1. Grafiittimateriaalien EDM-ominaisuudet.
1.1.Purkauskoneistuksen nopeus.
Grafiitti on ei-metallinen materiaali, jonka sulamispiste on erittäin korkea, 3 650 °C, kun taas kuparin sulamispiste on 1 083 °C, joten grafiittielektrodi kestää suurempia virran asetusolosuhteita.
Kun purkausalue ja elektrodin koko ovat suurempia, grafiittimateriaalin tehokkaan karkean työstön edut ovat ilmeisempiä.
Grafiitin lämmönjohtavuus on 1/3 kuparin lämmönjohtavuudesta, ja purkausprosessin aikana syntyvää lämpöä voidaan käyttää metallimateriaalien tehokkaampaan poistamiseen. Siksi grafiitin käsittelytehokkuus on keskisuurten ja hienojen prosessointien aikana suurempi kuin kuparielektrodin.
Käsittelykokemuksen mukaan grafiittielektrodin purkausprosessinopeus on oikeissa käyttöolosuhteissa 1,5–2 kertaa nopeampi kuin kuparielektrodin.
1.2. Elektrodin kulutus.
Grafiittielektrodilla on ominaisuus, että se kestää suuria virtoja ja kestää asianmukaisissa karhennusolosuhteissa myös hiiliteräksestä valmistettujen työkappaleiden työstön aikana, kun hiilihiukkaset hajoavat korkeassa lämpötilassa ja työnesteestä. Polaarisuusvaikutuksen vaikutuksesta osittaisen sisällön poiston vaikutuksesta hiilihiukkaset tarttuvat elektrodin pintaan muodostaen suojakerroksen, mikä varmistaa grafiittielektrodin pienen hävikin karkeassa työstössä tai jopa "nollajätteen".
EDM-hitsauksessa suurin elektrodihäviö syntyy karkeatyöstössä. Vaikka häviöprosentti on korkea viimeistelyn asetusolosuhteissa, kokonaishäviö on myös pieni osille varatun pienen työstövaran ansiosta.
Yleisesti ottaen grafiittielektrodin häviö on pienempi kuin kuparielektrodin karkeakoneistuksessa suurilla virroilla ja hieman suurempi kuin kuparielektrodin viimeistelykoneistuksessa. Grafiittielektrodin elektrodihäviö on samankaltainen.
1.3. Pinnan laatu.
Grafiittimateriaalin hiukkashalkaisija vaikuttaa suoraan EDM:n pinnan karheuteen. Mitä pienempi halkaisija on, sitä pienempi pinnan karheus voidaan saavuttaa.
Muutama vuosi sitten grafiittimateriaalilla, jonka phi-hiukkasten halkaisija oli 5 mikronia, parhaalla pinnalla voitiin saavuttaa vain VDI18-edm (Ra0,8 mikronia). Nykyään grafiittimateriaalien raekoko on pystytty saavuttamaan 3 mikronin phi-tarkkuuden. Parhaalla pinnalla voidaan saavuttaa vakaa VDI12-edm (Ra0,4 μm) tai kehittyneempi taso, mutta grafiittielektrodit pystyvät peilikiihdytykseen.
Kuparimateriaalilla on alhainen resistiivisyys ja kompakti rakenne, ja sitä voidaan käsitellä vakaasti vaikeissa olosuhteissa. Pinnan karheus voi olla alle Ra0,1 m, ja sitä voidaan käsitellä peilin avulla.
Näin ollen, jos purkaustyöstöllä pyritään erittäin hienoon pintaan, on sopivampaa käyttää kuparimateriaalia elektrodina, mikä on kuparielektrodin tärkein etu grafiittielektrodiin verrattuna.
Mutta kuparielektrodin ollessa suuri virta-asetus, elektrodin pinta on helppo karhentaa ja jopa halkeilla, eikä grafiittimateriaaleilla olisi tätä ongelmaa. Pintakarheusvaatimus on VDI26 (Ra2,0 mikronia) muotin prosessoinnissa. Grafiittielektrodin avulla prosessointi voi vaihdella karkeudesta hienoon, jolloin saavutetaan tasainen pintavaikutus ja pintavirheet voidaan poistaa.
