1. Grafiitmaterjalide EDM-i omadused.
1.1.Tühjendustöötlemise kiirus.
Grafiit on mittemetalliline materjal, mille sulamistemperatuur on väga kõrge, 3650 °C, samas kui vase sulamistemperatuur on 1083 °C, seega talub grafiitelektrood suuremaid voolutugevuse tingimusi.
Kui tühjendusala ja elektroodi suuruse skaala on suuremad, on grafiidimaterjali suure efektiivsusega töötlemata töötlemise eelised ilmsemad.
Grafiidi soojusjuhtivus on 1/3 vase omast ja tühjendusprotsessi käigus tekkivat soojust saab kasutada metallmaterjalide tõhusamaks eemaldamiseks. Seetõttu on grafiidi töötlemise efektiivsus keskmise ja peene töötlemise korral vaskelektroodi omast kõrgem.
Töötlemiskogemuse kohaselt on grafiitelektroodi tühjenemisprotsess õigete kasutustingimuste korral 1,5–2 korda kiirem kui vaskelektroodi oma.
1.2.Elektroodide kulu.
Grafiitelektrood talub kõrgeid voolutugevusi sobiva töötlusseadistuse korral, sealhulgas süsinikterasest detailide töötlemisel, mille käigus eemaldatakse sisu ja töövedelik kõrgel temperatuuril süsinikuosakeste lagunemisel. Polaarsuse efekti tõttu kleepuvad süsinikuosakesed elektroodi pinnale, moodustades kaitsekihi. See tagab grafiitelektroodi väikese kao töötlemata töötlemisel või isegi "nulljäätmete" tekkimise.
EDM-i peamine elektroodikadu tekib töötlemata töötlemisel. Kuigi viimistlustingimustes on kadude määr kõrge, on ka üldine kadu väike tänu detailide jaoks reserveeritud väikesele töötlemisvarule.
Üldiselt on grafiitelektroodi kadu suure voolutugevusega töötlemata töötlemisel väiksem kui vaskelektroodi kadu ja viimistlustöötlusel veidi suurem kui vaskelektroodi kadu. Grafiitelektroodi elektroodi kadu on sarnane.
1.3.Pinna kvaliteet.
Grafiidimaterjali osakeste läbimõõt mõjutab otseselt elektroforeesi pinnakaredust. Mida väiksem on läbimõõt, seda madalam on pinnakaredus.
Mõni aasta tagasi, kui kasutati 5 mikroni läbimõõduga grafiitmaterjali osakeste phi, saavutati parim pind ainult VDI18 EDM (Ra0,8 mikronit). Tänapäeval on grafiitmaterjalide terade läbimõõt saavutatud 3 mikroni phi piires. Parim pind võib saavutada stabiilse VDI12 EDM-i (Ra0,4 μm) või keerukama taseme, kuid grafiitelektroodid suudavad peegel-EDM-i saavutada.
Vaskmaterjalil on madal takistus ja kompaktne struktuur ning seda saab rasketes tingimustes stabiilselt töödelda. Pinna karedus võib olla alla Ra0,1 m ja seda saab töödelda peegli abil.
Seega, kui eraldustöötluse eesmärk on äärmiselt peen pind, on elektroodina sobivam kasutada vaskmaterjali, mis on vaskelektroodi peamine eelis grafiitelektroodi ees.
Kuid suure voolutugevuse tingimustes muutub vaskelektroodi pind kergesti karedaks ja võib tekkida isegi pragusid. Grafiitmaterjalidel seda probleemi ei teki. Vormi töötlemisel on pinnakaredus VDI26 (Ra2,0 mikronit) nõue. Grafiitelektroodiga saab töödelda nii jämedalt kui ka peenelt, saavutades ühtlase pinnaefekti ja kõrvaldades pinnadefektid.
Lisaks on grafiidi ja vase erineva struktuuri tõttu grafiitelektroodi pinna tühjenduskorrosioonipunkt vaskelektroodi omast korrapärasem. Seega, kui töödeldakse sama pinnakaredusega VDI20 või kõrgemat, on grafiitelektroodiga töödeldud tooriku pinna granulaarsus selgem ja see teralisuse pinnaefekt on parem kui vaskelektroodi tühjenduspinna efekt.
1.4.Töötlemise täpsus.
