1.EDM-eigenschappen van grafietmaterialen.
1.1.Uitvoersnelheid van de bewerking.
Grafiet is een niet-metalen materiaal met een zeer hoog smeltpunt van 3.650 °C, terwijl koper een smeltpunt heeft van 1.083 °C, waardoor de grafietelektrode hogere stroominstelcondities aankan.
Wanneer het ontladingsoppervlak en de schaal van de elektrodegrootte groter zijn, worden de voordelen van het zeer efficiënt voorbewerken van grafietmateriaal duidelijker.
De thermische geleidbaarheid van grafiet is 1/3 van die van koper, en de warmte die tijdens het ontladingsproces wordt gegenereerd, kan worden gebruikt om metalen materialen effectiever te verwijderen. Daarom is de verwerkingsefficiëntie van grafiet hoger dan die van koperelektroden bij middelfijne en fijne verwerking.
Uit de verwerkingservaring blijkt dat de ontladingssnelheid van een grafietelektrode 1,5 tot 2 keer sneller is dan die van een koperelektrode, onder de juiste gebruiksomstandigheden.
1.2.Elektrodeverbruik.
Grafietelektrode heeft het karakter dat het bestand is tegen hoge stroomomstandigheden. Bovendien, onder de juiste voorbewerkingsinstelling, inclusief koolstofstalen werkstukken die tijdens het bewerken worden geproduceerd, verwijdering van inhoud en werkvloeistof bij hoge temperatuur ontleding van koolstofdeeltjes, het polariteitseffect, onder invloed van gedeeltelijke verwijdering van inhoud, zullen koolstofdeeltjes zich aan het elektrodeoppervlak hechten om een beschermende laag te vormen, waardoor de grafietelektrode bij voorbewerking een klein verlies of zelfs "nul afval" ondervindt.
Het grootste elektrodeverlies bij EDM komt voort uit ruwbewerking. Hoewel het verlies hoog is onder de instelcondities van de nabewerking, is het totale verlies ook laag vanwege de kleine bewerkingstolerantie die voor onderdelen is gereserveerd.
Over het algemeen is het verlies van een grafietelektrode minder dan dat van een koperelektrode bij voorbewerking met hoge stroomsterkte en iets meer dan dat van een koperelektrode bij nabewerking. Het elektrodeverlies van een grafietelektrode is vergelijkbaar.
1.3.De oppervlaktekwaliteit.
De deeltjesdiameter van grafietmateriaal heeft direct invloed op de oppervlakteruwheid van EDM. Hoe kleiner de diameter, hoe lager de oppervlakteruwheid die kan worden bereikt.
Een paar jaar geleden kon met behulp van grafietmateriaal met een deeltjesdiameter van 5 micron phi het beste oppervlak slechts een VDI18 edm (Ra0,8 micron) bereiken. Tegenwoordig kunnen grafietmaterialen een korreldiameter van 3 micron van phi bereiken en kan het beste oppervlak een stabiele VDI12 edm (Ra0,4 mu m) of een geavanceerder niveau bereiken, maar dan moet de grafietelektrode een spiegel-edm uitvoeren.
Het kopermateriaal heeft een lage soortelijke weerstand en een compacte structuur, en kan stabiel worden verwerkt onder moeilijke omstandigheden. De oppervlakteruwheid kan minder dan Ra0,1 m bedragen en het kan worden verwerkt met een spiegel.
Als de ontladingsbewerking een extreem fijn oppervlak beoogt, is het daarom geschikter om kopermateriaal als elektrode te gebruiken. Dit is het grootste voordeel van een koperelektrode ten opzichte van een grafietelektrode.
Maar koperelektrode onder de omstandigheden van grote stroominstelling, is het elektrodeoppervlak gemakkelijk ruw te worden, zelfs scheuren te vertonen, en grafietmaterialen zouden dit probleem niet hebben, de oppervlakteruwheidsvereiste voor VDI26 (Ra2,0 micron) over matrijsverwerking, met behulp van een grafietelektrode kan van grove tot fijne verwerking worden gedaan, realiseert het uniforme oppervlakte-effect, de oppervlaktedefecten.