Lisäksi grafiitin ja kuparin erilaisen rakenteen vuoksi grafiittielektrodin pinnan purkauskorroosiopiste on säännöllisempi kuin kuparielektrodin. Siksi, kun työstetään samaa pinnan karheutta, joka on VDI20 tai korkeampi, grafiittielektrodin työstämän työkappaleen pinnan rakeisuus on selkeämpi, ja tämä rakeisuuden pintavaikutus on parempi kuin kuparielektrodin purkauspintavaikutus.
1.4. Koneistuksen tarkkuus.
Grafiittimateriaalin lämpölaajenemiskerroin on pieni ja kuparimateriaalin lämpölaajenemiskerroin on neljä kertaa suurempi kuin grafiittimateriaalin. Siksi grafiittielektrodi on purkausprosessissa vähemmän altis muodonmuutokselle kuin kuparielektrodi, mikä voi saavuttaa vakaamman ja luotettavamman käsittelytarkkuuden.
Erityisesti syviä ja kapeita kylkiluita työstettäessä paikallinen korkea lämpötila saa kuparielektrodin taipumaan helposti, mutta grafiittielektrodi ei.
Suuren syvyys-halkaisijasuhteen omaavien kuparielektrodien kohdalla tietty lämpölaajenemisarvo on kompensoitava koon korjaamiseksi koneistuksen aikana, kun taas grafiittielektrodia ei tarvita.
1.5. Elektrodin paino.
Grafiittimateriaali on vähemmän tiheää kuin kupari, ja saman tilavuuden grafiittielektrodin paino on vain 1/5 kuparielektrodin painosta.
Voidaan nähdä, että grafiitin käyttö soveltuu erittäin hyvin suurikokoisille elektrodeille, mikä vähentää huomattavasti EDM-työstökoneen karan kuormitusta. Elektrodin suuri paino ei aiheuta haittoja puristuksessa, ja se aiheuttaa taipumaa prosessoinnin aikana jne. Voidaan nähdä, että grafiittielektrodin käytöllä on suuri merkitys laajamittaisessa muottien prosessoinnissa.
1.6. Elektrodin valmistusvaikeudet.
Grafiittimateriaalin työstöominaisuudet ovat hyvät. Leikkausvastus on vain neljäsosa kuparin leikkausvastuksesta. Oikeissa käsittelyolosuhteissa grafiittielektrodin jyrsintätehokkuus on 2–3 kertaa kuparielektrodin tehokkuus.
Grafiittielektrodi on helppo puhdistaa kulmassa, ja sitä voidaan käyttää työkappaleen käsittelyyn, joka tulisi viimeistellä useilla elektrodeilla yhdeksi elektrodiksi.
Grafiittimateriaalin ainutlaatuinen hiukkasrakenne estää purseiden muodostumisen elektrodin jyrsinnän ja muovauksen jälkeen, mikä voi suoraan täyttää käyttövaatimukset, kun purseita ei ole helppo poistaa monimutkaisessa mallinnuksessa, mikä eliminoi elektrodin manuaalisen kiillotuksen ja välttää kiillotuksen aiheuttaman muodonmuutoksen ja kokovirheen.
On huomattava, että koska grafiitti kerää pölyä, grafiitin jyrsintä tuottaa paljon pölyä, joten jyrsinkoneessa on oltava tiiviste ja pölynkeräyslaite.
Jos grafiittielektrodin käsittelyyn on tarpeen käyttää edM:ää, sen käsittelyteho ei ole yhtä hyvä kuin kuparimateriaalilla, ja leikkausnopeus on noin 40 % hitaampi kuin kuparilla.
1.7. Elektrodin asennus ja käyttö.
Grafiittimateriaalilla on hyvät sidosominaisuudet. Sitä voidaan käyttää grafiitin kiinnittämiseen kiinnityslaitteeseen jyrsimällä elektrodi ja purkamalla se, mikä voi säästää ruuvinreiän koneistusta elektrodimateriaaliin ja säästää työaikaa.
Grafiittimateriaali on suhteellisen haurasta, erityisesti pieni, kapea ja pitkä elektrodi, joka on helppo rikkoa käytön aikana ulkoisen voiman vaikutuksesta, mutta voi heti tietää, että elektrodi on vaurioitunut.
Jos kyseessä on kuparielektrodi, se vain taipuu eikä rikkoudu, mikä on erittäin vaarallista ja vaikeaa havaita käytössä, ja se johtaa helposti työkappaleen romuttumiseen.
1.8.Hinta.
Kuparimateriaali on uusiutumaton luonnonvara, ja sen hintakehitys tulee nousemaan, kun taas grafiittimateriaalin hinta pyrkii vakiintumaan.
