1. EDM-karakteristika for grafitmaterialer.
1.1. Udladningsbearbejdningshastighed.
Grafit er et ikke-metallisk materiale med et meget højt smeltepunkt på 3.650 °C, mens kobber har et smeltepunkt på 1.083 °C, så grafitelektroden kan modstå højere strømindstillingsforhold.
Når udladningsområdet og elektrodestørrelsen er større, er fordelene ved højeffektiv grovbearbejdning af grafitmateriale mere åbenlyse.
Grafits varmeledningsevne er 1/3 af kobbers, og den varme, der genereres under afladningsprocessen, kan bruges til at fjerne metalmaterialer mere effektivt. Derfor er grafits forarbejdningseffektivitet højere end kobberelektrodens ved mellem- og finforarbejdning.
Ifølge erfaringer med forarbejdning er udladningshastigheden for grafitelektroder 1,5~2 gange hurtigere end for kobberelektroder under korrekte brugsforhold.
1.2. Elektrodeforbrug.
Grafitelektroder har den egenskab, at de kan modstå høje strømforhold. Derudover, under passende grovbearbejdningsindstilling, inklusive emner af kulstofstål, der produceres under bearbejdning, fjernes indholdet og arbejdsvæsken ved høj temperatur. Kulstofpartiklerne nedbrydes ved polaritetseffekt. Under delvis fjernelse af indholdet vil kulstofpartiklerne klæbe til elektrodeoverfladen og danne et beskyttende lag. Dette sikrer et lille tab af grafitelektroden under grovbearbejdning eller endda "nul spild".
Det primære elektrodetab i EDM kommer fra grovbearbejdning. Selvom tabsraten er høj under betingelserne for sletbearbejdning, er det samlede tab også lavt på grund af den lille bearbejdningstolerance, der er reserveret til dele.
Generelt er tabet for grafitelektroder mindre end for kobberelektroder ved grovbearbejdning med stor strøm og lidt større end for kobberelektroder ved finbearbejdning. Elektrodetab for grafitelektroder er tilsvarende.
1.3. Overfladekvaliteten.
Partikeldiameteren af grafitmateriale påvirker direkte overfladeruheden af EDM. Jo mindre diameteren er, desto lavere overfladeruhed kan opnås.
For et par år siden, hvor man brugte grafitmaterialer med en partikelstørrelse på 5 mikron i diameter, kunne den bedste overflade kun opnå VDI18 edm (Ra0,8 mikron). I dag har man i grafitmaterialer kunnet opnå en korndiameter på inden for 3 mikron af phi-værdien. Den bedste overflade kan opnå et stabilt VDI12 edm (Ra0,4 µm) eller et mere avanceret niveau, men grafitelektroden kan spejle edm.
Kobbermaterialet har lav resistivitet og kompakt struktur og kan bearbejdes stabilt under vanskelige forhold. Overfladeruheden kan være mindre end Ra0,1 m, og det kan bearbejdes med spejl.
Hvis udladningsbearbejdningen forfølger ekstremt fine overflader, er det derfor mere passende at bruge kobbermateriale som elektrode, hvilket er den største fordel ved kobberelektroder i forhold til grafitelektroder.
Men under høj strømstyrke bliver elektrodeoverfladen let ru og revner, og grafitmaterialer har ikke dette problem. Overfladeruhedskravet for VDI26 (Ra2.0 mikron) til støbeformbearbejdning opfylder kravene til overfladeruhed. Grafitelektroder kan bearbejdes fra grov til fin, hvilket giver ensartede overfladeeffekter og overfladefejl.
Derudover er overfladeudladningskorrosionspunktet for grafitelektroder mere regelmæssigt end for kobberelektroder på grund af grafitelektrodernes forskellige struktur. Når den samme overfladeruhed på VDI20 eller derover behandles, er overfladegranulærheden af det emne, der behandles af grafitelektroden, derfor mere tydelig, og denne kornlignende overfladeeffekt er bedre end udladningsoverfladeeffekten for kobberelektroder.
1.4. Bearbejdningsnøjagtigheden.
Termisk udvidelseskoefficient for grafitmateriale er lille, og kobbermaterialets termiske udvidelseskoefficient er 4 gange så stor som grafitmaterialets, så grafitelektroden er mindre tilbøjelig til deformation end kobberelektroden under udladningsbehandling, hvilket kan opnå en mere stabil og pålidelig behandlingsnøjagtighed.
Især når der bearbejdes dybe og smalle ribber, får den lokale høje temperatur kobberelektroden let til at bøje, men det gør grafitelektroden ikke.