Bovendien is het corrosiepunt van de oppervlakteontlading van een grafietelektrode, vanwege de verschillende structuur van grafiet en koper, regelmatiger dan dat van een koperelektrode. Wanneer een oppervlakteruwheid van VDI20 of hoger wordt bereikt, is de oppervlaktekorreligheid van het werkstuk dat met de grafietelektrode wordt bewerkt, dus duidelijker, en is dit korreleffect beter dan het corrosieeffect van de koperelektrode.
1.4.De bewerkingsnauwkeurigheid.
De thermische uitzettingscoëfficiënt van grafietmateriaal is klein. De thermische uitzettingscoëfficiënt van kopermateriaal is vier keer zo hoog als die van grafietmateriaal. Daarom is een grafietelektrode bij ontladingsprocessen minder gevoelig voor vervorming dan een koperelektrode. Hierdoor kan een stabielere en betrouwbaardere verwerkingsnauwkeurigheid worden verkregen.
Vooral bij het bewerken van diepe en smalle ribben zorgt de plaatselijk hoge temperatuur ervoor dat een koperen elektrode gemakkelijk buigt, terwijl een grafietelektrode dat niet doet.
Voor koperelektroden met een grote diepte-diameterverhouding moet een bepaalde thermische uitzettingswaarde worden gecompenseerd om de maat te corrigeren tijdens het bewerken, terwijl een grafietelektrode niet nodig is.
1.5.Gewicht van de elektrode.
Het materiaal grafiet heeft een lagere dichtheid dan koper en het gewicht van de grafietelektrode bij hetzelfde volume is slechts 1/5 van dat van de koperelektrode.
Het is duidelijk dat het gebruik van grafiet zeer geschikt is voor elektroden met een groot volume, wat de belasting van de spindel van de draadvonkmachine aanzienlijk vermindert. De elektrode veroorzaakt geen ongemak bij het klemmen vanwege het hoge gewicht, maar zal wel afbuiging veroorzaken tijdens de bewerking, enz. Het is duidelijk dat het gebruik van een grafietelektrode van groot belang is bij grootschalige matrijsbewerking.
1.6. Problemen bij het vervaardigen van de elektrode.
De bewerkingsprestaties van grafiet zijn goed. De snijweerstand is slechts een kwart van die van koper. Onder de juiste verwerkingsomstandigheden is de efficiëntie van het frezen van grafietelektroden 2 tot 3 keer zo hoog als die van koperelektroden.
Grafietelektroden zijn eenvoudig te reinigen en kunnen worden gebruikt om werkstukken te bewerken die met meerdere elektroden in één elektrode moeten worden afgewerkt.
De unieke deeltjesstructuur van het grafietmateriaal voorkomt dat er bramen ontstaan na het frezen en vormen van de elektrode. Dit kan direct voldoen aan de gebruiksvereisten wanneer bramen niet eenvoudig te verwijderen zijn bij complexe modellering. Hierdoor vervalt het proces van handmatig polijsten van de elektrode en worden vormverandering en maatfouten veroorzaakt door het polijsten vermeden.
Houd er rekening mee dat bij het frezen van grafiet veel stof vrijkomt, omdat grafiet stof verzamelt. Daarom moet de freesmachine over een afdichting en een stofafzuigingsvoorziening beschikken.
Als edM gebruikt moet worden om grafiet-elektroden te verwerken, zijn de verwerkingsprestaties niet zo goed als die van kopermateriaal. De snijsnelheid is ongeveer 40% langzamer dan bij koper.
1.7.Installatie en gebruik van elektroden.
Grafiet heeft een goede hechtingseigenschap. Het kan worden gebruikt om grafiet met de fitting te verbinden door de elektrode te frezen en te ontladen. Dit bespaart de procedure voor het bewerken van schroefgaten in het elektrodemateriaal en bespaart tijd.
Grafiet is een relatief broos materiaal, vooral de kleine, smalle en lange elektrode. Deze kan gemakkelijk breken wanneer er tijdens gebruik externe krachten op worden uitgeoefend. U kunt echter meteen merken dat de elektrode beschadigd is.
Als het een koperen elektrode betreft, zal deze alleen maar buigen en niet breken. Dit is erg gevaarlijk en lastig te vinden tijdens het gebruik. Bovendien zal het gemakkelijk leiden tot schroot van het werkstuk.
1.8.Prijs.
Koper is een niet-hernieuwbare grondstof en de prijs ervan zal dus steeds hoger worden. De prijs van grafiet daarentegen stabiliseert.