Kuparimateriaalin hinnan noustua viime vuosina, suuret grafiittivalmistajat ovat parantaneet grafiitin tuotantoprosessia ja saavuttaneet kilpailuetunsa. Nyt samalla volyymilla grafiittielektrodimateriaalin ja kuparielektrodimateriaalin hinta on melko yleinen, mutta grafiitti voi saavuttaa tehokkaamman prosessoinnin kuin kuparielektrodin käyttö, mikä säästää paljon työtunteja ja vastaa suoraan tuotantokustannusten alentamista.
Yhteenvetona voidaan todeta, että grafiittielektrodin kahdeksasta EDM-ominaisuudesta sen edut ovat ilmeiset: jyrsintäelektrodin ja purkauskäsittelyn tehokkuus on huomattavasti parempi kuin kuparielektrodilla; suurella elektrodilla on pieni paino ja hyvä mittapysyvyys, ohutta elektrodia ei ole helppo muokata ja pinnan rakenne on parempi kuin kuparielektrodilla.
Grafiittimateriaalin haittapuolena on, että se ei sovellu hienopurkauskäsittelyyn VDI12:n (Ra0,4 m) mukaisesti, ja edM:n käytön tehokkuus elektrodin valmistuksessa on alhainen.
Käytännön näkökulmasta yksi tärkeimmistä syistä, jotka vaikuttavat grafiittimateriaalien tehokkaaseen myynninedistämiseen Kiinassa, on se, että jyrsintäelektrodien valmistukseen tarvitaan erityinen grafiitinkäsittelykone, mikä asettaa uusia vaatimuksia muottiyritysten käsittelylaitteille. Joillakin pienillä yrityksillä ei välttämättä ole tätä ehtoa.
Yleisesti ottaen grafiittielektrodien edut kattavat valtaosan kipinätyöstötilanteista, ja ne ovat ansainneet suosiota ja soveltamista huomattavine pitkän aikavälin hyötyineen. Hienopinnan käsittelyn puutteet voidaan korvata käyttämällä kuparielektrodeja.
2. Grafiittielektrodimateriaalien valinta EDM:ään
Grafiittimateriaalien osalta on pääasiassa seuraavat neljä indikaattoria, jotka määräävät suoraan materiaalien suorituskyvyn:
1) Materiaalin keskimääräinen hiukkashalkaisija
Materiaalin keskimääräinen hiukkashalkaisija vaikuttaa suoraan materiaalin purkausolosuhteisiin.
Mitä pienempi grafiittimateriaalin keskimääräinen hiukkanen on, sitä tasaisempi purkaus on, sitä vakaampi purkausolosuhde on, sitä parempi pinnanlaatu ja sitä pienempi häviö.
Mitä suurempi keskimääräinen hiukkaskoko on, sitä parempi aineenpoistonopeus saavutetaan karkeassa työstössä, mutta viimeistelyn pinnanlaatu on huono ja elektrodihäviö suuri.
2) Materiaalin taivutuslujuus
Materiaalin taivutuslujuus heijastaa suoraan sen lujuutta ja osoittaa sen sisäisen rakenteen tiiviyttä.
Korkean lujuuden omaavalla materiaalilla on suhteellisen hyvä purkauskestävyys. Korkean tarkkuuden elektrodille tulisi valita mahdollisimman hyvä lujuusmateriaali.
3) Materiaalin Shore-kovuus
Grafiitti on kovempaa kuin metallimateriaalit, ja leikkaustyökalun hävikki on suurempi kuin leikkausmetallin.
Samaan aikaan grafiittimateriaalin korkea kovuus purkaushäviöiden hallinnassa on parempi.
4) Materiaalin ominaisresistiivisyys
Korkean ominaisresistiivisyyden omaavan grafiittimateriaalin purkausnopeus on hitaampi kuin matalan resistiivisyyden omaavan.
Mitä suurempi ominaisresistiivisyys on, sitä pienempi on elektrodihäviö, mutta mitä suurempi ominaisresistiivisyys on, sitä suurempi purkauksen vakaus heikkenee.
Tällä hetkellä maailman johtavilta grafiittitoimittajilta on saatavilla monia erilaisia grafiittilaatuja.
