1. Caracteristicile EDM ale materialelor din grafit.
1.1. Viteza de prelucrare la descărcare.
Grafitul este un material nemetalic cu un punct de topire foarte ridicat, de 3.650 °C, în timp ce cuprul are un punct de topire de 1.083 °C, astfel încât electrodul de grafit poate rezista la condiții de reglare a curentului mai mari.
Când zona de descărcare și dimensiunea electrodului sunt mai mari, avantajele prelucrării brute de înaltă eficiență a materialului de grafit sunt mai evidente.
Conductivitatea termică a grafitului este de 1/3 față de cea a cuprului, iar căldura generată în timpul procesului de descărcare poate fi utilizată pentru a îndepărta mai eficient materialele metalice. Prin urmare, eficiența de procesare a grafitului este mai mare decât cea a electrodului de cupru în prelucrarea medie și fină.
Conform experienței de procesare, viteza de descărcare a electrodului de grafit este de 1,5~2 ori mai mare decât cea a electrodului de cupru în condiții corecte de utilizare.
1.2. Consumul electrozilor.
Electrodul de grafit are caracteristicile necesare pentru a rezista la condiții de curent ridicat. În plus, în condițiile unor setări adecvate de degroșare, inclusiv la descompunerea particulelor de carbon din oțel carbon produse în timpul prelucrării, sub acțiunea îndepărtării parțiale a conținutului, particulele de carbon vor adera la suprafața electrodului pentru a forma un strat protector, asigurând pierderi mici la electrodul de grafit în prelucrarea degroșată sau chiar „zero deșeuri”.
Pierderea electrodului principal în EDM provine din prelucrarea brută. Deși rata pierderii este mare în condițiile de fixare pentru finisare, pierderea totală este, de asemenea, scăzută datorită adaosului mic de prelucrare rezervat pieselor.
În general, pierderea electrodului de grafit este mai mică decât cea a electrodului de cupru în prelucrarea brută cu curent mare și puțin mai mare decât cea a electrodului de cupru în prelucrarea de finisare. Pierderea electrodului de grafit este similară.
1.3. Calitatea suprafeței.
Diametrul particulelor de grafit afectează direct rugozitatea suprafeței EDM. Cu cât diametrul este mai mic, cu atât rugozitatea suprafeței poate fi obținută mai mică.
În urmă cu câțiva ani, folosind materiale de grafit cu particule phi cu diametrul de 5 microni, cea mai bună suprafață putea obține doar electroeroziune VDI18 (Ra0,8 microni). În prezent, diametrul granulelor materialelor de grafit poate atinge o valoare phi de până la 3 microni. Cea mai bună suprafață poate obține un nivel stabil de electroeroziune VDI12 (Ra0,4 microni) sau mai avansat, dar electrodul de grafit utilizează electroeroziune cu oglindă.
Materialul de cupru are o rezistivitate scăzută și o structură compactă, putând fi prelucrat stabil în condiții dificile. Rugozitatea suprafeței poate fi mai mică de Ra0.1 m și poate fi prelucrat prin oglindă.
Astfel, dacă prelucrarea prin descărcare urmărește o suprafață extrem de fină, este mai potrivit să se utilizeze cupru ca electrod, acesta fiind principalul avantaj al electrodului de cupru față de electrodul de grafit.
Însă, în condițiile unui curent mare, suprafața electrodului devine ușor rugoasă, apar fisuri uniforme, iar materialele din grafit nu prezintă această problemă. Conform cerințelor de rugozitate a suprafeței VDI26 (Ra2,0 microni) pentru prelucrarea în matriță, utilizarea unui electrod de grafit poate fi efectuată de la o prelucrare grosieră la una fină, realizând un efect uniform de suprafață și eliminând defectele de suprafață.
În plus, datorită structurii diferite a grafitului și cuprului, punctul de coroziune la descărcarea suprafeței electrodului de grafit este mai constant decât cel al electrodului de cupru. Prin urmare, atunci când se prelucrează aceeași rugozitate a suprafeței VDI20 sau mai mare, granularitatea suprafeței piesei prelucrate de electrodul de grafit este mai distinctă, iar acest efect de suprafață a granulelor este mai bun decât efectul de suprafață la descărcarea suprafeței electrodului de cupru.
