością frezowania i może z łatwością wykonywać skomplikowane elektrody z wysoką precyzją i dobrą jakością powierzchni.
Jeżeli do wytworzenia elektrody grafitowej konieczne jest zastosowanie obróbki elektroerozyjnej, zaleca się użycie drobnego materiału grafitowego o mniejszej średnicy cząstek.
Wydajność obróbki grafitu jest niska; im mniejsza średnica cząstek, tym wyższą wydajność cięcia można uzyskać, a także uniknąć takich nietypowych problemów, jak częste pękanie drutu i powstawanie frędzli na powierzchni.
4.Parametry EDM elektrody grafitowej
Dobór parametrów obróbki EDM grafitu i miedzi jest zupełnie inny.
Parametry EDM obejmują przede wszystkim prąd, szerokość impulsu, przerwę impulsową i polaryzację.
Poniżej opisano podstawy racjonalnego wykorzystania tych głównych parametrów.
Gęstość prądu elektrody grafitowej wynosi zazwyczaj 10~12 A/cm2, znacznie więcej niż w przypadku elektrody miedzianej. Dlatego w zakresie prądu dozwolonego w odpowiednim obszarze, im większy prąd zostanie wybrany, tym szybsza będzie prędkość przetwarzania rozładowania grafitu, tym mniejsza będzie strata elektrody, ale chropowatość powierzchni będzie grubsza.
Im większa szerokość impulsu, tym mniejsza strata elektrody.
Jednak większa szerokość impulsu pogorszy stabilność przetwarzania, spowolni prędkość przetwarzania i sprawi, że powierzchnia będzie bardziej szorstka.
Aby zapewnić niskie straty elektrody podczas obróbki zgrubnej, zazwyczaj stosuje się stosunkowo dużą szerokość impulsu, co pozwala na efektywną obróbkę elektrody grafitowej z niskimi stratami, gdy wartość wynosi od 100 do 300 US.
Aby uzyskać dobrą powierzchnię i stabilny efekt rozładowania, należy wybrać mniejszą szerokość impulsu.
Ogólnie rzecz biorąc, szerokość impulsu elektrody grafitowej jest o około 40% mniejsza niż elektrody miedzianej
Szczelina impulsowa wpływa głównie na prędkość obróbki wyładowczej i stabilność obróbki. Im większa wartość, tym lepsza stabilność obróbki, co jest pomocne w uzyskaniu lepszej jednorodności powierzchni, ale prędkość obróbki zostanie zmniejszona.
Pod warunkiem zapewnienia stabilności przetwarzania, wyższą wydajność przetwarzania można uzyskać poprzez wybór mniejszej przerwy między impulsami, natomiast gdy stan rozładowania jest niestabilny, wyższą wydajność przetwarzania można uzyskać poprzez wybór większej przerwy między impulsami.
W obróbce elektroerozyjnej elektrod grafitowych odstęp między impulsami i szerokość impulsu ustawia się zwykle na 1:1, natomiast w obróbce elektroerozyjnej elektrod miedzianych odstęp między impulsami i szerokość impulsu ustawia się zwykle na 1:3.
Przy stabilnej obróbce grafitu stosunek dopasowania odstępu między impulsami a szerokością impulsu można dostosować do wartości 2:3.
W przypadku małego odstępu między impulsami korzystne jest utworzenie warstwy pokrywającej na powierzchni elektrody, co pomaga ograniczyć straty na elektrodzie.
Wybór biegunowości elektrody grafitowej w obróbce elektroerozyjnej jest zasadniczo taki sam jak w przypadku elektrody miedzianej.
Ze względu na wpływ polaryzacji EDM, obróbka z biegunowością dodatnią jest zwykle stosowana podczas obróbki stali matrycowej, co oznacza, że elektroda jest podłączona do bieguna dodatniego źródła zasilania, a przedmiot obrabiany jest podłączony do bieguna ujemnego źródła zasilania.
Używając dużego prądu i szerokości impulsu, wybierając obróbkę z dodatnią polaryzacją, można osiągnąć niezwykle niską stratę elektrody. Jeśli polaryzacja jest nieprawidłowa, strata elektrody stanie się bardzo duża.
Tylko wtedy, gdy wymagana jest precyzyjna obróbka powierzchni o twardości mniejszej niż VDI18 (Ra0,8 m) i szerokość impulsu jest bardzo mała, stosuje się obróbkę z ujemną biegunowością w celu uzyskania lepszej jakości powierzchni, ale strata elektrody jest duża.
Obecnie obrabiarki CNC EDM są wyposażone w parametry obróbki elektroerozyjnej grafitu.
Wykorzystanie parametrów elektrycznych odbywa się w sposób inteligentny i może być generowane automatycznie przez system ekspercki obrabiarki.
Ogólnie rzecz biorąc, maszyna może skonfigurować zoptymalizowane parametry przetwarzania poprzez wybranie pary materiałów, rodzaju zastosowania, wartości chropowatości powierzchni i wprowadzenie obszaru przetwarzania, głębokości przetwarzania, skalowania rozmiaru elektrody itp. podczas programowania.
Zestaw elektrod grafitowych do obrabiarek EDM, bogata biblioteka parametrów przetwarzania, typ materiału do wyboru: grafit gruby, grafit, grafit odpowiadający różnorodnym materiałom obrabianego przedmiotu, podział typu zastosowania na standardowy, głęboki rowek, ostry punkt, duży obszar, dużą wnękę, taki jak drobny, zapewnia również niskie straty, standard, wysoką wydajność itd. Wiele rodzajów priorytetowego wyboru przetwarzania.
5.Wnioski
Nowy materiał elektrod grafitowych zasługuje na intensywną popularyzację, a jego zalety będą stopniowo dostrzegane i akceptowane przez krajowy przemysł produkcji form.
Prawidłowy dobór materiałów elektrod grafitowych i udoskonalenie powiązanych z tym powiązań technologicznych przyniesie przedsiębiorstwom zajmującym się produkcją form wysoką wydajność, wysoką jakość i niskie koszty
Czas publikacji: 04-12-2020