1. EDM karakteristike grafitnih materijala.
1.1. Brzina obrade pražnjenjem.
Grafit je nemetalni materijal s vrlo visokom točkom taljenja od 3650 °C, dok bakar ima talište od 1083 °C, tako da grafitna elektroda može podnijeti veće uvjete podešavanja struje.
Kada su površina pražnjenja i veličina elektrode veći, prednosti visokoučinkovite grube obrade grafitnog materijala su očitije.
Toplinska vodljivost grafita je 1/3 toplinske vodljivosti bakra, a toplina stvorena tijekom procesa pražnjenja može se koristiti za učinkovitije uklanjanje metalnih materijala. Stoga je učinkovitost obrade grafita veća od učinkovitosti bakrene elektrode kod srednje i fine obrade.
Prema iskustvu obrade, brzina obrade pražnjenja grafitnih elektroda je 1,5 do 2 puta veća od brzine obrade bakrenih elektroda pod ispravnim uvjetima upotrebe.
1.2. Potrošnja elektroda.
Grafitna elektroda ima karakteristike koje mogu izdržati uvjete visoke struje, osim toga, pod uvjetima odgovarajućeg grubog podešavanja, uključujući obradke od ugljičnog čelika proizvedene tijekom obrade uklanjanjem sadržaja i razgradnjom čestica ugljika u radnom fluidu na visokim temperaturama, efekt polariteta, pod djelovanjem djelomičnog uklanjanja sadržaja, čestice ugljika će se prilijepiti za površinu elektrode i formirati zaštitni sloj, osiguravajući male gubitke grafitne elektrode prilikom grube obrade ili čak "nulti otpad".
Glavni gubitak elektrode u EDM-u dolazi od grube obrade. Iako je stopa gubitaka visoka u uvjetima završne obrade, ukupni gubitak je također nizak zbog malog dodatka za obradu rezerviranog za dijelove.
Općenito, gubitak grafitne elektrode je manji od gubitka bakrene elektrode pri gruboj obradi velikom strujom i nešto veći od gubitka bakrene elektrode pri završnoj obradi. Gubitak grafitne elektrode je sličan.
1.3. Kvaliteta površine.
Promjer čestica grafita izravno utječe na hrapavost površine EDM-a. Što je promjer manji, to se može postići niža hrapavost površine.
Prije nekoliko godina, korištenjem grafitnih čestica promjera phi 5 mikrona, najbolja površina mogla se postići samo VDI18 edm (Ra 0,8 mikrona), dok se danas promjer zrna grafitnih materijala može postići unutar 3 mikrona phi, a najbolja površina može postići stabilnu VDI12 edm (Ra 0,4 μm) ili sofisticiraniju razinu, ali grafitna elektroda može se koristiti za zrcalno edm.
Bakreni materijal ima nisku otpornost i kompaktnu strukturu te se može stabilno obrađivati u teškim uvjetima. Hrapavost površine može biti manja od Ra0,1 m i može se obrađivati zrcalom.
Dakle, ako se elektroerozivnom obradom želi postići izuzetno fina površina, prikladnije je koristiti bakreni materijal kao elektrodu, što je glavna prednost bakrene elektrode u odnosu na grafitnu elektrodu.
Ali bakrena elektroda pod uvjetima velike struje, površina elektrode lako postaje hrapava, čak se pojavljuju pukotine, a grafitni materijali ne bi imali ovaj problem, zahtjev hrapavosti površine za VDI26 (Ra2.0 mikrona) za obradu kalupa, korištenjem grafitne elektrode može se izvršiti od grube do fine obrade, ostvarujući ujednačen površinski efekt, površinske nedostatke.
Osim toga, zbog različite strukture grafita i bakra, točka površinske korozije grafitne elektrode je pravilnija nego kod bakrene elektrode. Stoga, kada se obrađuje ista hrapavost površine VDI20 ili više, površinska granulacija obratka obrađenog grafitnom elektrodom je izraženija, a ovaj efekt površine zrna je bolji od efekta površinske korozije bakrene elektrode.
1.4. Točnost obrade.
Koeficijent toplinskog širenja grafitnog materijala je mali, dok je koeficijent toplinskog širenja bakrenog materijala 4 puta veći od grafitnog materijala, pa je prilikom obrade pražnjenjem grafitna elektroda manje sklona deformacijama od bakrene elektrode, što omogućuje stabilniju i pouzdaniju točnost obrade.
Pogotovo kada se obrađuje duboko i usko rebro, lokalna visoka temperatura uzrokuje lako savijanje bakrene elektrode, ali ne i grafitne elektrode.