1.4. Precizia de prelucrare.
Coeficientul de dilatare termică al materialului grafit este mic, coeficientul de dilatare termică al materialului cupru este de 4 ori mai mare decât cel al materialului grafit, astfel încât în procesarea prin descărcare, electrodul de grafit este mai puțin predispus la deformare decât electrodul de cupru, ceea ce poate obține o precizie de procesare mai stabilă și mai fiabilă.
Mai ales când se prelucrează nervuri adânci și înguste, temperatura locală ridicată face ca electrodul de cupru să se îndoaie ușor, dar electrodul de grafit nu.
Pentru electrozii de cupru cu un raport adâncime-diametru mare, o anumită valoare a dilatării termice trebuie compensată pentru a corecta dimensiunea în timpul prelucrării, în timp ce electrodul de grafit nu este necesar.
1.5. Greutatea electrodului.
Materialul grafitic este mai puțin dens decât cuprul, iar greutatea electrodului de grafit cu același volum este doar 1/5 din cea a electrodului de cupru.
Se poate observa că utilizarea grafitului este foarte potrivită pentru electrozii cu volum mare, ceea ce reduce considerabil sarcina axului mașinii-unelte EDM. Electrodul nu va cauza inconveniente la prindere datorită greutății sale mari și va produce devieri în timpul procesării etc. Se poate observa că este de mare importanță utilizarea electrodului de grafit în prelucrarea matrițelor la scară largă.
1.6. Dificultăți de fabricație a electrozilor.
Performanța de prelucrare a materialului de grafit este bună. Rezistența la tăiere este de doar 1/4 din cea a cuprului. În condiții corecte de prelucrare, eficiența frezării electrodului de grafit este de 2~3 ori mai mare decât cea a electrodului de cupru.
Electrodul de grafit este ușor de curățat în unghi și poate fi utilizat pentru a procesa piesa de prelucrat care ar trebui finisată cu mai mulți electrozi într-un singur electrod.
Structura unică a particulelor din materialul de grafit previne apariția bavurilor după frezarea și formarea electrodului, ceea ce poate satisface direct cerințele de utilizare atunci când bavurile nu sunt ușor îndepărtate în modelarea complexă, eliminând astfel procesul de lustruire manuală a electrodului și evitând schimbarea formei și erorile de dimensiune cauzate de lustruire.
Trebuie menționat că, deoarece grafitul acumulează praf, măcinarea grafitului va produce mult praf, așadar mașina de frezat trebuie să aibă o etanșare și un dispozitiv de colectare a prafului.
Dacă este necesar să se utilizeze electrod-magnetic (EDM) pentru a procesa electrozi de grafit, performanța sa de procesare nu este la fel de bună ca a materialului de cupru, viteza de tăiere fiind cu aproximativ 40% mai mică decât cea a cuprului.
1.7. Instalarea și utilizarea electrozilor.
Materialul grafitic are proprietăți bune de lipire. Poate fi utilizat pentru a lega grafitul cu dispozitivul de fixare prin frezarea electrodului și descărcare, ceea ce poate economisi procedura de prelucrare a găurii șurubului pe materialul electrodului și timp de lucru.
Materialul de grafit este relativ fragil, în special electrodul mic, îngust și lung, care se rupe ușor atunci când este supus unei forțe externe în timpul utilizării, dar poate detecta imediat dacă electrodul a fost deteriorat.
Dacă este un electrod de cupru, acesta se va îndoi și nu se va rupe, ceea ce este foarte periculos și dificil de găsit în procesul de utilizare și va duce cu ușurință la deșeuri ale piesei de prelucrat.
1.8.Preț.
Cuprul este o resursă neregenerabilă, tendința prețurilor va deveni din ce în ce mai mare, în timp ce prețul materialului grafitic tinde să se stabilizeze.