Yleisesti luokiteltavien grafiittimateriaalien keskimääräisen hiukkashalkaisijan mukaan ≤ 4 μm:n hiukkashalkaisija määritellään hienoksi grafiitiksi, 5–10 μm:n hiukkaset määritellään keskikokoiseksi grafiitiksi ja yli 10 μm:n hiukkaset määritellään karkeaksi grafiitiksi.
Mitä pienempi hiukkasen halkaisija on, sitä kalliimpaa materiaali on, ja sitä sopivampi grafiittimateriaali voidaan valita EDM:n vaatimusten ja kustannusten mukaan.
3. Grafiittielektrodin valmistus
Grafiittielektrodi valmistetaan pääasiassa jyrsimällä.
Prosessointitekniikan näkökulmasta grafiitti ja kupari ovat kaksi eri materiaalia, ja niiden erilaiset leikkausominaisuudet tulisi hallita.
Jos grafiittielektrodia käsitellään kuparielektrodin prosessilla, ongelmia ilmenee väistämättä, kuten levyn usein toistuva murtuminen, mikä vaatii sopivien leikkaustyökalujen ja leikkausparametrien käyttöä.
Grafiittielektrodin työstö kuluu enemmän kuin kuparielektrodityökalun. Taloudellisista syistä kovametallityökalu on edullisin valinta. Timanttipinnoitustyökalun (ns. grafiittiveitsen) hinta on korkeampi, mutta timanttipinnoitustyökalulla on pitkä käyttöikä, korkea työstötarkkuus ja hyvä taloudellinen hyöty.
Työkalun etukulman koko vaikuttaa myös sen käyttöikään. Työkalun 0° etukulma on jopa 50 % suurempi kuin 15° etukulma, mikä pidentää työkalun käyttöikää. Myös leikkausvakaus on parempi. Mitä suurempi kulma, sitä parempi työstöpinta. Työkalun 15° kulman käyttö voi saavuttaa parhaan työstöpinnan.
Leikkausnopeutta koneistuksessa voidaan säätää elektrodin muodon mukaan, yleensä 10 m/min, samalla tavalla kuin alumiinin tai muovin työstössä. Karkeakoneistuksessa leikkaustyökalu voidaan asettaa suoraan työkappaleen päälle ja pois. Viimeistelykoneistuksessa esiintyy helposti kulman romahtamista ja pirstoutumista. Usein käytetään kevyen veitsen nopeaa kävelyä.
Grafiittielektrodi tuottaa leikkausprosessissa paljon pölyä. Grafiittihiukkasten sisäänhengityksen estämiseksi koneen karan ja ruuvin sisään on tällä hetkellä kaksi pääratkaisua: toinen on käyttää erityistä grafiittikäsittelykonetta ja toinen on tavallisen käsittelykeskuksen uudelleenasennus, joka on varustettu erityisellä pölynkeräyslaitteella.
Markkinoilla oleva erityinen grafiittinen suurnopeusjyrsin on erittäin tehokas ja sillä voidaan helposti valmistaa monimutkaisia elektrodeja suurella tarkkuudella ja hyvällä pinnanlaadulla.
Jos grafiittielektrodin valmistukseen tarvitaan EDM:ää, on suositeltavaa käyttää hienoa grafiittimateriaalia, jonka hiukkasten halkaisija on pienempi.
Grafiitin työstötehokkuus on huono. Mitä pienempi hiukkasten halkaisija on, sitä suurempi on leikkaustehokkuus ja sitä vältetään epänormaalit ongelmat, kuten usein esiintyvä langan katkeaminen ja pinnan hilseily.
4. Grafiittielektrodin EDM-parametrit
Grafiitin ja kuparin EDM-parametrien valinta on melko erilainen.
EDM:n parametreihin kuuluvat pääasiassa virta, pulssinleveys, pulssiväli ja napaisuus.
Seuraavassa kuvataan näiden tärkeimpien parametrien järkevän käytön perusteet.
Grafiittielektrodin virrantiheys on yleensä 10–12 A/cm2, mikä on paljon suurempi kuin kuparielektrodin. Siksi grafiittipurkausprosessi tapahtuu sitä nopeammin, mitä suurempi virta valitaan vastaavalla alueella sallitun virta-alueen sisällä ja sitä pienempi on elektrodin häviö, mutta sitä paksumpi on pinnan karheus.
Mitä suurempi pulssin leveys on, sitä pienempi on elektrodihäviö.
Suurempi pulssinleveys kuitenkin heikentää prosessoinnin vakautta, hidastaa prosessointinopeutta ja karhentaa pintaa.