Za bakrene elektrode s velikim omjerom dubine i promjera, određena vrijednost toplinskog širenja treba kompenzirati kako bi se ispravila veličina tijekom podešavanja obrade, dok grafitna elektroda nije potrebna.
1.5. Težina elektrode.
Grafitni materijal je manje gustoće od bakra, a težina grafitne elektrode istog volumena iznosi samo 1/5 težine bakrene elektrode.
Može se vidjeti da je upotreba grafita vrlo prikladna za elektrode velikog volumena, što uvelike smanjuje opterećenje vretena EDM alatnog stroja. Elektroda neće uzrokovati poteškoće pri stezanju zbog svoje velike težine, a uzrokovat će i otklon i pomak tijekom obrade itd. Može se vidjeti da je od velikog značaja upotreba grafitnih elektroda u obradi kalupa velikih razmjera.
1.6. Teškoće u proizvodnji elektroda.
Performanse obrade grafitnog materijala su dobre. Otpor rezanju je samo 1/4 otpora bakra. Pod ispravnim uvjetima obrade, učinkovitost glodanja grafitne elektrode je 2~3 puta veća od bakrene elektrode.
Grafitna elektroda se lako čisti pod kutom i može se koristiti za obradu obratka koji treba završiti s više elektroda u jednu elektrodu.
Jedinstvena struktura čestica grafita sprječava pojavu neravnina nakon glodanja i oblikovanja elektrode, što može izravno zadovoljiti zahtjeve upotrebe kada se neravnine ne mogu lako ukloniti u složenom modeliranju, čime se eliminira proces ručnog poliranja elektrode i izbjegavaju pogreške u promjeni oblika i veličini uzrokovane poliranjem.
Treba napomenuti da, budući da grafit stvara nakupljanje prašine, glodanje grafita stvara puno prašine, pa glodalica mora imati brtvu i uređaj za skupljanje prašine.
Ako je potrebno koristiti eroziju za obradu grafitnih elektroda, njegove performanse obrade nisu tako dobre kao kod bakrenog materijala, brzina rezanja je oko 40% sporija od bakra.
1.7. Ugradnja i uporaba elektrode.
Grafitni materijal ima dobra svojstva vezivanja. Može se koristiti za vezivanje grafita s armaturom glodanjem elektrode i pražnjenjem, što može uštedjeti postupak obrade rupe za vijak na materijalu elektrode i uštedjeti radno vrijeme.
Grafitni materijal je relativno krhak, posebno mala, uska i duga elektroda, koja se lako slomi kada je izložena vanjskoj sili tijekom upotrebe, ali odmah se može znati da je elektroda oštećena.
Ako se radi o bakrenoj elektrodi, ona će se samo savijati, a neće se slomiti, što je vrlo opasno i teško se može pronaći u procesu upotrebe, a lako će dovesti do otpada obratka.
1.8. Cijena.
Bakar je neobnovljivi resurs, cijena će postajati sve skuplja, dok će se cijena grafita stabilizirati.
Cijena bakrenog materijala posljednjih godina raste, a glavni proizvođači grafita poboljšavaju proces proizvodnje grafita kako bi stekli konkurentsku prednost. Sada, uz istu količinu, cijena grafitnih elektroda je prilično ista kao i cijena bakrenih elektroda, ali grafit se može učinkovitije obraditi, što znači uštedu većeg broja radnih sati, što izravno smanjuje troškove proizvodnje.
Ukratko, među 8 EDM karakteristika grafitne elektrode, njene prednosti su očite: učinkovitost glodanja elektrode i obrade pražnjenjem znatno je bolja od one kod bakrene elektrode; velika elektroda ima malu težinu, dobru dimenzijsku stabilnost, tanka elektroda se ne deformira lako, a tekstura površine je bolja od bakrene elektrode.
Nedostatak grafitnog materijala je što nije prikladan za fino površinsko pražnjenje pod VDI12 (Ra 0,4 m), a učinkovitost korištenja edM-a za izradu elektrode je niska.
Međutim, s praktičnog gledišta, jedan od važnih razloga koji utječu na učinkovitu promociju grafitnih materijala u Kini je taj što je za glodanje elektroda potreban poseban stroj za obradu grafita, što postavlja nove zahtjeve za opremu za obradu u poduzećima za kalupe, dok neka mala poduzeća možda nemaju ovaj uvjet.
Općenito, prednosti grafitnih elektroda pokrivaju veliku većinu slučajeva erozijske obrade te su vrijedne popularizacije i primjene, sa značajnim dugoročnim koristima. Nedostatak fine površinske obrade može se nadoknaditi upotrebom bakrenih elektroda.