Prețul cuprului a crescut în ultimii ani, iar marii producători de grafit și-au îmbunătățit procesul de producție, obținând un avantaj competitiv. Acum, în condițiile aceleiași volumuri, prețul general al electrozilor de grafit și cel al materialelor pentru electrozii de cupru sunt destul de mici, însă grafit poate realiza o procesare mai eficientă, economisind un număr mare de ore de lucru prin utilizarea electrozilor de cupru, ceea ce echivalează cu o reducere directă a costurilor de producție.
Pe scurt, printre cele 8 caracteristici edM ale electrodului de grafit, avantajele sale sunt evidente: eficiența electrodului de frezare și a procesării prin descărcare este semnificativ mai bună decât cea a electrodului de cupru; electrodul mare are o greutate mică, o stabilitate dimensională bună, electrodul subțire nu se deformează ușor, iar textura suprafeței este mai bună decât cea a electrodului de cupru.
Dezavantajul materialului de grafit este că nu este potrivit pentru procesarea prin descărcare fină a suprafeței sub VDI12 (Ra0.4 m), iar eficiența utilizării edM pentru a realiza electrodul este scăzută.
Totuși, din punct de vedere practic, unul dintre motivele importante care afectează promovarea eficientă a materialelor din grafit în China este necesitatea unei mașini speciale de prelucrare a grafitului pentru frezarea electrozilor, ceea ce impune noi cerințe pentru echipamentele de prelucrare ale întreprinderilor de matrițe, unele întreprinderi mici putând să nu aibă această condiție.
În general, avantajele electrozilor de grafit acoperă marea majoritate a cazurilor de procesare electroeroziune (EDM) și merită popularizare și aplicare, cu beneficii considerabile pe termen lung. Deficitul în prelucrarea fină a suprafețelor poate fi compensat prin utilizarea electrozilor de cupru.
2. Selectarea materialelor pentru electrozi de grafit pentru EDM
Pentru materialele din grafit, există în principal următorii patru indicatori care determină direct performanța materialelor:
1) Diametrul mediu al particulelor materialului
Diametrul mediu al particulelor materialului afectează direct starea de descărcare a materialului.
Cu cât particula medie de grafit este mai mică, cu atât descărcarea este mai uniformă, cu atât condițiile de descărcare sunt mai stabile, cu atât calitatea suprafeței este mai bună și cu atât pierderile sunt mai mici.
Cu cât dimensiunea medie a particulelor este mai mare, cu atât rata de îndepărtare poate fi obținută mai bună la prelucrarea brută, dar efectul de finisare a suprafeței este slab, iar pierderea la electrod este mare.
2) Rezistența la încovoiere a materialului
Rezistența la încovoiere a unui material este o reflectare directă a rezistenței sale, indicând etanșeitatea structurii sale interne.
Materialul cu rezistență ridicată are performanțe relativ bune de rezistență la descărcare. Pentru electrodul cu precizie ridicată, trebuie selectat pe cât posibil materialul cu rezistență bună.
3) Duritatea Shore a materialului
Grafitul este mai dur decât materialele metalice, iar pierderea sculei așchietoare este mai mare decât cea a metalului așchietor.
În același timp, duritatea ridicată a materialului de grafit în controlul pierderilor de descărcare este mai bună.
4) Rezistivitatea inerentă a materialului
Rata de descărcare a materialului de grafit cu rezistivitate inerentă ridicată va fi mai lentă decât cea cu rezistivitate scăzută.
Cu cât rezistivitatea inerentă este mai mare, cu atât pierderea electrodului este mai mică, dar cu cât rezistivitatea inerentă este mai mare, cu atât stabilitatea descărcării va fi afectată.
În prezent, există multe grade diferite de grafit disponibile de la cei mai importanți furnizori de grafit din lume.
În general, conform diametrului mediu al particulelor de grafit care urmează să fie clasificate, diametrul particulelor ≤ 4 m este definit ca grafit fin, particulele cu diametrul de 5~10 m sunt definite ca grafit mediu, iar particulele cu diametrul de 10 m și mai mult sunt definite ca grafit grosier.
Cu cât diametrul particulelor este mai mic, cu atât materialul este mai scump, cu atât materialul de grafit poate fi selectat mai potrivit în funcție de cerințele și costul EDM.
