1. EDM-egenskaper hos grafitmaterial.
1.1. Urladdningsbearbetningshastighet.
Grafit är ett icke-metalliskt material med en mycket hög smältpunkt på 3 650 °C, medan koppar har en smältpunkt på 1 083 °C, så grafitelektroden kan motstå högre strömstyrka.
När urladdningsarean och elektrodstorleken är större är fördelarna med högeffektiv grovbearbetning av grafitmaterial mer uppenbara.
Grafits värmeledningsförmåga är 1/3 av koppars, och värmen som genereras under urladdningsprocessen kan användas för att avlägsna metallmaterial mer effektivt. Därför är grafits bearbetningseffektivitet högre än kopparelektrodens vid medelfin och fin bearbetning.
Enligt bearbetningserfarenheten är urladdningshastigheten för grafitelektroder 1,5~2 gånger snabbare än för kopparelektroder under korrekta användningsförhållanden.
1.2. Elektrodförbrukning.
Grafitelektroder har egenskaper som kan motstå höga strömförhållanden. Dessutom, under lämplig grovbearbetningsinställning, kan de även orsaka höga temperaturer i kolstålsarbetsstycken, vilket orsakar polaritetseffekter vid nedbrytning av kolpartiklar under bearbetning. Under delvis borttagning av innehållet kommer kolpartiklarna att fästa på elektrodytan och bilda ett skyddande lager. Detta säkerställer liten förlust vid grovbearbetning eller till och med "noll avfall" hos grafitelektroderna.
Den huvudsakliga elektrodförlusten vid gnistgnist kommer från grovbearbetning. Även om förlusthastigheten är hög under finbearbetningsförhållandena, är den totala förlusten också låg på grund av den lilla bearbetningstillägget som är reserverat för detaljer.
Generellt sett är förlusten för grafitelektroder mindre än för kopparelektroder vid grovbearbetning med hög ström och något större än för kopparelektroder vid finbearbetning. Elektrodförlusten för grafitelektroder är liknande.
1.3. Ytkvaliteten.
Partikeldiametern hos grafitmaterialet påverkar direkt ytjämnheten hos gnistgnist. Ju mindre diametern är, desto lägre ytjämnhet kan uppnås.
För några år sedan använde man grafitmaterial med en partikelstorlek på 5 mikron i diameter och kunde på bästa sätt uppnå VDI18-edm (Ra0,8 mikron). Numera har grafitmaterial kunnat uppnå en korndiameter på 3 mikron. Den bästa ytan kan uppnå en stabil VDI12-edm (Ra0,4 µm) eller mer sofistikerad nivå, men grafitelektroderna kan användas för speglande eDM.
Kopparmaterialet har låg resistivitet och kompakt struktur och kan bearbetas stabilt under svåra förhållanden. Ytjämnheten kan vara mindre än Ra0,1 m och det kan bearbetas med spegel.
Om urladdningsbearbetningen syftar till extremt fina ytor är det därför mer lämpligt att använda kopparmaterial som elektrod, vilket är kopparelektrodens största fördel jämfört med grafitelektroder.
Men vid hög strömstyrka blir kopparelektroden lätt grov och spricker, vilket inte innebär att grafitmaterialen inte har detta problem. Ytjämnhetskravet för VDI26 (Ra2.0 mikron) uppfyller kraven för formbearbetning. Grafitelektroder kan bearbetas från grovt till fint, vilket ger en enhetlig yteffekt och ytdefekter.
Dessutom, på grund av grafits och koppars olika struktur, är yturladdningskorrosionspunkten för grafitelektroder mer regelbunden än för kopparelektroder. Därför, när samma ytjämnhet som VDI20 eller högre bearbetas, är ytgranulaten hos arbetsstycket som bearbetas av grafitelektroden mer distinkt, och denna korniga yteffekt är bättre än urladdningsytan för kopparelektroder.
1.4. Bearbetningsnoggrannheten.
Värmeutvidgningskoefficienten för grafitmaterial är liten, och kopparmaterialets värmeutvidgningskoefficient är fyra gånger högre än grafitmaterialets, så vid urladdningsbearbetning är grafitelektroden mindre benägen att deformeras än kopparelektroden, vilket kan ge en mer stabil och pålitlig bearbetningsnoggrannhet.
Speciellt vid bearbetning av djupa och smala ribbor gör den lokala höga temperaturen att kopparelektroden lätt böjs, men det gör inte grafitelektroden.
För kopparelektroder med ett stort djup-diameterförhållande bör ett visst värmeutvidgningsvärde kompenseras för att korrigera storleken under bearbetning och inställning, medan grafitelektroder inte krävs.