De prijs van koper is de afgelopen jaren gestegen. De grote grafietfabrikanten hebben hun productieproces verbeterd en daarmee een concurrentievoordeel behaald. De prijs van grafietelektrodematerialen is nu over het algemeen gelijk aan die van koperelektrodematerialen, ondanks dat het volume gelijk is. Maar grafiet kan efficiënter worden verwerkt dan koperelektroden, waardoor veel werkuren worden bespaard, wat direct leidt tot lagere productiekosten.
Samenvattend zijn de voordelen van de 8 edM-eigenschappen van de grafietelektrode duidelijk: de efficiëntie van het frezen van de elektrode en het ontladingsproces is aanzienlijk beter dan die van de koperelektrode; een grote elektrode heeft een laag gewicht, een goede maatvastheid, een dunne elektrode vervormt niet snel en de oppervlaktestructuur is beter dan die van de koperelektrode.
Het nadeel van grafietmateriaal is dat het niet geschikt is voor fijne oppervlakteontladingsverwerking onder VDI12 (Ra0,4 m) en dat de efficiëntie van het gebruik van edM om elektroden te maken laag is.
Vanuit een praktisch oogpunt is echter een van de belangrijke redenen voor de effectieve promotie van grafietmaterialen in China dat er speciale grafietverwerkingsmachines nodig zijn voor het frezen van elektroden, wat nieuwe eisen stelt aan de verwerkingsapparatuur van matrijzenbedrijven. Sommige kleine bedrijven beschikken mogelijk niet over deze voorwaarde.
Over het algemeen dekken de voordelen van grafietelektroden de overgrote meerderheid van de edM-bewerkingstoepassingen en zijn ze de moeite waard om te populariseren en toe te passen, met aanzienlijke voordelen op de lange termijn. De tekortkomingen van fijne oppervlaktebewerking kunnen worden gecompenseerd door het gebruik van koperelektroden.
2. Selectie van grafiet-elektrodematerialen voor EDM
Voor grafietmaterialen zijn er voornamelijk de volgende vier indicatoren die direct de prestaties van de materialen bepalen:
1) Gemiddelde deeltjesdiameter van het materiaal
De gemiddelde deeltjesdiameter van het materiaal heeft rechtstreeks invloed op de ontladingscondities van het materiaal.
Hoe kleiner het gemiddelde deeltje grafietmateriaal is, hoe gelijkmatiger de ontlading is, hoe stabieler de ontladingsomstandigheden zijn, hoe beter de oppervlaktekwaliteit is en hoe minder verlies er is.
Hoe groter de gemiddelde deeltjesgrootte is, hoe beter de verwijderingssnelheid kan zijn bij voorbewerking. Het oppervlakte-effect van de afwerking is echter gering en het elektrodeverlies is groot.
2) De buigsterkte van het materiaal
De buigsterkte van een materiaal is een directe weerspiegeling van zijn sterkte en geeft een indicatie van de stevigheid van de interne structuur.
Het materiaal met hoge sterkte heeft een relatief goede ontladingsweerstand. Voor een elektrode met hoge precisie is het belangrijk om zo veel mogelijk materiaal met hoge sterkte te kiezen.
3) Shore-hardheid van het materiaal
Grafiet is harder dan metalen materialen en het verlies van het snijgereedschap is groter dan dat van het snijmetaal.
Tegelijkertijd is de hoge hardheid van het grafietmateriaal in de beheersing van ontladingsverliezen beter.
4) De inherente weerstand van het materiaal
De ontladingssnelheid van grafietmateriaal met een hoge inherente soortelijke weerstand is lager dan die van grafietmateriaal met een lage soortelijke weerstand.
Hoe hoger de inherente weerstand, hoe kleiner het elektrodeverlies. Maar hoe hoger de inherente weerstand, hoe meer invloed dit heeft op de stabiliteit van de ontlading.
Momenteel zijn er veel verschillende soorten grafiet verkrijgbaar bij de grootste grafietleveranciers ter wereld.
Over het algemeen wordt, op basis van de gemiddelde deeltjesdiameter van de te classificeren grafietmaterialen, een deeltjesdiameter ≤ 4 μm gedefinieerd als fijn grafiet, deeltjes met een diameter van 5 tot 10 μm worden gedefinieerd als middelgroot grafiet en deeltjes met een diameter van 10 μm erboven worden gedefinieerd als grof grafiet.
