1. EDM-egenskaper til grafittmaterialer.
1.1. Utladningsmaskineringshastighet.
Grafitt er et ikke-metallisk materiale med et svært høyt smeltepunkt på 3650 °C, mens kobber har et smeltepunkt på 1083 °C, slik at grafittelektroden tåler høyere strømforhold.
Når utladningsområdet og elektrodestørrelsen er større, er fordelene med høyeffektiv grovmaskinering av grafittmateriale mer åpenbare.
Grafittens varmeledningsevne er 1/3 av kobberets, og varmen som genereres under utladningsprosessen kan brukes til å fjerne metallmaterialer mer effektivt. Derfor er grafittens prosesseringseffektivitet høyere enn kobberelektrodens ved middels og fin prosessering.
I følge prosesserfaring er utladningshastigheten til grafittelektroden 1,5 til 2 ganger raskere enn for kobberelektroden under riktige bruksforhold.
1.2. Elektrodeforbruk.
Grafittelektroden har den egenskapen at den tåler høye strømforhold. I tillegg, under passende grovbearbeidingsinnstillinger, vil karbonpartikler som produseres under maskinering, dekomponeres ved høy temperatur og nedbrytes med polaritetseffekt. Under delvis fjerning av innhold vil karbonpartiklene feste seg til elektrodeoverflaten og danne et beskyttende lag. Dette sikrer lite tap ved grovbearbeiding eller til og med "null avfall".
Det største elektrodetapet i EDM kommer fra grovmaskinering. Selv om tapsraten er høy under herdeforholdene ved finbearbeiding, er det totale tapet også lavt på grunn av den lille maskineringstoleransen som er reservert for deler.
Generelt er tapet for grafittelektroder mindre enn for kobberelektroder ved grovmaskinering med høy strøm, og litt mer enn for kobberelektroder ved finbearbeiding. Elektrodetapet for grafittelektroder er likt.
1.3. Overflatekvaliteten.
Partikkeldiameteren til grafittmaterialet påvirker direkte overflateruheten til EDM. Jo mindre diameteren er, desto lavere overflateruhet kan oppnås.
For noen år siden, da man brukte grafittmateriale med en partikkeldiameter på 5 mikron, kunne den beste overflaten bare oppnå VDI18 EDM (Ra0,8 mikron). I dag har man kunnet oppnå en korndiameter på grafittmaterialer innenfor 3 mikron av phi-verdien. Den beste overflaten kan oppnå et stabilt VDI12 EDM (Ra0,4 µm) eller et mer sofistikert nivå, men grafittelektroden kan brukes til speiled EDM.
Kobbermaterialet har lav resistivitet og kompakt struktur, og kan bearbeides stabilt under vanskelige forhold. Overflateruheten kan være mindre enn Ra0,1 m, og det kan bearbeides med speil.
Hvis utladningsbearbeidingen forfølger ekstremt fine overflater, er det derfor mer passende å bruke kobbermateriale som elektrode, noe som er den største fordelen med kobberelektrode fremfor grafittelektrode.
Men kobberelektroden er lett å bli ru og til og med sprekke under høy strømstyrke, og grafittmaterialer vil ikke ha dette problemet. Overflateruhet er oppfylt i henhold til VDI26 (Ra2.0 mikron) for støpeforming. Grafittelektroden kan bearbeides fra grov til fin, noe som gir ensartet overflateeffekt og overflatefeil.
I tillegg, på grunn av den forskjellige strukturen til grafitt og kobber, er overflateutladningskorrosjonspunktet for grafittelektroden mer regelmessig enn for kobberelektroden. Derfor, når den samme overflateruheten på VDI20 eller høyere bearbeides, er overflategranulærheten til arbeidsstykket som bearbeides av grafittelektroden mer tydelig, og denne kornoverflateeffekten er bedre enn utladningsoverflateeffekten for kobberelektroden.
1.4. Maskineringsnøyaktigheten.
Termisk utvidelseskoeffisienten til grafittmateriale er liten, og kobbermaterialets termiske utvidelseskoeffisient er fire ganger så stor som grafittmaterialets. Derfor er grafittelektroden mindre utsatt for deformasjon enn kobberelektroden under utladningsprosessen, noe som kan oppnå en mer stabil og pålitelig prosesseringsnøyaktighet.
Spesielt når dype og smale ribber bearbeides, gjør lokal høy temperatur at kobberelektroden bøyer seg lett, men det gjør ikke grafittelektroden.
For kobberelektroder med et stort dybde-diameter-forhold bør en viss termisk ekspansjonsverdi kompenseres for å korrigere størrelsen under maskinering og setting, mens grafittelektrode ikke er nødvendig.