1.5. Elektrodens vikt.
Grafitmaterialet är mindre densitet än koppar, och vikten av grafitelektroden med samma volym är bara 1/5 av kopparelektrodens.
Det framgår att användningen av grafit är mycket lämplig för elektroder med stor volym, vilket avsevärt minskar belastningen på spindeln i en gnistgnistmaskin. Elektroden kommer inte att orsaka besvär vid fastspänning på grund av sin stora vikt, och den kommer att producera avböjningsförskjutning under bearbetningen etc. Det framgår att det är av stor betydelse att använda grafitelektroder vid storskalig formbearbetning.
1.6. Svårigheter vid elektrodtillverkning.
Grafitmaterialets bearbetningsprestanda är god. Skärmotståndet är bara 1/4 av kopparens. Under korrekta bearbetningsförhållanden är effektiviteten vid fräsning av grafitelektroder 2~3 gånger högre än för kopparelektroder.
Grafitelektrod är lätt att rensa vinkel, och den kan användas för att bearbeta arbetsstycket som ska färdigställas med flera elektroder till en enda elektrod.
Grafitmaterialets unika partikelstruktur förhindrar att grader uppstår efter elektrodfräsning och formning, vilket direkt kan uppfylla användningskraven när graderna inte lätt kan avlägsnas vid komplex modellering, vilket eliminerar processen med manuell polering av elektroden och undviker formförändringar och storleksfel orsakade av polering.
Det bör noteras att eftersom grafit är dammuppsamlande kommer fräsning av grafit att producera mycket damm, så fräsmaskinen måste ha en tätning och dammuppsamlingsanordning.
Om det är nödvändigt att använda edM för att bearbeta grafitelektroder, är dess bearbetningsprestanda inte lika bra som kopparmaterial, skärhastigheten är cirka 40 % långsammare än koppar.
1.7. Installation och användning av elektroder.
Grafitmaterial har goda bindningsegenskaper. Det kan användas för att binda grafit med fixturen genom att fräsa elektroden och urladda, vilket kan spara tiden för att bearbeta skruvhål i elektrodmaterialet och spara arbetstid.
Grafitmaterialet är relativt sprött, särskilt den lilla, smala och långa elektroden, som lätt går sönder när den utsätts för yttre kraft under användning, men man kan omedelbart veta att elektroden har skadats.
Om det är en kopparelektrod kommer den bara att böjas och inte gå sönder, vilket är mycket farligt och svårt att upptäcka under användning, och det kommer lätt att leda till att arbetsstycket skrotas.
1.8. Pris.
Kopparmaterial är en icke-förnybar resurs, pristrenden kommer att bli allt dyrare, medan priset på grafitmaterial tenderar att stabiliseras.
Priset på kopparmaterial har stigit under senare år, och de stora tillverkarna av grafit har förbättrat sina processer för grafitproduktion och skapat en konkurrensfördel. Med samma volym och generellt sett lägre pris på grafitelektrodmaterial är priset på kopparelektrodmaterial ganska högt. Men grafit kan bearbetas effektivt och spara ett stort antal arbetstimmar jämfört med kopparelektroder, vilket motsvarar en direkt minskning av produktionskostnaden.
Sammanfattningsvis är fördelarna uppenbara bland grafitelektrodens 8 edM-egenskaper: effektiviteten vid fräsning och urladdning är betydligt bättre än för kopparelektroder; stora elektroder har låg vikt, god dimensionsstabilitet, tunn elektrod deformeras inte lätt och ytstrukturen är bättre än kopparelektroder.
Nackdelen med grafitmaterial är att det inte är lämpligt för fin yturladdningsbearbetning under VDI12 (Ra0,4 m), och effektiviteten för att använda edM för att tillverka elektroder är låg.
Ur praktisk synvinkel är dock en av de viktiga orsakerna till en effektiv marknadsföring av grafitmaterial i Kina att det behövs en speciell grafitbearbetningsmaskin för att fräsa elektroder, vilket ställer nya krav på bearbetningsutrustning för formföretag, och vissa småföretag kanske inte uppfyller detta villkor.
Generellt sett täcker fördelarna med grafitelektroder de allra flesta edm-bearbetningstillfällen och är värda att populariseras och tillämpas, med betydande långsiktiga fördelar. Bristen på fin ytbearbetning kan kompenseras genom användning av kopparelektroder.