Hoe kleiner de deeltjesdiameter, hoe duurder het materiaal en hoe geschikter het grafietmateriaal kan worden geselecteerd op basis van de vereisten en kosten van EDM.
3. Fabricage van grafietelektroden
De grafietelektrode wordt hoofdzakelijk vervaardigd door middel van frezen.
Verwerkingstechnisch gezien zijn grafiet en koper twee verschillende materialen en hun verschillende snijeigenschappen moeten beheerst worden.
Als de grafietelektrode wordt verwerkt met behulp van het proces van een koperelektrode, zullen er onvermijdelijk problemen optreden, zoals frequente breuk van de plaat. Hiervoor zijn geschikte snijgereedschappen en snijparameters nodig.
Bewerking van grafiet electroden is beter dan het bewerken van koper electroden. Vanuit economisch oogpunt is de keuze voor hardmetalen gereedschappen het meest economisch. Kies voor een diamant coating gereedschap (ook wel grafiet mes genoemd) en de prijs is hoger. Diamant coating gereedschap gaat echter langer mee en de verwerkingsnauwkeurigheid is hoog. Het algehele economische voordeel is goed.
De grootte van de voorhoek van het gereedschap heeft ook invloed op de levensduur. Een voorhoek van 0° van het gereedschap is tot 50% hoger dan een voorhoek van 15°. De snijstabiliteit is ook beter, maar hoe groter de hoek, hoe beter het bewerkingsoppervlak. Door een gereedschap met een hoek van 15° te gebruiken, kunt u het beste bewerkingsoppervlak bereiken.
De snijsnelheid bij het bewerken kan worden aangepast op basis van de vorm van de elektrode, doorgaans 10 m/min, vergelijkbaar met het bewerken van aluminium of kunststof. Het snijgereedschap kan bij voorbewerking direct op en van het werkstuk worden geplaatst. Bij nabewerking treedt het fenomeen van hoekinstorting en fragmentatie gemakkelijk op. Vaak wordt de methode van snel lopen met een licht mes toegepast.
Bij het snijproces komt er veel stof vrij bij de grafiet-elektrode. Om te voorkomen dat grafietdeeltjes in de machinespindel en -schroef terechtkomen, zijn er op dit moment twee oplossingen. De eerste is het gebruik van een speciale grafietverwerkingsmachine, de andere is de normale aanpassing van het verwerkingscentrum, dat is uitgerust met een speciaal stofafzuigsysteem.
De speciale grafiet-hogesnelheidsfreesmachine op de markt heeft een hoge freesefficiëntie en kan de productie van complexe elektroden eenvoudig voltooien met hoge precisie en goede oppervlaktekwaliteit.
Als er EDM nodig is om een grafietelektrode te maken, wordt het aanbevolen om een fijn grafietmateriaal met een kleinere deeltjesdiameter te gebruiken.
De bewerkingsprestaties van grafiet zijn slecht. Hoe kleiner de deeltjesdiameter, hoe hoger het snijrendement dat kan worden behaald. Bovendien kunnen abnormale problemen zoals frequente draadbreuk en oppervlakteranden worden vermeden.
4.EDM-parameters van grafietelektrode
De selectie van EDM-parameters van grafiet en koper is heel verschillend.
De parameters van EDM zijn voornamelijk stroomsterkte, pulsbreedte, pulsafstand en polariteit.
Hieronder wordt de basis voor het rationeel gebruik van deze belangrijke parameters beschreven.
De stroomdichtheid van een grafietelektrode is over het algemeen 10 tot 12 A/cm², veel hoger dan die van een koperelektrode. Binnen het toegestane stroombereik in het betreffende gebied geldt daarom: hoe hoger de gekozen stroomsterkte, hoe sneller de grafietontladingssnelheid zal zijn, hoe kleiner het elektrodeverlies, maar hoe dikker de oppervlakteruwheid.
Hoe groter de pulsbreedte, hoe lager het elektrodeverlies zal zijn.
Een grotere pulsbreedte zorgt er echter voor dat de verwerkingsstabiliteit slechter wordt, de verwerkingssnelheid lager wordt en het oppervlak ruwer wordt.
