1. EDM характеристики на графитни материали.
1.1. Скорост на обработка при разреждане.
Графитът е неметален материал с много висока точка на топене от 3650°C, докато медта има точка на топене от 1083°C, така че графитният електрод може да издържи на по-високи условия на токово натоварване.
Когато площта на разряда и мащабът на размера на електрода са по-големи, предимствата на високоефективната груба обработка на графитен материал са по-очевидни.
Топлопроводимостта на графита е 1/3 от тази на медта, а топлината, генерирана по време на процеса на разреждане, може да се използва за по-ефективно отстраняване на метални материали. Следователно, ефективността на обработка на графита е по-висока от тази на медния електрод при средна и фина обработка.
Според опита от обработката, скоростта на обработка на графитния електрод е 1,5~2 пъти по-бърза от тази на медния електрод при правилните условия на употреба.
1.2. Консумация на електроди.
Графитният електрод има характеристиките, които му позволяват да издържи на условия на висок ток. Освен това, при подходящи условия на груба обработка, включително въглеродна стомана, произведена по време на машинна обработка, при отстраняване на съдържанието и разлагане на въглеродни частици в работния флуид при висока температура, поради ефекта на полярност. Под действието на частично отстраняване на съдържанието, въглеродните частици ще се залепят за повърхността на електрода, образувайки защитен слой. Това гарантира малки загуби на графитния електрод при груба обработка или дори „нулеви отпадъци“.
Основната загуба на електрод при ерозионна обработка (EDM) идва от груба обработка. Въпреки че процентът на загуби е висок при условията на довършителна обработка, общата загуба също е ниска поради малкия припуск за обработка, запазен за детайлите.
Като цяло, загубата на графитен електрод е по-малка от тази на медния електрод при груба обработка с голям ток и малко по-голяма от тази на медния електрод при чиста обработка. Загубата на графитен електрод е подобна.
1.3. Качеството на повърхността.
Диаметърът на частиците графит влияе пряко върху грапавостта на повърхността при ерозионна обработка. Колкото по-малък е диаметърът, толкова по-ниска е грапавостта на повърхността.
Преди няколко години, използвайки графитен материал с диаметър на частиците phi 5 микрона, най-добрата повърхност можеше да се постигне само по VDI18 edm (Ra0.8 микрона). Днес диаметърът на зърната на графитните материали е в рамките на 3 микрона phi, като най-добрата повърхност може да се постигне стабилно VDI12 edm (Ra0.4 μm) или по-сложно ниво, но графитният електрод може да се използва за огледално edm.
Медният материал има ниско съпротивление и компактна структура и може да се обработва стабилно при трудни условия. Грапавостта на повърхността може да бъде по-малка от Ra0,1 m и може да се обработва чрез огледално шлифоване.
Следователно, ако ерозионната обработка цели изключително фина повърхност, е по-подходящо да се използва меден материал като електрод, което е основното предимство на медния електрод пред графитния електрод.
Но медните електроди, подложени на голям ток, лесно стават грапави, дори се появяват пукнатини, а графитните материали нямат този проблем. Изискването за грапавост на повърхността съгласно VDI26 (Ra2.0 микрона) за обработка на матрици е валидно. С помощта на графитен електрод може да се извършва от груба до фина обработка, постигайки равномерен повърхностен ефект и премахвайки повърхностните дефекти.
Освен това, поради различната структура на графита и медта, точката на повърхностна корозия при разряд на графитния електрод е по-равномерна от тази на медния електрод. Следователно, когато се обработва същата грапавост на повърхността с VDI20 или по-висока, грануларността на повърхността на обработвания детайл с графитен електрод е по-отчетлива и този ефект на зърнеста повърхност е по-добър от ефекта на разряд на медния електрод.
1.4. Точността на обработката.
Коефициентът на термично разширение на графитния материал е малък, а коефициентът на термично разширение на медния материал е 4 пъти по-голям от този на графитния материал, така че при обработка с разряд графитният електрод е по-малко податлив на деформация от медния електрод, което позволява по-стабилна и надеждна обработка.
Особено когато се обработва дълбоко и тясно ребро, локалната висока температура кара медния електрод да се огъва лесно, но графитният електрод не го прави.
За медни електроди с голямо съотношение дълбочина-диаметър, определена стойност на термично разширение трябва да се компенсира, за да се коригира размерът по време на обработката, докато графитен електрод не е необходим.