2. Val av grafitelektrodmaterial för EDM
För grafitmaterial finns det huvudsakligen följande fyra indikatorer som direkt avgör materialens prestanda:
1) Materialets genomsnittliga partikeldiameter
Materialets genomsnittliga partikeldiameter påverkar direkt materialets utsläppstillstånd.
Ju mindre den genomsnittliga partikeln i grafitmaterialet är, desto jämnare är urladdningen, desto stabilare är urladdningsförhållandena, desto bättre är ytkvaliteten och desto mindre är förlusten.
Ju större den genomsnittliga partikelstorleken är, desto bättre avverkningshastighet kan erhållas vid grovbearbetning, men yteffekten vid finbearbetning är dålig och elektrodförlusten är stor.
2) Materialets böjhållfasthet
Ett materials böjhållfasthet är en direkt återspegling av dess hållfasthet och indikerar tätheten i dess inre struktur.
Material med hög hållfasthet har relativt god urladdningsbeständighet. För elektroder med hög precision bör material med god hållfasthet väljas så långt det är möjligt.
3) Materialets shorehårdhet
Grafit är hårdare än metallmaterial, och förlusten hos skärverktyget är större än hos skärmetallen.
Samtidigt är grafitmaterialets höga hårdhet bättre vid kontroll av urladdningsförluster.
4) Materialets inneboende resistivitet
Urladdningshastigheten för grafitmaterial med hög inneboende resistivitet kommer att vara långsammare än den med låg resistivitet.
Ju högre den inneboende resistiviteten är, desto mindre elektrodförlust, men ju högre den inneboende resistiviteten är, desto urladdningens stabilitet påverkas.
För närvarande finns det många olika kvaliteter av grafit tillgängliga från världens ledande grafitleverantörer.
Generellt, enligt den genomsnittliga partikeldiametern för grafitmaterial som ska klassificeras, definieras partikeldiameter ≤ 4 m som fin grafit, partiklar i storlek 5 ~ 10 m definieras som medelstor grafit, och partiklar i storlek 10 m och däröver definieras som grov grafit.
Ju mindre partikeldiametern är, desto dyrare är materialet och desto lämpligare grafitmaterial kan väljas utifrån kraven och kostnaden för gnistgnist.
3. Tillverkning av grafitelektrod
Grafitelektroden tillverkas huvudsakligen genom fräsning.
Ur bearbetningsteknisk synvinkel är grafit och koppar två olika material, och deras olika skäregenskaper bör bemästras.
Om grafitelektroden bearbetas med kopparelektrodprocessen kommer problem oundvikligen att uppstå, såsom frekventa brott på plåten, vilket kräver användning av lämpliga skärverktyg och skärparametrar.
Bearbetning av grafitelektroder är mer slitstarkt än kopparelektrodverktyg. Ur ett ekonomiskt perspektiv är valet av hårdmetallverktyg det mest ekonomiska. Att välja diamantbeläggningsverktyg (kallat grafitkniv) är dyrare, men diamantbeläggningsverktyget har längre livslängd, hög bearbetningsprecision och en god total ekonomisk fördel.
Storleken på verktygets främre vinkel påverkar också dess livslängd. Verktygets främre 0°-vinkel kommer att vara upp till 50 % högre än verktygets främre vinkel på 15°, vilket ger bättre skärstabilitet. Men ju större vinkeln är, desto bättre bearbetningsyta. Genom att använda verktygets 15°-vinkel kan man uppnå bästa möjliga bearbetningsyta.
Skärhastigheten vid bearbetning kan justeras efter elektrodens form, vanligtvis 10 m/min, ungefär som vid bearbetning av aluminium eller plast. Skärverktyget kan placeras direkt på och av arbetsstycket vid grovbearbetning, och fenomenet med vinkelkollaps och fragmentering är lätt att uppstå vid finbearbetning, och metoden med lätt knivgång används ofta.
Grafitelektroder producerar mycket damm under skärprocessen. För att undvika att grafitpartiklar inandas av maskinspindeln och skruven finns det för närvarande två huvudlösningar: en är att använda en speciell grafitbearbetningsmaskin och en vanlig bearbetningscentral utrustad med en speciell dammuppsamlingsanordning.
Den speciella grafitfräsmaskinen på marknaden har hög fräsningseffektivitet och kan enkelt slutföra tillverkning av komplexa elektroder med hög precision och god ytkvalitet.
Om EDM behövs för att tillverka en grafitelektrod rekommenderas att använda ett fint grafitmaterial med en mindre partikeldiameter.
Grafits bearbetningsprestanda är dålig, ju mindre partikeldiametern är, desto högre skäreffektivitet kan uppnås, och onormala problem som frekvent trådbrott och ytfransar kan undvikas.
