1. Características da electroerosión dos materiais de grafito.
1.1. Velocidade de mecanizado de descarga.
O grafito é un material non metálico cun punto de fusión moi alto de 3.650 °C, mentres que o cobre ten un punto de fusión de 1.083 °C, polo que o eléctrodo de grafito pode soportar maiores condicións de axuste de corrente.
Cando a área de descarga e a escala do tamaño do eléctrodo son maiores, as vantaxes do mecanizado en bruto de alta eficiencia do material de grafito son máis obvias.
A condutividade térmica do grafito é 1/3 da do cobre, e a calor xerada durante o proceso de descarga pódese usar para eliminar materiais metálicos de forma máis eficaz. Polo tanto, a eficiencia de procesamento do grafito é maior que a do eléctrodo de cobre no procesamento medio e fino.
Segundo a experiencia de procesamento, a velocidade de procesamento de descarga do eléctrodo de grafito é 1,5~2 veces máis rápida que a do eléctrodo de cobre nas condicións de uso correctas.
1.2. Consumo de eléctrodos.
O eléctrodo de grafito ten a característica de soportar condicións de alta corrente. Ademais, baixo a condición dun axuste de desbaste axeitado, incluíndo a eliminación de contido das pezas de aceiro ao carbono producidas durante o mecanizado e a descomposición de partículas de carbono por fluído de traballo a alta temperatura, o efecto de polaridade. Baixo a acción da eliminación parcial do contido, as partículas de carbono adhiriranse á superficie do eléctrodo para formar unha capa protectora, garantindo unha pequena perda do eléctrodo de grafito no mecanizado en desbaste ou mesmo "cero residuos".
A perda principal do eléctrodo na electroerosión provén do mecanizado en bruto. Aínda que a taxa de perda é alta nas condicións de axuste do acabado, a perda global tamén é baixa debido á pequena marxe de mecanizado reservada para as pezas.
En xeral, a perda do eléctrodo de grafito é menor que a do eléctrodo de cobre no mecanizado en bruto con correntes elevadas e lixeiramente maior que a do eléctrodo de cobre no mecanizado de acabado. A perda do eléctrodo de grafito é similar.
1.3. A calidade da superficie.
O diámetro das partículas do material de grafito afecta directamente á rugosidade superficial da electroerosión. Canto menor sexa o diámetro, menor será a rugosidade superficial que se pode obter.
Hai uns anos, usando material de grafito con partículas phi de 5 micras de diámetro, a mellor superficie só podía alcanzar a electroerosión VDI18 (Ra0,8 micras), hoxe en día o diámetro do gran dos materiais de grafito pódese alcanzar dentro de 3 micras de phi, a mellor superficie pode alcanzar unha electroerosión VDI12 estable (Ra0,4 μm) ou un nivel máis sofisticado, pero o eléctrodo de grafito para espellar a electroerosión.
O material de cobre ten baixa resistividade e unha estrutura compacta, polo que pode procesarse de forma estable en condicións difíciles. A rugosidade superficial pode ser inferior a Ra0,1 m e pode procesarse mediante espello.
Polo tanto, se o mecanizado por descarga busca unha superficie extremadamente fina, é máis axeitado usar material de cobre como eléctrodo, que é a principal vantaxe do eléctrodo de cobre sobre o eléctrodo de grafito.
Pero o eléctrodo de cobre baixo unha gran configuración de corrente, a superficie do eléctrodo é fácil de volverse rugosa, aparecendo incluso gretas, e os materiais de grafito non terían este problema, o requisito de rugosidade superficial para VDI26 (Ra2.0 micras) sobre o procesamento de moldes, usando un eléctrodo de grafito pódese facer desde un procesamento groso a fino, realizando o efecto superficial uniforme, os defectos superficiais.