For kobberelektroder med et stort dybde-diameterforhold bør en vis termisk udvidelsesværdi kompenseres for at korrigere størrelsen under bearbejdning og indstilling, mens grafitelektrode ikke er påkrævet.
1.5. Elektrodevægt.
Grafitmaterialet er mindre tæt end kobber, og vægten af grafitelektroden med samme volumen er kun 1/5 af kobberelektrodens.
Det kan ses, at brugen af grafit er meget velegnet til elektroder med et stort volumen, hvilket reducerer belastningen på spindlen i en EDM-maskine betydeligt. Elektroden vil ikke forårsage ulejlighed ved fastspænding på grund af sin store vægt, og den vil forårsage afbøjning og forskydning under bearbejdningen osv. Det kan ses, at det er af stor betydning at bruge grafitelektroder i storskala formbearbejdning.
1.6. Vanskeligheder ved fremstilling af elektroder.
Grafitmaterialets bearbejdningsevne er god. Skæremodstanden er kun 1/4 af kobbers. Under de korrekte bearbejdningsforhold er effektiviteten af fræsning af grafitelektroder 2~3 gange så effektiv som kobberelektroder.
Grafitelektrode er nem at fjerne i vinkel, og den kan bruges til at bearbejde emnet, der skal færdiggøres med flere elektroder, til en enkelt elektrode.
Grafitmaterialets unikke partikelstruktur forhindrer grater i at opstå efter elektrodefræsning og -formning, hvilket direkte kan opfylde brugskravene, når grater ikke let kan fjernes i den kompleks modellering, hvilket eliminerer processen med manuel polering af elektroden og undgår formændringer og størrelsesfejl forårsaget af polering.
Det skal bemærkes, at fordi grafit ophobes med støv, vil fræsning af grafit producere meget støv, så fræsemaskinen skal have en tætning og støvopsamlingsanordning.
Hvis det er nødvendigt at bruge edM til at bearbejde grafitelektroder, er dens bearbejdningsevne ikke så god som kobbermaterialer, og skærehastigheden er omkring 40% langsommere end kobber.
1.7. Installation og brug af elektrode.
Grafitmateriale har gode bindingsegenskaber. Det kan bruges til at binde grafit med fiksturen ved at fræse elektroden og aflade den, hvilket kan spare proceduren med at bearbejde skruehuller på elektrodematerialet og spare arbejdstid.
Grafitmaterialet er relativt sprødt, især den lille, smalle og lange elektrode, som let går i stykker, når den udsættes for ydre kraft under brug, men man kan straks vide, at elektroden er blevet beskadiget.
Hvis det er en kobberelektrode, vil den kun bøje og ikke knække, hvilket er meget farligt og vanskeligt at finde under brug, og det vil let føre til skrot af emnet.
1.8.Pris.
Kobbermateriale er en ikke-fornyelig ressource, prisudviklingen vil blive dyrere og dyrere, mens prisen på grafitmateriale har tendens til at stabilisere sig.
Prisen på kobbermaterialer er steget i de senere år, og de store grafitproducenter har forbedret produktionsprocessen for grafit og opnået en konkurrencefordel. Med samme volumen er prisen på grafitelektrodematerialer generelt set en del højere, men grafit kan opnå en mere effektiv forarbejdning, hvilket sparer et stort antal arbejdstimer end brugen af kobberelektroder, hvilket svarer til en direkte reduktion af produktionsomkostningerne.
Kort sagt, blandt de 8 edM-karakteristika ved grafitelektroder er dens fordele åbenlyse: effektiviteten af fræsning og udladningsbehandling er betydeligt bedre end kobberelektroder; store elektroder har lav vægt, god dimensionsstabilitet, tynde elektroder er ikke let at deformere, og overfladeteksturen er bedre end kobberelektroder.
Ulempen ved grafitmateriale er, at det ikke er egnet til fin overfladeafladningsbehandling under VDI12 (Ra0,4 m), og effektiviteten af at bruge edM til at fremstille elektrode er lav.
Fra et praktisk synspunkt er en af de vigtige årsager, der påvirker den effektive markedsføring af grafitmaterialer i Kina, imidlertid, at der er behov for en særlig grafitbearbejdningsmaskine til fræsning af elektroder, hvilket stiller nye krav til forarbejdningsudstyr til støbeforme, og nogle små virksomheder har muligvis ikke denne betingelse.
Generelt dækker fordelene ved grafitelektroder langt de fleste tilfælde af edm-bearbejdning og er værd at popularisere og anvende med betydelige langsigtede fordele. Manglen ved fin overfladebearbejdning kan kompenseres ved brug af kobberelektroder.