2. Odabir materijala grafitnih elektroda za EDM
Za grafitne materijale postoje uglavnom sljedeća četiri pokazatelja koja izravno određuju performanse materijala:
1) Prosječni promjer čestica materijala
Prosječni promjer čestica materijala izravno utječe na uvjete pražnjenja materijala.
Što je prosječna čestica grafita manja, to je pražnjenje ujednačenije, uvjeti pražnjenja stabilniji, kvaliteta površine bolja i gubici manji.
Što je veća prosječna veličina čestica, to se može postići bolja brzina uklanjanja materijala kod grube obrade, ali je površinski učinak završne obrade slab, a gubitak elektrode velik.
2) Čvrstoća materijala na savijanje
Fleksibilna čvrstoća materijala izravni je odraz njegove čvrstoće, što ukazuje na nepropusnost njegove unutarnje strukture.
Materijal visoke čvrstoće ima relativno dobre performanse otpornosti na pražnjenje. Za elektrodu visoke preciznosti, materijal dobre čvrstoće treba odabrati što je više moguće.
3) Tvrdoća materijala prema Shoreu
Grafit je tvrđi od metalnih materijala, a gubici alata za rezanje su veći od gubitaka metala koji se reze.
Istovremeno, visoka tvrdoća grafitnog materijala u kontroli gubitaka pražnjenja je bolja.
4) Inherentna otpornost materijala
Brzina pražnjenja grafitnog materijala s visokim inherentnim otporom bit će sporija od onog s niskim otporom.
Što je veći inherentni otpor, to je manji gubitak elektrode, ali što je veći inherentni otpor, to će utjecati na stabilnost pražnjenja.
Trenutno je dostupno mnogo različitih vrsta grafita od vodećih svjetskih dobavljača grafita.
Općenito, prema prosječnom promjeru čestica grafita koji se klasificiraju, čestice promjera ≤ 4 µm definirane su kao fini grafit, čestice promjera 5 ~ 10 µm definirane su kao srednji grafit, a čestice promjera 10 µm i više definirane su kao grubi grafit.
Što je manji promjer čestica, to je materijal skuplji, to se prikladniji grafitni materijal može odabrati prema zahtjevima i troškovima EDM-a.
3. Izrada grafitne elektrode
Grafitna elektroda se uglavnom izrađuje glodanjem.
S gledišta tehnologije obrade, grafit i bakar su dva različita materijala, te treba savladati njihove različite karakteristike rezanja.
Ako se grafitna elektroda obrađuje postupkom bakrene elektrode, neizbježno će se pojaviti problemi, poput čestog loma lima, što zahtijeva upotrebu odgovarajućih alata za rezanje i parametara rezanja.
Obrada grafitnih elektroda troši više nego bakrene elektrode. S ekonomskog gledišta, izbor karbidnog alata je najekonomičniji. Odabir alata za dijamantni premaz (tzv. grafitni nož) je skuplji, ali alat za dijamantni premaz ima dug vijek trajanja, visoku preciznost obrade i ukupnu ekonomsku korist.
Veličina prednjeg kuta alata također utječe na njegov vijek trajanja, prednji kut alata od 0° bit će do 50% veći od prednjeg kuta od 15° vijeka trajanja alata, stabilnost rezanja je također bolja, ali što je veći kut, to je bolja površina obrade, korištenjem kuta alata od 15° može se postići najbolja površina obrade.
Brzina rezanja pri obradi može se podesiti prema obliku elektrode, obično 10 m/min, slično obradi aluminija ili plastike, alat za rezanje može biti izravno na i izvan obratka pri gruboj obradi, a fenomen kutnog urušavanja i fragmentacije lako se javlja pri završnoj obradi, te se često usvaja način laganog brzog hodanja noža.
Grafitna elektroda u procesu rezanja proizvodi puno prašine. Kako bi se izbjeglo udisanje čestica grafita u vreteno i vijak stroja, trenutno postoje dva glavna rješenja: jedno je korištenje posebnog stroja za obradu grafita, a drugo je preuređenje uobičajenog centra za obradu, opremljenog posebnim uređajem za skupljanje prašine.
Specijalni grafitni stroj za glodanje velike brzine na tržištu ima visoku učinkovitost glodanja i može lako dovršiti proizvodnju složenih elektroda s visokom preciznošću i dobrom kvalitetom površine.
Ako je za izradu grafitne elektrode potreban EDM, preporučuje se korištenje finog grafitnog materijala s manjim promjerom čestica.
Performanse obrade grafita su loše, što je manji promjer čestica, to se može postići veća učinkovitost rezanja i mogu se izbjeći abnormalni problemi poput čestog lomljenja žice i površinskih rubova.