Ademais, debido á diferente estrutura do grafito e do cobre, o punto de corrosión por descarga superficial do eléctrodo de grafito é máis regular que o do eléctrodo de cobre. Polo tanto, cando se procesa a mesma rugosidade superficial de VDI20 ou superior, a granularidade superficial da peza procesada polo eléctrodo de grafito é máis nítida, e este efecto superficial do gran é mellor que o efecto superficial de descarga do eléctrodo de cobre.
1.4. A precisión do mecanizado.
O coeficiente de expansión térmica do material de grafito é pequeno, o coeficiente de expansión térmica do material de cobre é 4 veces maior que o do material de grafito, polo que no procesamento de descarga, o eléctrodo de grafito é menos propenso á deformación que o eléctrodo de cobre, o que permite obter unha precisión de procesamento máis estable e fiable.
Especialmente cando se procesan nervaduras profundas e estreitas, a alta temperatura local fai que o eléctrodo de cobre se dobre facilmente, pero o eléctrodo de grafito non.
Para os eléctrodos de cobre cunha gran relación profundidade-diámetro, débese compensar un certo valor de expansión térmica para corrixir o tamaño durante o axuste do mecanizado, mentres que non se require un eléctrodo de grafito.
1.5. Peso do eléctrodo.
O material de grafito é menos denso que o cobre e o peso do eléctrodo de grafito do mesmo volume é só 1/5 do do eléctrodo de cobre.
Pódese observar que o uso de grafito é moi axeitado para o eléctrodo cun gran volume, o que reduce en gran medida a carga do eixo da máquina ferramenta EDM. O eléctrodo non causará inconvenientes na fixación debido ao seu gran peso e producirá desprazamento por deflexión no procesamento, etc. Pódese observar que é de grande importancia usar eléctrodos de grafito no procesamento de moldes a grande escala.
1.6. Dificultade na fabricación de eléctrodos.
O rendemento de mecanizado do material de grafito é bo. A resistencia ao corte é só 1/4 da do cobre. Nas condicións de procesamento correctas, a eficiencia do fresado de eléctrodos de grafito é de 2 a 3 veces maior que a do eléctrodo de cobre.
O eléctrodo de grafito é doado de limpar o ángulo e pódese usar para procesar a peza que debe ser rematada por varios eléctrodos nun só eléctrodo.
A estrutura única de partículas do material de grafito evita que se produzan rebabas despois do fresado e a formación de eléctrodos, o que pode cumprir directamente os requisitos de uso cando as rebabas non se eliminan facilmente na modelaxe complexa, eliminando así o proceso de pulido manual do eléctrodo e evitando o cambio de forma e o erro de tamaño causado polo pulido.
Cómpre sinalar que, debido a que o grafito acumula po, a moenda de grafito producirá moito po, polo que a moenda debe ter un selo e un dispositivo de recollida de po.
Se é necesario usar electrodesión para procesar eléctrodos de grafito, o seu rendemento de procesamento non é tan bo como o do material de cobre, e a velocidade de corte é aproximadamente un 40 % máis lenta que a do cobre.
1.7. Instalación e uso de eléctrodos.
O material de grafito ten boas propiedades de unión. Pódese usar para unir grafito co dispositivo de fixación mediante o fresado do eléctrodo e a descarga, o que pode aforrar o procedemento de mecanizado do orificio do parafuso no material do eléctrodo e aforrar tempo de traballo.
O material de grafito é relativamente fráxil, especialmente o eléctrodo pequeno, estreito e longo, que é doado de romper cando se somete a unha forza externa durante o uso, pero pode saber inmediatamente que o eléctrodo foi danado.
Se é un eléctrodo de cobre, só se dobrará e non se romperá, o que é moi perigoso e difícil de atopar no proceso de uso, e levará facilmente á chatarra da peza.
1.8.Prezo.
O cobre é un recurso non renovable, a tendencia dos prezos será cada vez máis cara, mentres que o prezo do grafito tende a estabilizarse.