Grafiidimaterjali soojuspaisumistegur on väike ja vasematerjali soojuspaisumistegur on neli korda suurem kui grafiidimaterjalil. Seega on grafiitelektrood tühjendusprotsessis vähem deformeerunud kui vaseelektrood, mis võimaldab saavutada stabiilsema ja usaldusväärsema töötlemise täpsuse.
Eriti sügavate ja kitsaste ribide töötlemisel paneb kohalik kõrge temperatuur vaskelektroodi kergesti painduma, grafiitelektrood aga mitte.
Suure sügavuse ja läbimõõdu suhtega vaskelektroodi puhul tuleks töötlemise ajal suuruse korrigeerimiseks kompenseerida teatud soojuspaisumise väärtust, samas kui grafiitelektroodi pole vaja.
1.5.Elektroodi kaal.
Grafiitmaterjal on vähem tihe kui vask ja sama mahuga grafiitelektroodi kaal on vaid 1/5 vaskelektroodi kaalust.
On näha, et grafiidi kasutamine sobib väga hästi suure mahuga elektroodide jaoks, mis vähendab oluliselt EDM-tööpingi spindli koormust. Elektroodi suur kaal ei tekita kinnitusel ebamugavusi ning see tekitab töötlemise ajal läbipainde nihke jne. On näha, et grafiidielektroodi kasutamine suuremahulise vormitöötluse puhul on väga oluline.
1.6.Elektroodide valmistamise raskused.
Grafiitmaterjali töötlemisomadused on head. Lõiketakistus on vaid 1/4 vase omast. Õigete töötlemistingimuste korral on grafiitelektroodi freesimise efektiivsus 2–3 korda suurem kui vaskelektroodi oma.
Grafiitelektroodi on lihtne nurga all puhastada ja seda saab kasutada tooriku töötlemiseks, mis tuleks mitme elektroodi abil üheks elektroodiks viimistleda.
Grafiidimaterjali ainulaadne osakeste struktuur hoiab ära elektroodide freesimise ja vormimise järgsete puuride tekkimise, mis vastab otseselt kasutusnõuetele, kui puure pole keerulises modelleerimises kergesti eemaldatav, välistades seega elektroodi käsitsi poleerimise protsessi ja vältides poleerimisest tingitud kuju muutumist ja suuruse viga.
Tuleb märkida, et kuna grafiit koguneb tolmu, tekitab grafiidi freesimine palju tolmu, seega peab freesmasinal olema tihend ja tolmu kogumise seade.
Kui grafiitelektroodi töötlemiseks on vaja kasutada eDM-i, pole selle töötlemisomadused nii head kui vaskmaterjalil ja lõikekiirus on umbes 40% aeglasem kui vasel.
1.7.Elektroodide paigaldamine ja kasutamine.
Grafiidil on head nakkumisomadused. Seda saab kasutada grafiidi ühendamiseks kinnitusdetailiga elektroodi freesimise ja tühjendamise teel, mis säästab elektroodimaterjali kruviaukude freesimise protseduuri ja tööaega.
Grafiitmaterjal on suhteliselt habras, eriti väike, kitsas ja pikk elektrood, mida on kasutamise ajal välise jõu mõjul lihtne puruneda, kuid elektroodi kahjustustest saab kohe aru.
Kui tegemist on vaskelektroodiga, siis see ainult paindub ja ei purune, mis on väga ohtlik ja kasutamise ajal raskesti leitav ning võib kergesti tooriku praaki viia.
1.8.Hind.
Vaskmaterjal on taastumatu ressurss, mille hinnatõus muutub üha kallimaks, samas kui grafiidimaterjali hind kipub stabiliseeruma.
Vasematerjali hind on viimastel aastatel tõusnud ja suuremad grafiiditootjad on grafiidi tootmisprotsessi täiustades saavutanud oma konkurentsieelise. Nüüd, sama mahu juures, on grafiitmaterjali ja vasematerjali hinnad üsna sarnased, kuid grafiit võimaldab töötlemist tõhusamalt ja säästab palju töötunde võrreldes vaseelektroodidega, mis omakorda vähendab otseselt tootmiskulusid.
Kokkuvõttes on grafiitelektroodi kaheksa EDM-omaduse hulgas ilmsed eelised: freeselektroodi ja tühjendusprotsessi efektiivsus on oluliselt parem kui vaskelektroodil; suurel elektroodil on väike kaal ja hea mõõtmete stabiilsus, õhukest elektroodi ei ole kerge deformeerida ning pinna tekstuur on parem kui vaskelektroodil.