3. Fabricarea electrodului de grafit
Electrodul de grafit se obține în principal prin frezare.
Din punctul de vedere al tehnologiei de procesare, grafitul și cuprul sunt două materiale diferite, iar caracteristicile lor diferite de tăiere trebuie stăpânite.
Dacă electrodul de grafit este prelucrat prin procedeul electrodului de cupru, vor apărea inevitabil probleme, cum ar fi fracturarea frecventă a foii, ceea ce necesită utilizarea unor scule de tăiere și a unor parametri de tăiere adecvați.
Prelucrarea electrodului de grafit la uzură mai mare decât cea a sculei cu electrod de cupru. Din punct de vedere economic, alegerea sculei din carbură este cea mai economică. Alegerea sculei de acoperire cu diamant (numită cuțit de grafit) este mai scumpă, dar durata de viață lungă a sculei de acoperire cu diamant, precizia ridicată de prelucrare și beneficiul economic general sunt bune.
Dimensiunea unghiului frontal al sculei afectează, de asemenea, durata sa de viață. Unghiul frontal de 0° al sculei va fi cu până la 50% mai mare decât unghiul frontal de 15° al sculei, stabilitatea la așchiere fiind, de asemenea, mai bună, dar cu cât unghiul este mai mare, cu atât suprafața de prelucrare este mai bună. Utilizarea unui unghi de 15° al sculei poate obține cea mai bună suprafață de prelucrare.
Viteza de așchiere în prelucrare poate fi ajustată în funcție de forma electrodului, de obicei 10 m/min, similar prelucrării aluminiului sau plasticului, scula așchietoare poate fi așezată direct pe piesa de prelucrat și detașată în prelucrarea brută, iar fenomenul de prăbușire și fragmentare a unghiului este ușor de observat în prelucrarea de finisare, fiind adesea adoptată metoda de mers rapid cu cuțitul ușor.
Electrodul de grafit în procesul de tăiere va produce mult praf. Pentru a evita inhalarea particulelor de grafit de către axul și șurubul mașinii, există două soluții principale în prezent: una este utilizarea unei mașini speciale de prelucrare a grafitului, iar cealaltă este recondiționarea centrului de prelucrare obișnuit, echipat cu un dispozitiv special de colectare a prafului.
Mașina specială de frezat de mare viteză cu grafit de pe piață are o eficiență ridicată de frezare și poate finaliza cu ușurință fabricarea de electrozi complecși cu precizie ridicată și o calitate bună a suprafeței.
Dacă este necesară electroeroziune (EDM) pentru a realiza un electrod de grafit, se recomandă utilizarea unui material de grafit fin cu un diametru al particulelor mai mic.
Performanța de prelucrare a grafitului este slabă, cu cât diametrul particulelor este mai mic, cu atât se poate obține o eficiență de tăiere mai mare, iar problemele anormale, cum ar fi ruperea frecventă a firului și marginile de suprafață, pot fi evitate.
4. Parametrii EDM ai electrodului de grafit
Selecția parametrilor EDM pentru grafit și cupru este destul de diferită.
Parametrii EDM includ în principal curentul, lățimea impulsului, intervalul impulsurilor și polaritatea.
În continuare sunt descrise bazele utilizării raționale a acestor parametri principali.
Densitatea de curent a electrodului de grafit este în general de 10~12 A/cm2, mult mai mare decât cea a electrodului de cupru. Prin urmare, în intervalul de curent permis în zona corespunzătoare, cu cât este selectat un curent mai mare, cu atât viteza de procesare a descărcării grafitului va fi mai mare, cu atât pierderile electrodului vor fi mai mici, dar rugozitatea suprafeței va fi mai groasă.
Cu cât lățimea impulsului este mai mare, cu atât pierderea electrodului va fi mai mică.
Totuși, o lățime a impulsurilor mai mare va înrăutăți stabilitatea procesării, viteza de procesare va fi mai lentă și suprafața mai rugoasă.
Pentru a asigura pierderi reduse ale electrodului în timpul prelucrării brute, se utilizează de obicei o lățime a impulsurilor relativ mare, ceea ce poate realiza eficient prelucrarea cu pierderi reduse a electrodului de grafit atunci când valoarea este între 100 și 300 US.