Co aumento do prezo do cobre nos últimos anos, os principais fabricantes de grafito están a mellorar o proceso de produción de grafito, o que fai que a súa vantaxe competitiva sexa maior. Agora, co mesmo volume, o prezo xeral do material de eléctrodos de grafito e o prezo dos materiais de eléctrodos de cobre son bastante diferentes, pero o grafito pode lograr un procesamento eficiente, aforrando un gran número de horas de traballo en comparación co uso de eléctrodos de cobre, o que equivale a reducir directamente o custo de produción.
En resumo, entre as 8 características de electrodos de grafito, as súas vantaxes son obvias: a eficiencia do electrodo de fresado e o procesamento de descarga é significativamente mellor que a do electrodo de cobre; o electrodo grande ten un peso pequeno, boa estabilidade dimensional, o electrodo delgado non se deforma facilmente e a textura da superficie é mellor que a do electrodo de cobre.
A desvantaxe do material de grafito é que non é axeitado para o procesamento de descarga superficial fina baixo VDI12 (Ra0.4 m) e a eficiencia do uso de edM para fabricar eléctrodos é baixa.
Non obstante, desde un punto de vista práctico, unha das razóns importantes que afectan á promoción eficaz dos materiais de grafito na China é que se necesita unha máquina especial de procesamento de grafito para fresar electrodos, o que supón novos requisitos para os equipos de procesamento das empresas de moldes, aínda que algunhas pequenas empresas poden non ter esta condición.
En xeral, as vantaxes dos eléctrodos de grafito abarcan a gran maioría das ocasións de procesamento de electroerosión e son dignas de popularización e aplicación, con considerables beneficios a longo prazo. A deficiencia do procesamento de superficies finas pódese compensar mediante o uso de eléctrodos de cobre.
2. Selección de materiais de eléctrodos de grafito para EDM
Para os materiais de grafito, existen principalmente os seguintes catro indicadores que determinan directamente o rendemento dos materiais:
1) Diámetro medio das partículas do material
O diámetro medio das partículas do material afecta directamente á condición de descarga do material.
Canto menor sexa a partícula media do material de grafito, máis uniforme será a descarga, máis estable será a condición de descarga, mellor será a calidade da superficie e menor será a perda.
Canto maior sexa o tamaño medio das partículas, mellor taxa de eliminación pódese obter no mecanizado en bruto, pero o efecto superficial do acabado é deficiente e a perda de eléctrodo é grande.
2) A resistencia á flexión do material
A resistencia á flexión dun material é un reflexo directo da súa resistencia, o que indica a estanqueidade da súa estrutura interna.
O material con alta resistencia ten un rendemento de resistencia á descarga relativamente bo. Para o eléctrodo con alta precisión, débese seleccionar na medida do posible o material con boa resistencia.
3) Dureza Shore do material
O grafito é máis duro que os materiais metálicos e a perda da ferramenta de corte é maior que a do metal de corte.
Ao mesmo tempo, a alta dureza do material de grafito no control de perdas de descarga é mellor.
4) A resistividade inherente do material
A velocidade de descarga do material de grafito con alta resistividade inherente será máis lenta que a de baixa resistividade.
Canto maior sexa a resistividade inherente, menor será a perda do eléctrodo, pero canto maior sexa a resistividade inherente, a estabilidade da descarga verase afectada.
Na actualidade, hai moitos tipos diferentes de grafito dispoñibles dos principais provedores de grafito do mundo.
Xeralmente, segundo o diámetro medio das partículas dos materiais de grafito que se van clasificar, un diámetro de partícula ≤ 4 m defínese como grafito fino, as partículas de 5 a 10 m defínense como grafito medio e as partículas de 10 m por riba defínense como grafito groso.
Canto menor sexa o diámetro das partículas, máis caro é o material e, polo tanto, pódese seleccionar un material de grafito máis axeitado segundo os requisitos e o custo da electroerosión.