4. EDM-parametrar för grafitelektrod
Valet av EDM-parametrar för grafit och koppar är helt annorlunda.
Parametrarna för EDM inkluderar huvudsakligen ström, pulsbredd, pulsgap och polaritet.
Följande beskriver grunden för rationell användning av dessa viktiga parametrar.
Strömtätheten för grafitelektroder är generellt 10~12 A/cm2, vilket är mycket större än för kopparelektroder. Därför, inom det tillåtna strömområdet i motsvarande område, gäller att ju större strömmen som väljs, desto snabbare blir grafiturladdningens bearbetningshastighet och desto mindre blir elektrodförlusten, men ytjämnheten blir tjockare.
Ju större pulsbredden är, desto lägre blir elektrodförlusten.
En större pulsbredd kommer dock att försämra bearbetningsstabiliteten, långsammare bearbetningshastigheten och göra ytan grövre.
För att säkerställa låg elektrodförlust vid grovbearbetning används vanligtvis en relativt stor pulsbredd, vilket effektivt kan åstadkomma bearbetning med låg förlust av grafitelektroder när värdet ligger mellan 100 och 300 US.
För att få en fin yta och en stabil urladdningseffekt bör en mindre pulsbredd väljas.
Generellt sett är pulsbredden för grafitelektroder cirka 40 % mindre än för kopparelektroder.
Pulsgapet påverkar främst utmatningsbearbetningshastigheten och bearbetningsstabiliteten. Ju större värde, desto bättre bearbetningsstabilitet, vilket är bra för att uppnå bättre ytjämnhet, men bearbetningshastigheten kommer att minska.
Under förutsättning att säkerställa bearbetningsstabilitet kan högre bearbetningseffektivitet erhållas genom att välja ett mindre pulsgap, men när urladdningstillståndet är instabilt kan högre bearbetningseffektivitet erhållas genom att välja ett större pulsgap.
Vid bearbetning med grafitelektrodurladdning är pulsgap och pulsbredd vanligtvis inställda på 1:1, medan pulsgap och pulsbredd vanligtvis är inställda på 1:3 vid bearbetning med kopparelektrod.
Under stabil grafitbearbetning kan matchningsförhållandet mellan pulsgap och pulsbredd justeras till 2:3.
Vid liten pulsavstånd är det fördelaktigt att bilda ett täckande lager på elektrodytan, vilket är bra för att minska elektrodförlusten.
Polaritetsvalet för grafitelektrod vid EDM är i princip detsamma som för kopparelektrod.
Enligt polaritetseffekten hos EDM används vanligtvis positiv polaritetsbearbetning vid bearbetning av stålform, det vill säga att elektroden är ansluten till strömförsörjningens positiva pol och arbetsstycket är anslutet till strömförsörjningens negativa pol.
Med hög strömstyrka och pulsbredd kan man, genom att välja positiv polaritetsbearbetning, uppnå extremt låg elektrodförlust. Om polariteten är felaktig blir elektrodförlusten mycket stor.
Endast när ytan behöver finbearbetas mindre än VDI18 (Ra0,8 m) och pulsbredden är mycket liten, används negativ polaritetsbearbetning för att få bättre ytkvalitet, men elektrodförlusten är stor.
Nu är CNC-edM-maskiner utrustade med grafiturladdningsbearbetningsparametrar.
Användningen av elektriska parametrar är intelligent och kan genereras automatiskt av verktygsmaskinens expertsystem.
Generellt kan maskinen konfigurera de optimerade bearbetningsparametrarna genom att välja materialpar, applikationstyp, ytjämnhetsvärde och ange bearbetningsområde, bearbetningsdjup, elektrodstorleksskalning etc. under programmeringen.
Med hjälp av rika bearbetningsparametrar för grafitelektroder i EDM-maskinbiblioteket kan materialtypen grovgrafit, grafit och grafit väljas för en mängd olika arbetsstycksmaterial. Applikationstypen kan delas in i standard, djupfår, vass, stor yta, stor kavitet och så vidare, vilket ger låg förlust, standard, hög effektivitet och så vidare.
5. Slutsats
Det nya grafitelektrodmaterialet är värt att popularisera kraftigt och dess fördelar kommer gradvis att erkännas och accepteras av den inhemska formtillverkningsindustrin.
Rätt val av grafitelektrodmaterial och förbättring av relaterade tekniska länkar kommer att ge hög effektivitet, hög kvalitet och låga kostnadsfördelar för formtillverkningsföretag.
Publiceringstid: 4 december 2020