Pentru a obține o suprafață fină și un efect de descărcare stabil, trebuie aleasă o lățime a impulsului mai mică.
În general, lățimea impulsului electrodului de grafit este cu aproximativ 40% mai mică decât cea a electrodului de cupru.
Intervalul de impulsuri afectează în principal viteza de prelucrare la descărcare și stabilitatea prelucrării. Cu cât valoarea este mai mare, cu atât stabilitatea prelucrării va fi mai bună, ceea ce este util pentru obținerea unei uniformități mai bune a suprafeței, dar viteza de prelucrare va fi redusă.
În condițiile asigurării stabilității procesării, o eficiență mai mare a procesării poate fi obținută prin alegerea unui interval de impulsuri mai mic, dar atunci când starea de descărcare este instabilă, o eficiență mai mare a procesării poate fi obținută prin alegerea unui interval de impulsuri mai mare.
În prelucrarea prin descărcare a electrozilor de grafit, intervalul de impulsuri și lățimea impulsurilor sunt de obicei setate la 1:1, în timp ce în prelucrarea electrozilor de cupru, intervalul de impulsuri și lățimea impulsurilor sunt de obicei setate la 1:3.
În condiții de procesare stabilă a grafitului, raportul de potrivire dintre intervalul de impulsuri și lățimea impulsurilor poate fi ajustat la 2:3.
În cazul unui clearance mic al impulsurilor, este benefic să se formeze un strat de acoperire pe suprafața electrodului, ceea ce este util pentru a reduce pierderile electrodului.
Selecția polarității electrodului de grafit în EDM este practic aceeași cu cea a electrodului de cupru.
Conform efectului de polaritate al EDM, prelucrarea cu polaritate pozitivă este de obicei utilizată la prelucrarea oțelului matriță, adică electrodul este conectat la polul pozitiv al sursei de alimentare, iar piesa de prelucrat este conectată la polul negativ al sursei de alimentare.
Folosind un curent și o lățime a impulsurilor mari, selectarea prelucrării cu polaritate pozitivă poate obține o pierdere extrem de mică a electrodului. Dacă polaritatea este greșită, pierderea electrodului va deveni foarte mare.
Numai atunci când suprafața trebuie prelucrată fin sub VDI18 (Ra0.8 m) și lățimea impulsului este foarte mică, se utilizează procesarea cu polaritate negativă pentru a obține o calitate mai bună a suprafeței, dar pierderea electrodului este mare.
Acum, mașinile-unelte CNC pentru electroeroziune sunt echipate cu parametri de prelucrare prin descărcare de grafit.
Utilizarea parametrilor electrici este inteligentă și poate fi generată automat de sistemul expert al mașinii-unelte.
În general, mașina poate configura parametrii de procesare optimizați prin selectarea perechii de materiale, a tipului de aplicație, a valorii rugozității suprafeței și introducerea zonei de procesare, a adâncimii de procesare, a scalării dimensiunii electrodului etc. în timpul programării.
Pentru electrozii de grafit ai mașinilor-unelte EDM, setați o bibliotecă bogată de parametri de procesare. Tipul de material poate fi ales în funcție de grafit grosier, grafit, grafit corespunde unei varietăți de materiale ale piesei de prelucrat. Tipul de aplicație poate fi subdivizat în funcție de standard, canelură adâncă, vârf ascuțit, suprafață mare, cavitate mare, cum ar fi fin. De asemenea, oferă pierderi reduse, standard, eficiență ridicată și așa mai departe, oferind numeroase tipuri de opțiuni prioritare de procesare.
5. Concluzie
Noul material pentru electrozi de grafit merită popularizat energic, iar avantajele sale vor fi recunoscute și acceptate treptat de industria internă de producție a matrițelor.
Selecția corectă a materialelor pentru electrozi de grafit și îmbunătățirea legăturilor tehnologice aferente vor aduce întreprinderilor producătoare de matrițe beneficii de înaltă eficiență, calitate superioară și costuri reduse.
Data publicării: 04 dec. 2020