3. Fabricación de eléctrodos de grafito
O eléctrodo de grafito fabrícase principalmente por fresado.
Desde o punto de vista da tecnoloxía de procesamento, o grafito e o cobre son dous materiais diferentes e débense dominar as súas diferentes características de corte.
Se o eléctrodo de grafito se procesa mediante o proceso de eléctrodo de cobre, inevitablemente ocorrerán problemas, como a fractura frecuente da folla, o que require o uso de ferramentas de corte e parámetros de corte axeitados.
O mecanizado de eléctrodos de grafito desgasta máis que a ferramenta de eléctrodos de cobre. En canto á consideración económica, a elección dunha ferramenta de carburo é a máis económica. Escolle unha ferramenta de revestimento de diamante (chamada coitelo de grafito) cun prezo máis alto, pero a ferramenta de revestimento de diamante ten unha longa vida útil e unha alta precisión de procesamento, o beneficio económico xeral é bo.
O tamaño do ángulo frontal da ferramenta tamén afecta á súa vida útil. O ángulo frontal de 0° da ferramenta será ata un 50 % maior que o ángulo frontal de 15° da vida útil da ferramenta. A estabilidade de corte tamén é mellor, pero canto maior sexa o ángulo, mellor será a superficie de mecanizado. O uso dun ángulo de 15° da ferramenta pode conseguir a mellor superficie de mecanizado.
A velocidade de corte no mecanizado pódese axustar segundo a forma do eléctrodo, normalmente a 10 m/min, de xeito similar ao mecanizado de aluminio ou plástico. No mecanizado en bruto, a ferramenta de corte pode colocarse e retirarse directamente da peza de traballo, e o fenómeno de colapso e fragmentación do ángulo ocorre facilmente no mecanizado de acabado, e adoita adoptarse o método de avance rápido cunha coitela lixeira.
O eléctrodo de grafito no proceso de corte producirá moito po. Para evitar que as partículas de grafito sexan inhaladas polo eixo e o parafuso da máquina, existen dúas solucións principais na actualidade: unha é usar unha máquina especial de procesamento de grafito e a outra é a reposición dun centro de procesamento ordinario, equipado cun dispositivo especial de recollida de po.
A fresadora especial de grafito de alta velocidade do mercado ten unha alta eficiencia de fresado e pode completar facilmente a fabricación de eléctrodos complexos con alta precisión e boa calidade superficial.
Se se precisa EDM para fabricar un eléctrodo de grafito, recoméndase usar un material de grafito fino cun diámetro de partícula menor.
O rendemento de mecanizado do grafito é deficiente, canto menor sexa o diámetro das partículas, maior será a eficiencia de corte e pódense evitar problemas anormais como a rotura frecuente do fío e as franxas superficiais.
4. Parámetros EDM do eléctrodo de grafito
A selección dos parámetros de electroerosión do grafito e do cobre é bastante diferente.
Os parámetros da EDM inclúen principalmente a corrente, o ancho do pulso, o intervalo de pulso e a polaridade.
A continuación descríbense as bases para o uso racional destes principais parámetros.
A densidade de corrente do eléctrodo de grafito é xeralmente de 10~12 A/cm2, moito maior que a do eléctrodo de cobre. Polo tanto, dentro do rango de corrente permitido na área correspondente, canto maior se seleccione a corrente, máis rápida será a velocidade de procesamento da descarga de grafito, menor será a perda do eléctrodo, pero a rugosidade superficial será máis grosa.
Canto maior sexa o ancho de pulso, menor será a perda do eléctrodo.
Non obstante, unha maior anchura de pulso empeorará a estabilidade do procesamento, fará que a velocidade de procesamento sexa máis lenta e a superficie máis rugosa.
Para garantir unha baixa perda de eléctrodo durante o mecanizado en bruto, adoita empregarse un ancho de pulso relativamente grande, o que pode lograr eficazmente un mecanizado de baixa perda de eléctrodo de grafito cando o valor está entre 100 e 300 US.