Om een laag elektrodeverlies te garanderen tijdens het voorbewerken, wordt doorgaans een relatief grote pulsbreedte gebruikt. Hiermee kan effectief een bewerking met laag verlies van de grafietelektrode worden gerealiseerd wanneer de waarde tussen 100 en 300 US ligt.
Om een fijn oppervlak en een stabiel ontladingseffect te verkrijgen, moet een kleinere pulsbreedte worden gekozen.
Over het algemeen is de pulsbreedte van een grafietelektrode ongeveer 40% kleiner dan die van een koperelektrode
De pulsafstand beïnvloedt voornamelijk de snelheid en stabiliteit van de bewerking tijdens het ontladen. Hoe hoger de waarde, hoe beter de stabiliteit tijdens het bewerken, wat bijdraagt aan een betere oppervlakte-uniformiteit, maar de bewerkingssnelheid zal wel afnemen.
Als de verwerkingsstabiliteit gewaarborgd is, kan een hogere verwerkingsefficiëntie worden verkregen door een kleinere pulsafstand te kiezen. Wanneer de ontladingstoestand echter instabiel is, kan een hogere verwerkingsefficiëntie worden verkregen door een grotere pulsafstand te kiezen.
Bij het bewerken met grafiet-elektroden worden de pulsafstand en de pulsbreedte doorgaans ingesteld op 1:1, terwijl bij het bewerken met koperelektroden de pulsafstand en de pulsbreedte doorgaans worden ingesteld op 1:3.
Bij stabiele grafietverwerking kan de verhouding tussen pulsafstand en pulsbreedte worden aangepast tot 2:3.
Bij een kleine pulsspeling is het gunstig om een afdeklaag op het elektrodeoppervlak te vormen, wat helpt om het elektrodeverlies te beperken.
De polariteitsselectie van de grafietelektrode bij EDM is in principe gelijk aan die van de koperelektrode.
Vanwege het polariteitseffect van EDM wordt bij het bewerken van matrijzenstaal meestal gebruikgemaakt van bewerkingen met positieve polariteit. Dat wil zeggen dat de elektrode wordt aangesloten op de positieve pool van de voeding en het werkstuk op de negatieve pool van de voeding.
Door een hoge stroomsterkte en pulsbreedte te gebruiken, kan bewerking met positieve polariteit een extreem laag elektrodeverlies bereiken. Bij een verkeerde polariteit zal het elektrodeverlies zeer groot worden.
Alleen wanneer het oppervlak minder dan VDI18 (Ra0,8 m) fijn bewerkt moet worden en de pulsbreedte erg klein is, wordt negatieve polariteitsbewerking gebruikt om een betere oppervlaktekwaliteit te verkrijgen. Het elektrodeverlies is hierbij echter groot.
Tegenwoordig zijn CNC edM-bewerkingsmachines uitgerust met grafietontladingsbewerkingsparameters.
Het gebruik van elektrische parameters is intelligent en kan automatisch door het expertsysteem van de machine worden gegenereerd.
Over het algemeen kan de machine de geoptimaliseerde verwerkingsparameters configureren door tijdens het programmeren het materiaalpaar, het toepassingstype, de oppervlakteruwheidswaarde te selecteren en het verwerkingsgebied, de verwerkingsdiepte, de schaal van de elektrodegrootte, enz. in te voeren.
De set voor de grafiet-elektrode van de EDM-machinebibliotheek heeft een rijke verwerkingsparameterbibliotheek. Het materiaaltype kan kiezen uit grof grafiet, grafiet, grafiet komt overeen met een verscheidenheid aan werkstukmaterialen. Het toepassingstype kan worden onderverdeeld in standaard, diepe groef, scherpe punt, groot oppervlak, grote holte, zoals fijn. Het biedt ook laag verlies, standaard, hoge efficiëntie en ga zo maar door. Er zijn vele soorten verwerkingsprioriteitkeuze.
5. Conclusie
Het is de moeite waard om het nieuwe grafietelektrodemateriaal krachtig te promoten en de voordelen ervan zullen geleidelijk aan door de binnenlandse matrijzenbouwindustrie worden herkend en geaccepteerd.
De juiste selectie van grafiet-elektrodematerialen en de verbetering van de daarmee samenhangende technologische koppelingen zullen leiden tot een hoge efficiëntie, hoge kwaliteit en lage kostenvoordelen voor matrijzenbouwbedrijven
Plaatsingstijd: 4 dec. 2020