2. Valg af grafitelektrodematerialer til EDM
For grafitmaterialer er der primært følgende fire indikatorer, der direkte bestemmer materialernes ydeevne:
1) Materialets gennemsnitlige partikeldiameter
Materialets gennemsnitlige partikeldiameter påvirker direkte materialets udledningstilstand.
Jo mindre den gennemsnitlige partikel af grafitmateriale er, desto mere ensartet er udladningen, desto mere stabile er udladningsforholdene, desto bedre er overfladekvaliteten, og desto mindre er tabet.
Jo større den gennemsnitlige partikelstørrelse er, desto bedre fjernelse kan opnås ved grovbearbejdning, men overfladeeffekten ved sletbearbejdning er dårlig, og elektrodetabet er stort.
2) Materialets bøjningsstyrke
Et materiales bøjningsstyrke er en direkte afspejling af dets styrke og indikerer tætheden af dets indre struktur.
Materialer med høj styrke har en relativt god udladningsmodstand. For elektroder med høj præcision bør man så vidt muligt vælge materialer med god styrke.
3) Materialets Shore-hårdhed
Grafit er hårdere end metalmaterialer, og tabet af skæreværktøjet er større end tabet af skæremetallet.
Samtidig er grafitmaterialets høje hårdhed bedre til at kontrollere udledningstabet.
4) Materialets iboende modstand
Udladningshastigheden for grafitmateriale med høj iboende resistivitet vil være langsommere end for grafitmateriale med lav resistivitet.
Jo højere den iboende resistivitet er, desto mindre er elektrodetabet, men jo højere den iboende resistivitet er, desto påvirkes udladningens stabilitet.
I øjeblikket findes der mange forskellige kvaliteter af grafit fra verdens førende grafitleverandører.
Generelt defineres en partikeldiameter ≤ 4 m som fin grafit, partikler på 5 ~ 10 m defineres som medium grafit, og partikler på 10 m og derover defineres som grov grafit, afhængigt af den gennemsnitlige partikeldiameter for de grafitmaterialer, der skal klassificeres.
Jo mindre partikeldiameteren er, desto dyrere er materialet, og desto mere passende grafitmateriale kan vælges i henhold til kravene og omkostningerne ved EDM.
3. Fremstilling af grafitelektrode
Grafitelektroden fremstilles hovedsageligt ved fræsning.
Fra et forarbejdningsteknologisk synspunkt er grafit og kobber to forskellige materialer, og deres forskellige skæreegenskaber bør mestres.
Hvis grafitelektroden forarbejdes ved hjælp af kobberelektrodeprocessen, vil der uundgåeligt opstå problemer, såsom hyppig brud på pladen, hvilket kræver brug af passende skæreværktøjer og skæreparametre.
Bearbejdning af grafitelektroder er mere slidstærkt end kobberelektrodeværktøjer. Af økonomiske årsager er valget af hårdmetalværktøj det mest økonomiske. Det er dyrere at vælge et diamantbelægningsværktøj (kaldet grafitkniv), men diamantbelægningsværktøjet har længere levetid, høj bearbejdningspræcision og en god samlet økonomisk fordel.
Størrelsen på værktøjets forreste vinkel påvirker også dets levetid. Værktøjets 0° forreste vinkel vil være op til 50 % højere end værktøjets 15° forreste vinkel i løbet af værktøjets levetid. Skærestabiliteten er også bedre, men jo større vinklen er, desto bedre er bearbejdningsfladen. Brug af en 15° vinkel på værktøjet kan opnå den bedste bearbejdningsflade.
Skærehastigheden ved bearbejdning kan justeres i henhold til elektrodens form, normalt 10 m/min, svarende til bearbejdning af aluminium eller plast. Skæreværktøjet kan være direkte på og af emnet ved grovbearbejdning, og fænomenet med vinkelkollaps og fragmentering er let at forekomme ved sletbearbejdning, og metoden med let knivhurtiggang anvendes ofte.
Grafitelektroden vil producere meget støv under skæreprocessen. For at undgå at grafitpartikler indåndes af maskinens spindel og skrue, er der i øjeblikket to hovedløsninger: den ene er at bruge en speciel grafitbearbejdningsmaskine og den anden er at montere et almindeligt bearbejdningscenter udstyret med en speciel støvopsamlingsenhed.
Den specielle grafitfræsemaskine med høj hastighed på markedet har høj fræseeffektivitet og kan nemt udføre fremstilling af komplekse elektroder med høj præcision og god overfladekvalitet.
Hvis EDM er nødvendig for at fremstille en grafitelektrode, anbefales det at bruge et fint grafitmateriale med en mindre partikeldiameter.