1.5. Тегло на електрода.
Графитният материал е по-малко плътен от медта, а теглото на графитния електрод със същия обем е само 1/5 от това на медния електрод.
Вижда се, че използването на графит е много подходящо за електроди с голям обем, което значително намалява натоварването на шпиндела на електроерозионната машина. Електродът няма да причини неудобство при затягане поради голямото си тегло и няма да доведе до отклонение, изместване по време на обработката и др. Вижда се, че е от голямо значение използването на графитни електроди при обработката на големи форми.
1.6. Трудност при производството на електроди.
Производителността на обработка на графитния материал е добра. Съпротивлението на рязане е само 1/4 от това на медта. При правилни условия на обработка, ефективността на фрезоване на графитен електрод е 2~3 пъти по-висока от тази на меден електрод.
Графитният електрод е лесен за почистване под ъгъл и може да се използва за обработка на детайла, който трябва да бъде завършен от множество електроди в един електрод.
Уникалната структура на частиците на графитния материал предотвратява появата на грапавини след фрезоване и формоване на електрода, което може директно да отговори на изискванията за употреба, когато грапавите не се отстраняват лесно при сложното моделиране, като по този начин се елиминира процесът на ръчно полиране на електрода и се избягват грешки във формата и размера, причинени от полирането.
Трябва да се отбележи, че тъй като графитът е прахоуловител, фрезоването на графит ще произведе много прах, така че фрезовата машина трябва да има уплътнение и устройство за прахоулавяне.
Ако е необходимо да се използва ерозионна електрическа обработка за обработка на графитни електроди, производителността на обработката не е толкова добра, колкото на медния материал, скоростта на рязане е с около 40% по-бавна от тази на медта.
1.7. Монтаж и употреба на електроди.
Графитният материал има добри свързващи свойства. Може да се използва за свързване на графита с приспособлението чрез фрезоване на електрода и разреждане, което може да спести процедурата по обработка на отвор за винт в електродния материал и да спести работно време.
Графитният материал е сравнително крехък, особено малкият, тесен и дълъг електрод, който лесно се чупи, когато е подложен на външна сила по време на употреба, но веднага може да се разбере, че електродът е повреден.
Ако е меден електрод, той само ще се огъне, а не ще се счупи, което е много опасно и трудно за откриване в процеса на употреба, и лесно ще доведе до бракуване на детайла.
1.8. Цена.
Медният материал е невъзобновяем ресурс, цената му ще става все по-скъпа, докато цената на графитния материал ще се стабилизира.
Цената на медния материал се покачва през последните години, като големите производители на графит подобряват процеса на производство, което му дава конкурентно предимство. Сега, при същия обем, цената на графитния електроден материал е сравнително ниска, както и цената на медния електроден материал. Въпреки това, графитът може да се обработва по-ефективно, отколкото използването на меден електрод, което води до значително намаляване на производствените разходи.
В обобщение, сред 8-те характеристики на графитния електрод по метода на edM, неговите предимства са очевидни: ефективността на фрезоване на електрода и обработка с разряд е значително по-добра от тази на медния електрод; големият електрод има малко тегло, добра размерна стабилност, тънкият електрод не се деформира лесно и текстурата на повърхността е по-добра от тази на медния електрод.
Недостатъкът на графитния материал е, че не е подходящ за фина повърхностна разрядна обработка по VDI12 (Ra 0,4 m), а ефективността на използването на edM за производство на електроди е ниска.
От практическа гледна точка обаче, една от важните причини, влияещи върху ефективното популяризиране на графитни материали в Китай, е, че за фрезоване на електроди е необходима специална машина за обработка на графит, което поставя нови изисквания към оборудването за обработка на предприятията за формоване, докато някои малки предприятия може да не отговарят на това условие.
Като цяло, предимствата на графитните електроди покриват по-голямата част от случаите на електроерозионна обработка и са достойни за популяризиране и приложение, със значителни дългосрочни ползи. Недостатъкът на фината обработка на повърхността може да бъде компенсиран чрез използването на медни електроди.
2. Избор на графитни електродни материали за EDM
За графитните материали има главно следните четири показателя, които пряко определят производителността на материалите:
1) Среден диаметър на частиците на материала
Средният диаметър на частиците на материала влияе пряко върху състоянието на разряда на материала.