1.5. Elektrodevekt.
Grafittmaterialet har mindre tetthet enn kobber, og vekten av grafittelektroden med samme volum er bare 1/5 av kobberelektrodens.
Det kan sees at bruk av grafitt er svært egnet for elektroder med stort volum, noe som reduserer belastningen på spindelen til en EDM-maskin betraktelig. Elektroden vil ikke forårsake problemer ved fastklemming på grunn av sin store vekt, og den vil forårsake avbøyningsforskyvning under bearbeiding, osv. Det kan sees at det er av stor betydning å bruke grafittelektroder i storskala støpebehandling.
1.6. Vanskeligheter med elektrodeproduksjon.
Grafittmaterialets maskineringsytelse er god. Skjæremotstanden er bare 1/4 av kobberets. Under riktige prosesseringsforhold er effektiviteten til fresing av grafittelektroden 2~3 ganger så høy som kobberelektroden.
Grafittelektrode er enkel å fjerne vinkelen på, og den kan brukes til å bearbeide arbeidsstykket som skal ferdigstilles med flere elektroder til en enkelt elektrode.
Den unike partikkelstrukturen til grafittmaterialet forhindrer at det oppstår grader etter fresing og forming av elektroden, noe som direkte kan oppfylle brukskravene når grader ikke er enkle å fjerne i kompleks modellering, og dermed eliminerer prosessen med manuell polering av elektroden og unngår formendringer og størrelsesfeil forårsaket av polering.
Det skal bemerkes at fordi grafitt er støvopphopning, vil fresing av grafitt produsere mye støv, så fresemaskinen må ha en tetning og støvoppsamlingsenhet.
Hvis det er nødvendig å bruke edM til å bearbeide grafittelektroder, er ikke bearbeidingsytelsen like god som kobbermateriale, og skjærehastigheten er omtrent 40 % lavere enn kobber.
1.7. Installasjon og bruk av elektrode.
Grafittmateriale har gode bindingsegenskaper. Det kan brukes til å binde grafitt med festeanordninger ved å frese elektroden og utlade den, noe som kan spare prosedyren med å maskinere skruehull på elektrodematerialet og spare arbeidstid.
Grafittmaterialet er relativt sprøtt, spesielt den lille, smale og lange elektroden, som lett knekker når den utsettes for ytre kraft under bruk, men man kan umiddelbart vite at elektroden er skadet.
Hvis det er en kobberelektrode, vil den bare bøye seg og ikke brekke, noe som er veldig farlig og vanskelig å oppdage under bruk, og det vil lett føre til at arbeidsstykket skrapes.
1.8.Pris.
Kobbermateriale er en ikke-fornybar ressurs, prisutviklingen vil bli dyrere og dyrere, mens prisen på grafittmateriale har en tendens til å stabilisere seg.
Prisen på kobbermaterialer har steget de siste årene, og de store grafittprodusentene har forbedret produksjonsprosessene for grafitt, noe som gir dem et konkurransefortrinn. Nå, med samme volum, er prisen på grafittelektrodematerialer generelt sett ganske høy, men grafitt kan oppnå effektiv prosessering, noe som sparer mange arbeidstimer enn bruk av kobberelektroder, noe som tilsvarer en direkte reduksjon av produksjonskostnadene.
For å oppsummere, blant de 8 edM-egenskapene til grafittelektroder er fordelene åpenbare: effektiviteten til freseelektroden og utladningsprosessen er betydelig bedre enn for kobberelektroder; store elektroder har liten vekt, god dimensjonsstabilitet, tynne elektroder er ikke lett å deformere, og overflateteksturen er bedre enn kobberelektroder.
Ulempen med grafittmateriale er at det ikke er egnet for fin overflateutladningsbehandling under VDI12 (Ra0,4 m), og effektiviteten ved å bruke edM til å lage elektrode er lav.
Fra et praktisk synspunkt er imidlertid en av de viktigste årsakene til effektiv markedsføring av grafittmaterialer i Kina at det kreves en spesiell grafittbehandlingsmaskin for fresing av elektroder, noe som stiller nye krav til prosesseringsutstyr for støpeforetak, og noen små bedrifter har kanskje ikke denne betingelsen.
Generelt sett dekker fordelene med grafittelektroder de aller fleste tilfeller av edm-behandling, og er verdt å popularisere og bruke, med betydelige langsiktige fordeler. Manglen ved fin overflatebehandling kan kompenseres ved bruk av kobberelektroder.
2. Valg av grafittelektrodematerialer for EDM
For grafittmaterialer er det hovedsakelig følgende fire indikatorer som direkte bestemmer materialenes ytelse:
1) Gjennomsnittlig partikkeldiameter av materialet
Materialets gjennomsnittlige partikkeldiameter påvirker direkte materialets utløpstilstand.