Grafits bearbejdningsevne er dårlig, jo mindre partikeldiameteren er, desto højere skæreeffektivitet kan opnås, og de unormale problemer såsom hyppig trådbrud og overfladefrynser kan undgås.
4. EDM-parametre for grafitelektrode
Valget af EDM-parametre for grafit og kobber er ret forskelligt.
Parametrene for EDM omfatter primært strøm, pulsbredde, pulsgab og polaritet.
Det følgende beskriver grundlaget for rationel anvendelse af disse hovedparametre.
Strømtætheden for en grafitelektrode er generelt 10~12 A/cm2, hvilket er meget større end for en kobberelektrode. Derfor gælder det, at inden for det tilladte strømområde i det tilsvarende område, jo større strømmen der vælges, desto hurtigere vil grafitudladningshastigheden være, desto mindre vil elektrodetabet være, men overfladeruheden vil være tykkere.
Jo større pulsbredden er, desto lavere vil elektrodetabet være.
En større pulsbredde vil dog forringe processtabiliteten, forarbejdningshastigheden blive langsommere og overfladen ruere.
For at sikre lavt elektrodetab under grovbearbejdning anvendes normalt en relativt stor pulsbredde, hvilket effektivt kan opnå lavt tabsbearbejdning af grafitelektroder, når værdien er mellem 100 og 300 US.
For at opnå en fin overflade og en stabil udladningseffekt bør der vælges en mindre pulsbredde.
Generelt er pulsbredden for en grafitelektrode omkring 40% mindre end for en kobberelektrode.
Pulsgabet påvirker primært udladningsbearbejdningshastigheden og bearbejdningsstabiliteten. Jo større værdien er, desto bedre vil bearbejdningsstabiliteten være, hvilket er nyttigt for at opnå bedre overfladeensartethed, men bearbejdningshastigheden vil blive reduceret.
Under forudsætning af at sikre processtabilitet kan den højere proceseffektivitet opnås ved at vælge et mindre pulsgab, men når udladningstilstanden er ustabil, kan den højere proceseffektivitet opnås ved at vælge et større pulsgab.
Ved bearbejdning af grafitelektrodeudladning sættes pulsgab og pulsbredde normalt til 1:1, mens pulsgab og pulsbredde ved bearbejdning af kobberelektroder normalt sættes til 1:3.
Under stabil grafitbehandling kan matchningsforholdet mellem pulsgab og pulsbredde justeres til 2:3.
I tilfælde af lille pulsafstand er det fordelagtigt at danne et dækkende lag på elektrodeoverfladen, hvilket er nyttigt til at reducere elektrodetabet.
Polaritetsvalget for grafitelektrode i EDM er stort set det samme som for kobberelektrode.
I henhold til polaritetseffekten af EDM anvendes positiv polaritetsbearbejdning normalt ved bearbejdning af matricestål, det vil sige, at elektroden er forbundet til strømforsyningens positive pol, og emnet er forbundet til strømforsyningens negative pol.
Ved at bruge stor strøm og pulsbredde kan valg af positiv polaritetsbearbejdning opnå ekstremt lavt elektrodetab. Hvis polariteten er forkert, vil elektrodetab blive meget stort.
Kun når overfladen skal finbehandles mindre end VDI18 (Ra0,8 m), og pulsbredden er meget lille, anvendes negativ polaritetsbehandling til at opnå bedre overfladekvalitet, men elektrodetabet er stort.
Nu er CNC edM-maskiner udstyret med grafitudladningsbearbejdningsparametre.
Brugen af elektriske parametre er intelligent og kan genereres automatisk af maskinens ekspertsystem.
Generelt kan maskinen konfigurere de optimerede behandlingsparametre ved at vælge materialepar, applikationstype, overfladeruhed og indtaste behandlingsområde, behandlingsdybde, elektrodestørrelsesskalering osv. under programmering.
Indstillet til grafitelektrode i EDM-maskineværktøjsbiblioteket er rige på behandlingsparametre. Materialetypen kan vælges i grov grafit, grafit, der svarer til en række forskellige emnematerialer. Anvendelsestypen kan opdeles i standard, dyb rille, skarp spids, stort område, stort hulrum og så videre, og giver også lavt tab, standard, høj effektivitet og så videre.
5. Konklusion
Det nye grafitelektrodemateriale er værd at popularisere kraftigt, og dets fordele vil gradvist blive anerkendt og accepteret af den indenlandske formfremstillingsindustri.
Det korrekte valg af grafitelektrodematerialer og forbedring af relaterede teknologiske forbindelser vil give formfremstillingsvirksomheder høj effektivitet, høj kvalitet og lave omkostninger.
Opslagstidspunkt: 4. december 2020