Колкото по-малка е средната частица графит, толкова по-равномерно е разреждането, толкова по-стабилно е състоянието на разреждане, толкова по-добро е качеството на повърхността и толкова по-малка е загубата.
Колкото по-голям е средният размер на частиците, толкова по-добра скорост на отстраняване може да се постигне при груба обработка, но повърхностният ефект от довършителните работи е слаб и загубата на електрод е голяма.
2) Якостта на огъване на материала
Якостта на огъване на материала е пряко отражение на неговата здравина, показвайки плътността на вътрешната му структура.
Материалът с висока якост има относително добри характеристики на устойчивост на разряд. За електрод с висока точност, материалът с добра якост трябва да бъде избран, доколкото е възможно.
3) Твърдост по Шор на материала
Графитът е по-твърд от металните материали, а загубата на режещия инструмент е по-голяма от тази на режещия метал.
В същото време, високата твърдост на графитния материал при контрол на загубите при разреждане е по-добра.
4) Присъщото съпротивление на материала
Скоростта на разреждане на графитен материал с високо присъщо съпротивление ще бъде по-бавна от тази с ниско съпротивление.
Колкото по-високо е присъщото съпротивление, толкова по-малка е загубата на електрода, но колкото по-високо е присъщото съпротивление, толкова по-голяма е стабилността на разряда.
В момента има много различни видове графит, предлагани от водещите световни доставчици на графит.
Обикновено, според средния диаметър на графитните частици, които трябва да бъдат класифицирани, диаметърът на частиците ≤ 4 μm се определя като фин графит, частиците с диаметър 5~ 10 μm се определят като среден графит, а частиците с диаметър 10 μm и повече се определят като едър графит.
Колкото по-малък е диаметърът на частиците, толкова по-скъп е материалът и толкова по-подходящ графитен материал може да бъде избран според изискванията и цената на EDM.
3. Изработване на графитен електрод
Графитният електрод се изработва главно чрез фрезоване.
От гледна точка на технологията на обработка, графитът и медта са два различни материала и техните различни характеристики на рязане трябва да бъдат овладени.
Ако графитният електрод се обработва по метода на медния електрод, неизбежно ще възникнат проблеми, като например често счупване на листа, което изисква използването на подходящи режещи инструменти и параметри на рязане.
Обработката на графитни електроди е по-трудна от обработката на медни електроди. От икономическа гледна точка, изборът на карбидния инструмент е най-икономичен. Изберете инструмент за диамантено покритие (наречен графитен нож). Цената е по-висока, но инструментът за диамантено покритие има дълъг експлоатационен живот и висока прецизност на обработката, което прави общата икономическа полза добра.
Размерът на предния ъгъл на инструмента също влияе върху неговия експлоатационен живот. Предният ъгъл на инструмента от 0° ще бъде до 50% по-висок от предния ъгъл от 15° по време на експлоатационния живот на инструмента. Стабилността на рязане също е по-добра, но колкото по-голям е ъгълът, толкова по-добра е обработваемата повърхност. Използването на ъгъл от 15° на инструмента може да постигне най-добра обработваема повърхност.
Скоростта на рязане при машинна обработка може да се регулира според формата на електрода, обикновено 10 м/мин, подобно на обработката на алуминий или пластмаса. Режещият инструмент може да бъде директно върху и извън детайла при груба обработка. При довършителна обработка лесно се наблюдава явлението ъглово свиване и фрагментиране. Често се използва методът на бързо ходене с лек нож.
Графитните електроди в процеса на рязане ще отделят много прах. За да се избегне вдишването на графитни частици от шпиндела и винта на машината, в момента има две основни решения. Едното е използването на специална машина за обработка на графит, а другото е обикновен център за обработка, оборудван със специално устройство за събиране на прах.
Специалната графитна високоскоростна фреза на пазара има висока ефективност на фрезоване и може лесно да завърши производството на сложни електроди с висока прецизност и добро качество на повърхността.
Ако е необходима ерозионна обработка (EDM) за изработката на графитен електрод, се препоръчва използването на фин графитен материал с по-малък диаметър на частиците.
Производителността на обработка на графита е лоша, колкото по-малък е диаметърът на частиците, толкова по-висока е ефективността на рязане и могат да се избегнат необичайни проблеми, като често счупване на тел и повърхностни ресни.
4.EDM параметри на графитен електрод
Изборът на EDM параметри за графит и мед е доста различен.