Jotta karkea työstössä elektrodihäviö olisi pieni, käytetään yleensä suhteellisen suurta pulssinleveyttä, jolla voidaan tehokkaasti toteuttaa grafiittielektrodin pienihäviöinen työstö, kun arvo on 100–300 US.
Hienomman pinnan ja vakaan purkausvaikutuksen saavuttamiseksi tulisi valita pienempi pulssinleveys.
Yleisesti ottaen grafiittielektrodin pulssinleveys on noin 40 % pienempi kuin kuparielektrodin.
Pulssiväli vaikuttaa pääasiassa purkaustyöstön nopeuteen ja työstön vakauteen. Mitä suurempi arvo, sitä parempi työstön vakaus, mikä auttaa saavuttamaan paremman pinnan tasaisuuden, mutta työstönopeus hidastuu.
Käsittelyn vakauden varmistamiseksi suurempi käsittelytehokkuus voidaan saavuttaa valitsemalla pienempi pulssiväli, mutta kun purkaustila on epävakaa, suurempi käsittelytehokkuus voidaan saavuttaa valitsemalla suurempi pulssiväli.
Grafiittielektrodin purkaustyöstössä pulssivälin ja pulssinleveyden suhde asetetaan yleensä arvoon 1:1, kun taas kuparielektrodin työstössä pulssivälin ja pulssinleveyden suhde asetetaan yleensä arvoon 1:3.
Vakaan grafiittikäsittelyn aikana pulssivälin ja pulssinleveyden välinen sovitussuhde voidaan säätää arvoon 2:3.
Pienen pulssivälyksen tapauksessa on hyödyllistä muodostaa elektrodin pinnalle peitekerros, mikä auttaa vähentämään elektrodihäviötä.
Grafiittielektrodin napaisuuden valinta EDM:ssä on periaatteessa sama kuin kuparielektrodin.
EDM:n napaisuusvaikutuksen mukaan muottiterästä työstettäessä käytetään yleensä positiivisen napaisuuden työstöä, eli elektrodi on kytketty virtalähteen positiiviseen napaan ja työkappale virtalähteen negatiiviseen napaan.
Suurella virralla ja pulssinleveydellä voidaan positiivisen napaisuuden työstöllä saavuttaa erittäin pieni elektrodihäviö. Jos napaisuus on väärä, elektrodihäviö kasvaa erittäin suureksi.
Vain silloin, kun pinnan on oltava hienojakoinen alle VDI18:n (Ra0,8 m) ja pulssinleveys on hyvin pieni, käytetään negatiivisen napaisuuden käsittelyä paremman pinnanlaadun saavuttamiseksi, mutta elektrodihäviö on suuri.
CNC-kipinätyöstökoneet on nyt varustettu grafiittipurkaustyöstöparametreilla.
Sähköisten parametrien käyttö on älykästä ja työstökoneen asiantuntijajärjestelmä voi luoda ne automaattisesti.
Yleensä kone voi konfiguroida optimoidut käsittelyparametrit valitsemalla materiaaliparin, sovellustyypin, pinnan karheusarvon ja syöttämällä käsittelyalueen, käsittelysyvyyden, elektrodin koon skaalauksen jne. ohjelmoinnin aikana.
Grafiittielektrodin kokoonpano kipinätyöstökoneille on runsas prosessointiparametrien kirjasto. Materiaalin tyyppi voi valita karkean grafiitin ja grafiitin joukosta, ja grafiitti vastaa erilaisia työkappalemateriaaleja. Sovellustyypit voidaan jakaa standardiin, syvään uraan, terävään kärkeen, suureen pinta-alaan ja suureen onteloon, kuten hienoon, mikä tarjoaa myös pienen häviön, standardin, korkean hyötysuhteen ja niin edelleen. Monipuoliset prosessointiprioriteettivalinnat.
5. Johtopäätös
Uutta grafiittielektrodimateriaalia kannattaa voimakkaasti popularisoida, ja sen edut tulevat vähitellen tunnustetuiksi ja hyväksytyiksi kotimaisessa muotinvalmistusteollisuudessa.
Grafiittielektrodimateriaalien oikea valinta ja niihin liittyvien teknologisten yhteyksien parantaminen tuovat muotinvalmistusyrityksille korkeaa tehokkuutta, korkeaa laatua ja edullisia etuja.
Julkaisun aika: 04.12.2020