Jo mindre den gjennomsnittlige partikkelen av grafittmateriale er, desto mer jevn er utladningen, desto mer stabil er utladningsforholdene, desto bedre er overflatekvaliteten og desto mindre er tapet.
Jo større den gjennomsnittlige partikkelstørrelsen er, desto bedre fjerningshastighet kan oppnås ved grovmaskinering, men overflateeffekten ved finbearbeiding er dårlig og elektrodetapet er stort.
2) Materialets bøyestyrke
Bøyefastheten til et materiale er en direkte refleksjon av dets styrke, og indikerer tettheten i dets indre struktur.
Materialer med høy styrke har relativt god utladningsmotstand. For elektroder med høy presisjon bør man velge materialer med god styrke så langt det er mulig.
3) Materialets shorehardhet
Grafitt er hardere enn metallmaterialer, og tapet av skjæreverktøyet er større enn tapet av skjæremetallet.
Samtidig er den høye hardheten til grafittmaterialet bedre i kontrollen av utladningstap.
4) Materialets iboende resistivitet
Utladningshastigheten for grafittmateriale med høy iboende resistivitet vil være lavere enn for materiale med lav resistivitet.
Jo høyere den iboende resistiviteten er, desto mindre er elektrodetapet, men jo høyere den iboende resistiviteten er, desto påvirkes utladningens stabilitet.
For tiden finnes det mange forskjellige kvaliteter av grafitt tilgjengelig fra verdens ledende grafittleverandører.
Generelt, i henhold til den gjennomsnittlige partikkeldiameteren til grafittmaterialene som skal klassifiseres, defineres partikkeldiameter ≤ 4 m som fin grafitt, partikler i diameter 5 ~ 10 m defineres som middels grafitt, og partikler i diameter 10 m og over defineres som grov grafitt.
Jo mindre partikkeldiameteren er, desto dyrere er materialet, desto mer passende grafittmateriale kan velges i henhold til kravene og kostnadene ved EDM.
3. Fremstilling av grafittelektrode
Grafittelektroden lages hovedsakelig ved fresing.
Fra et prosesseringsteknologisk synspunkt er grafitt og kobber to forskjellige materialer, og deres forskjellige skjæreegenskaper bør mestres.
Hvis grafittelektroden behandles med kobberelektrodeprosessen, vil det uunngåelig oppstå problemer, som for eksempel hyppig brudd i arket, noe som krever bruk av passende skjæreverktøy og skjæreparametere.
Maskinering av grafittelektroder er mer slitt enn kobberelektrodeverktøy. Av økonomiske årsaker er valget av karbidverktøy det mest økonomiske. Det å velge diamantbeleggverktøy (kalt grafittkniv) er dyrere, men diamantbeleggverktøyet har lengre levetid, høy bearbeidingspresisjon og en god totaløkonomisk fordel.
Størrelsen på verktøyets frontvinkel påvirker også levetiden. Verktøyets frontvinkel på 0° vil være opptil 50 % høyere enn verktøyets frontvinkel på 15°, noe som gir bedre skjærestabilitet. Men jo større vinkelen er, desto bedre blir bearbeidingsflaten. Bruk av verktøyets vinkel på 15° kan oppnå den beste bearbeidingsflaten.
Skjærehastigheten i maskinering kan justeres i henhold til elektrodens form, vanligvis 10 m/min, tilsvarende maskinering av aluminium eller plast. Skjæreverktøyet kan være direkte på og av arbeidsstykket i grovmaskinering, og fenomenet med vinkelkollaps og fragmentering er lett å oppstå i etterbehandling, og metoden med lett knivhurtiggang brukes ofte.
Grafittelektroden produserer mye støv under skjæreprosessen. For å unngå at grafittpartikler inhaleres av maskinspindelen og skruen, finnes det to hovedløsninger for tiden. Den ene er å bruke en spesiell grafittbehandlingsmaskin, og den andre er å montere et vanlig behandlingssenter utstyrt med en spesiell støvoppsamlingsenhet.
Den spesielle grafittfresemaskinen med høy hastighet på markedet har høy freseeffektivitet og kan enkelt fullføre produksjonen av komplekse elektroder med høy presisjon og god overflatekvalitet.
Hvis EDM er nødvendig for å lage en grafittelektrode, anbefales det å bruke et fint grafittmateriale med en mindre partikkeldiameter.
Grafittens maskineringsytelse er dårlig. Jo mindre partikkeldiameteren er, desto høyere skjæreeffektivitet kan oppnås, og unormale problemer som hyppig trådbrudd og overflatefrynser kan unngås.