Параметрите на EDM включват главно ток, ширина на импулса, импулсна междина и полярност.
По-долу е описана основата за рационално използване на тези основни параметри.
Плътността на тока на графитния електрод обикновено е 10~12 A/cm2, което е много по-голямо от това на медния електрод. Следователно, в рамките на допустимия ток в съответната област, колкото по-голям е избраният ток, толкова по-бърза ще бъде скоростта на обработка на графитния разряд, толкова по-малки ще бъдат загубите на електрода, но грапавостта на повърхността ще бъде по-голяма.
Колкото по-голяма е ширината на импулса, толкова по-малка ще бъде загубата на електрода.
По-голямата ширина на импулса обаче ще влоши стабилността на обработката, скоростта на обработка ще се по-бави, а повърхността ще стане по-грапава.
За да се осигури ниска загуба на електрод по време на груба обработка, обикновено се използва относително голяма ширина на импулса, което може ефективно да реализира обработка с ниски загуби на графитен електрод, когато стойността е между 100 и 300 US.
За да се получи фина повърхност и стабилен разряден ефект, трябва да се избере по-малка ширина на импулса.
Като цяло, ширината на импулса на графитния електрод е около 40% по-малка от тази на медния електрод.
Импулсният промеждутък влияе главно върху скоростта на обработка чрез разреждане и стабилността на обработката. Колкото по-голяма е стойността, толкова по-добра ще бъде стабилността на обработката, което е полезно за постигане на по-добра равномерност на повърхността, но скоростта на обработка ще бъде намалена.
При условие че се осигурява стабилност на обработката, по-висока ефективност на обработката може да се постигне чрез избиране на по-малък импулсен интервал, но когато състоянието на разряд е нестабилно, по-висока ефективност на обработката може да се постигне чрез избиране на по-голям импулсен интервал.
При обработката с графитни електроди, разстоянието между импулсите и ширината на импулса обикновено се задават на 1:1, докато при обработката с медни електроди, разстоянието между импулсите и ширината на импулса обикновено се задават на 1:3.
При стабилна обработка на графит, съотношението на съвпадение между импулсната междина и импулсната ширина може да се регулира до 2:3.
В случай на малък импулсен клирънс е полезно да се образува покривен слой върху повърхността на електрода, което е полезно за намаляване на загубите в електрода.
Изборът на полярност на графитния електрод при EDM е по същество същият като този на медния електрод.
Според ефекта на полярността на EDM, обработката с положителна полярност обикновено се използва при обработка на щанцова стомана, т.е. електродът е свързан към положителния полюс на захранването, а детайлът е свързан към отрицателния полюс на захранването.
Използвайки голям ток и ширина на импулса, избирането на обработка с положителна полярност може да постигне изключително ниски загуби на електроди. Ако полярността е грешна, загубите на електроди ще станат много големи.
Само когато се изисква фина обработка на повърхността с дебелина по-малка от VDI18 (Ra0.8 m) и ширината на импулса е много малка, се използва обработка с отрицателна полярност, за да се получи по-добро качество на повърхността, но загубата на електрода е голяма.
Сега CNC електроерозионните машини са оборудвани с параметри за обработка с графитно разпръскване.
Използването на електрически параметри е интелигентно и може да се генерира автоматично от експертната система на машинния инструмент.
Обикновено машината може да конфигурира оптимизираните параметри на обработка, като избере двойката материали, типа приложение, стойността на грапавостта на повърхността и въведе областта на обработка, дълбочината на обработка, мащабирането на размера на електрода и др. по време на програмирането.
За графитни електроди, използвани в библиотеката с богати параметри за обработка на ерозионни машини, може да се избира тип материал - едър графит, графит, който съответства на различни материали за детайла. Типът приложение се подразделя на стандартен, дълбок канал, остър връх, голяма площ, голяма кухина, например фин, с ниски загуби, стандартен, високоефективен и т.н., като се избират много видове приоритети за обработка.
5. Заключение
Новият материал за графитни електроди си заслужава да бъде популяризиран енергично и неговите предимства постепенно ще бъдат разпознати и приети от местната индустрия за производство на матрици.
Правилният избор на графитни електродни материали и подобряването на свързаните с тях технологични връзки ще донесат висока ефективност, високо качество и ниска цена на предприятията за производство на матрици.
Време на публикуване: 04 декември 2020 г.