Para obter unha superficie fina e un efecto de descarga estable, débese escoller unha anchura de pulso menor.
En xeral, o ancho de pulso do eléctrodo de grafito é aproximadamente un 40 % menor que o do eléctrodo de cobre.
A separación de pulsos afecta principalmente á velocidade de mecanizado de descarga e á estabilidade do mecanizado. Canto maior sexa o valor, mellor será a estabilidade do mecanizado, o que axuda a obter unha mellor uniformidade superficial, pero a velocidade de mecanizado reducirase.
Baixo a condición de garantir a estabilidade do procesamento, pódese obter unha maior eficiencia de procesamento escollendo un intervalo de pulsos máis pequeno, pero cando o estado de descarga é inestable, pódese obter unha maior eficiencia de procesamento escollendo un intervalo de pulsos máis grande.
No mecanizado por descarga de eléctrodos de grafito, a separación de pulsos e o ancho de pulso adoitan establecerse en 1:1, mentres que no mecanizado de eléctrodos de cobre, a separación de pulsos e o ancho de pulso adoitan establecerse en 1:3.
Baixo un procesamento estable de grafito, a relación de correspondencia entre a separación do pulso e o ancho do pulso pódese axustar a 2:3.
No caso dunha pequena separación de pulsos, é beneficioso formar unha capa de cobertura na superficie do eléctrodo, o que axuda a reducir a perda do eléctrodo.
A selección de polaridade do eléctrodo de grafito na electroerosión é basicamente a mesma que a do eléctrodo de cobre.
Segundo o efecto de polaridade da electroerosión, o mecanizado de polaridade positiva úsase normalmente ao mecanizar aceiro para matrices, é dicir, o eléctrodo conéctase ao polo positivo da fonte de alimentación e a peza de traballo conéctase ao polo negativo da fonte de alimentación.
Usando unha corrente e un ancho de pulso grandes, a selección do mecanizado con polaridade positiva pode conseguir unha perda de eléctrodo extremadamente baixa. Se a polaridade é incorrecta, a perda de eléctrodo será moi grande.
Só cando se require un procesamento fino da superficie inferior a VDI18 (Ra0,8 m) e o ancho do pulso é moi pequeno, utilízase o procesamento de polaridade negativa para obter unha mellor calidade superficial, pero a perda do eléctrodo é grande.
Agora as máquinas-ferramenta CNC de electroerosión están equipadas con parámetros de mecanizado por descarga de grafito.
O uso de parámetros eléctricos é intelixente e pode ser xerado automaticamente polo sistema experto da máquina ferramenta.
Xeralmente, a máquina pode configurar os parámetros de procesamento optimizados seleccionando o par de materiais, o tipo de aplicación, o valor da rugosidade superficial e introducindo a área de procesamento, a profundidade de procesamento, a escala do tamaño do eléctrodo, etc. durante a programación.
Definir para o eléctrodo de grafito da biblioteca de máquinas-ferramentas EDM ricos parámetros de procesamento, o tipo de material pode escollerse no grafito groso, grafito, grafito corresponde a unha variedade de materiais da peza, para subdividir o tipo de aplicación para o estándar, ranura profunda, punta afiada, gran área, gran cavidade, como fino, tamén proporciona baixa perda, estándar, alta eficiencia e así por diante dos moitos tipos de elección de prioridade de procesamento.
5. Conclusión
O novo material de eléctrodo de grafito merece ser popularizado con vigor e as súas vantaxes serán recoñecidas e aceptadas gradualmente pola industria nacional de fabricación de moldes.
A correcta selección de materiais de eléctrodos de grafito e a mellora das conexións tecnolóxicas relacionadas traerán beneficios de alta eficiencia, alta calidade e baixo custo ás empresas de fabricación de moldes.
Data de publicación: 04-12-2020