4. EDM parametri grafitne elektrode
Odabir EDM parametara grafita i bakra je prilično različit.
Parametri EDM-a uglavnom uključuju struju, širinu impulsa, razmak impulsa i polaritet.
U nastavku je opisana osnova za racionalnu upotrebu ovih glavnih parametara.
Gustoća struje grafitne elektrode općenito je 10~12 A/cm2, što je puno više od gustoće struje bakrene elektrode. Stoga, unutar raspona dopuštene struje u odgovarajućem području, što je odabrana veća struja, to će biti veća brzina obrade pražnjenja grafita, manji će biti gubici elektrode, ali će hrapavost površine biti veća.
Što je širina impulsa veća, to će biti manji gubitak elektrode.
Međutim, veća širina impulsa pogoršat će stabilnost obrade, usporiti brzinu obrade i učiniti površinu hrapavijom.
Kako bi se osigurali mali gubici elektrode tijekom grube obrade, obično se koristi relativno velika širina impulsa, što može učinkovito ostvariti obradu grafitnih elektroda s malim gubicima kada je vrijednost između 100 i 300 US.
Kako bi se dobila fina površina i stabilan učinak pražnjenja, treba odabrati manju širinu impulsa.
Općenito, širina impulsa grafitne elektrode je oko 40% manja od širine impulsa bakrene elektrode.
Pulsni jaz uglavnom utječe na brzinu obrade pražnjenjem i stabilnost obrade. Što je vrijednost veća, to će biti bolja stabilnost obrade, što je korisno za postizanje bolje ujednačenosti površine, ali će se brzina obrade smanjiti.
Pod uvjetom osiguranja stabilnosti obrade, veća učinkovitost obrade može se postići odabirom manjeg impulsnog razmaka, ali kada je stanje pražnjenja nestabilno, veća učinkovitost obrade može se postići odabirom većeg impulsnog razmaka.
Kod obrade grafitnih elektroda pražnjenjem, razmak impulsa i širina impulsa obično su postavljeni na 1:1, dok su kod obrade bakrenih elektroda, razmak impulsa i širina impulsa obično postavljeni na 1:3.
Kod stabilne obrade grafita, omjer usklađivanja između pulsnog razmaka i širine pulsa može se podesiti na 2:3.
U slučaju malog razmaka impulsa, korisno je formirati pokrovni sloj na površini elektrode, što pomaže u smanjenju gubitaka na elektrodi.
Odabir polariteta grafitne elektrode u EDM-u je u osnovi isti kao i kod bakrene elektrode.
Prema efektu polariteta EDM-a, obrada pozitivnog polariteta obično se koristi pri obradi čelika za matrice, odnosno elektroda je spojena na pozitivni pol napajanja, a obradak na negativni pol napajanja.
Korištenjem velike struje i širine impulsa, odabirom obrade s pozitivnim polaritetom mogu se postići izuzetno mali gubici elektrode. Ako je polaritet pogrešan, gubici elektrode postat će vrlo veliki.
Samo kada je potrebna fina obrada površine manja od VDI18 (Ra0,8 m) i širina impulsa je vrlo mala, koristi se obrada negativnog polariteta za postizanje bolje kvalitete površine, ali je gubitak elektrode velik.
Sada su CNC erodirani strojevi opremljeni parametrima obrade grafitnim pražnjenjem.
Korištenje električnih parametara je inteligentno i može se automatski generirati pomoću ekspertnog sustava alatnog stroja.
Općenito, stroj može konfigurirati optimizirane parametre obrade odabirom para materijala, vrste primjene, vrijednosti hrapavosti površine i unosom područja obrade, dubine obrade, skaliranja veličine elektrode itd. Tijekom programiranja.
Postavljeni parametri obrade za grafitne elektrode u biblioteci alatnih strojeva za erodiranje bogati su ponudom. Vrsta materijala može se odabrati između grubog grafita i grafita. Grafit odgovara raznim materijalima obratka. Vrsta primjene može se podijeliti na standardne, duboke utore, oštre vrhove, velike površine, velike šupljine, kao što je fina obrada, a također omogućuje niske gubitke, standardne, visoke učinkovitosti i tako dalje.
5. Zaključak
Novi materijal za grafitne elektrode zaslužuje snažnu popularizaciju, a njegove prednosti će postupno prepoznati i prihvatiti domaća industrija proizvodnje kalupa.
Ispravan odabir materijala za grafitne elektrode i poboljšanje srodnih tehnoloških veza donijet će visoku učinkovitost, visoku kvalitetu i niske troškove poduzećima za proizvodnju kalupa.
Vrijeme objave: 04.12.2020.