4. EDM-parametere for grafittelektrode
Valget av EDM-parametere for grafitt og kobber er ganske forskjellig.
Parametrene til EDM inkluderer hovedsakelig strøm, pulsbredde, pulsgap og polaritet.
Det følgende beskriver grunnlaget for rasjonell bruk av disse hovedparametrene.
Strømtettheten til grafittelektroden er vanligvis 10~12 A/cm2, mye større enn for kobberelektroden. Derfor, innenfor det tillatte strømområdet i det tilsvarende området, jo større strøm som velges, desto raskere vil grafittutladningshastigheten være, desto mindre vil elektrodetapet være, men overflateruheten vil være tykkere.
Jo større pulsbredden er, desto lavere vil elektrodetapet være.
En større pulsbredde vil imidlertid gjøre prosesseringsstabiliteten dårligere, prosesseringshastigheten lavere og overflaten ruere.
For å sikre lavt elektrodetap under grovbearbeiding brukes vanligvis en relativt stor pulsbredde, noe som effektivt kan oppnå lavtapsbearbeiding av grafittelektroder når verdien er mellom 100 og 300 US.
For å oppnå en fin overflate og en stabil utladningseffekt, bør en mindre pulsbredde velges.
Generelt er pulsbredden til grafittelektroden omtrent 40 % mindre enn for kobberelektroden.
Pulsgapet påvirker hovedsakelig utladningshastigheten og maskineringsstabiliteten. Jo større verdi, desto bedre maskineringsstabilitet, noe som er nyttig for å oppnå bedre overflatejevnhet, men maskineringshastigheten vil bli redusert.
Under forutsetning av å sikre prosesseringsstabilitet, kan høyere prosesseringseffektivitet oppnås ved å velge et mindre pulsgap, men når utladningstilstanden er ustabil, kan høyere prosesseringseffektivitet oppnås ved å velge et større pulsgap.
Ved utladningsmaskinering av grafittelektroder settes pulsgap og pulsbredde vanligvis til 1:1, mens ved kobberelektrodemaskinering settes pulsgap og pulsbredde vanligvis til 1:3.
Under stabil grafittbehandling kan samsvarsforholdet mellom pulsgap og pulsbredde justeres til 2:3.
Ved liten pulsavstand er det fordelaktig å danne et dekklag på elektrodeoverflaten, noe som er nyttig for å redusere elektrodetapet.
Polaritetsvalget for grafittelektrode i EDM er i utgangspunktet det samme som for kobberelektrode.
I henhold til polaritetseffekten til EDM brukes positiv polaritetsbearbeiding vanligvis ved bearbeiding av stålstøpegods, det vil si at elektroden er koblet til den positive polen på strømforsyningen, og arbeidsstykket er koblet til den negative polen på strømforsyningen.
Ved bruk av stor strøm og pulsbredde kan valg av positiv polaritetsmaskinering oppnå ekstremt lavt elektrodetap. Hvis polariteten er feil, vil elektrodetapet bli svært stort.
Bare når overflaten må finbehandles mindre enn VDI18 (Ra0,8 m) og pulsbredden er svært liten, brukes negativ polaritetsbehandling for å oppnå bedre overflatekvalitet, men elektrodetapet er stort.
Nå er CNC edM-maskinverktøy utstyrt med parametere for grafittutladning.
Bruken av elektriske parametere er intelligent og kan genereres automatisk av maskinverktøyets ekspertsystem.
Generelt kan maskinen konfigurere de optimaliserte prosesseringsparametrene ved å velge materialpar, applikasjonstype, overflateruhet og legge inn prosesseringsområdet, prosesseringsdybden, skalering av elektrodestørrelse osv. under programmering.
Sett rike prosesseringsparametere for grafittelektrode i EDM-maskinverktøybiblioteket. Materialtypen kan velges i grov grafitt, grafitt, grafitt som tilsvarer en rekke arbeidsstykkematerialer. Brukstypen kan deles inn i standard, dyp spor, skarp spiss, stort område, stort hulrom, for eksempel fin, og gir også lavt tap, standard, høy effektivitet og så videre. Det finnes mange typer prioriterte prosesseringsvalg.
5. Konklusjon
Det nye grafittelektrodematerialet er verdt å popularisere kraftig, og fordelene vil gradvis bli anerkjent og akseptert av den innenlandske støpeformindustrien.
Riktig valg av grafittelektrodematerialer og forbedring av relaterte teknologiske koblinger vil gi høy effektivitet, høy kvalitet og lave kostnader til støpeformprodusenter.
Publisert: 04. des. 2020