Grafiitmaterjali puuduseks on see, et see ei sobi peenpinna tühjenemise töötlemiseks VDI12 (Ra0,4 m) korral ja EDM-i kasutamise efektiivsus elektroodide valmistamiseks on madal.
Praktilisest vaatenurgast on aga üks olulisi põhjuseid, mis mõjutab grafiidimaterjalide tõhusat reklaamimist Hiinas, see, et elektroodide freesimiseks on vaja spetsiaalset grafiiditöötlusmasinat, mis seab hallitusettevõtete töötlemisseadmetele uued nõuded, mõnedel väikeettevõtetel ei pruugi see tingimus olla.
Üldiselt katavad grafiitelektroodide eelised enamiku EDM-töötlusjuhtudest ning väärivad populaarsust ja rakendamist, pakkudes märkimisväärset pikaajalist kasu. Peenpinna töötlemise puudujääki saab kompenseerida vaskelektroodide kasutamisega.
2. Grafiitelektroodimaterjalide valik EDM-i jaoks
Grafiitmaterjalide puhul on materjalide toimivust otseselt määravad peamiselt järgmised neli näitajat:
1) Materjali keskmine osakeste läbimõõt
Materjali osakeste keskmine läbimõõt mõjutab otseselt materjali tühjenemise tingimusi.
Mida väiksem on grafiidimaterjali keskmine osake, seda ühtlasem on tühjenemine, seda stabiilsem on tühjenemistingimus, seda parem on pinna kvaliteet ja seda väiksem on kadu.
Mida suurem on osakeste keskmine suurus, seda parem on eemaldamiskiirus jämetöötlusel, kuid viimistluse pinnaefekt on halb ja elektroodi kadu on suur.
2) Materjali paindetugevus
Materjali paindetugevus peegeldab otseselt selle tugevust, näidates selle sisemise struktuuri tihedust.
Suure tugevusega materjalil on suhteliselt hea tühjendustakistus. Suure täpsusega elektroodi jaoks tuleks valida võimalikult hea tugevusega materjal.
3) Materjali Shore'i kõvadus
Grafiit on kõvem kui metallmaterjalid ja lõikeriista kadu on suurem kui lõikemetalli kadu.
Samal ajal on grafiidimaterjali kõrge kõvadus tühjenduskadude kontrollimisel parem.
4) Materjali omane takistus
Suure takistusega grafiidimaterjali tühjenemiskiirus on aeglasem kui madala takistusega.
Mida suurem on omane takistus, seda väiksem on elektroodi kadu, kuid mida suurem on omane takistus, seda suurem on tühjenemise stabiilsus.
Praegu on maailma juhtivatelt grafiiditarnijatelt saadaval palju erinevaid grafiidi klasse.
Üldiselt liigitatakse grafiitmaterjalide keskmise osakeste läbimõõdu järgi peengrafiit, kui osakeste läbimõõt on ≤ 4 μm, keskmise suurusega grafiit, kui osakesed on läbimõõduga 5–10 μm, ja kui osakesed on läbimõõduga üle 10 μm, siis jämegrafiit.
Mida väiksem on osakeste läbimõõt, seda kallim on materjal ja seda sobivama grafiidimaterjali saab valida vastavalt EDM-i nõuetele ja maksumusele.
3. Grafiitelektroodi valmistamine
Grafiitelektrood valmistatakse peamiselt freesimise teel.
Töötlemistehnoloogia seisukohast on grafiit ja vask kaks erinevat materjali ning nende erinevaid lõikeomadusi tuleks omandada.
Kui grafiitelektroodi töödeldakse vaskelektroodi protsessiga, tekivad paratamatult probleemid, näiteks lehe sagedane purunemine, mis nõuab sobivate lõikeriistade ja lõikeparameetrite kasutamist.
Grafiitelektroodi töötlemisel kulub rohkem kui vaskelektroodi tööriistal. Majanduslikust kaalutlusest on kõige ökonoomsem valida karbiidtööriist. Teemantkatte tööriista (nn grafiitnuga) hind on küll kõrgem, kuid teemantkatte tööriistal on pikk kasutusiga, kõrge töötlemistäpsus ja üldine majanduslik kasu on hea.
Tööriista esinurga suurus mõjutab ka selle kasutusiga. Tööriista 0° esinurga korral on tööriista kasutusiga kuni 50% suurem kui 15° esinurga korral. Lõikestabiilsus on samuti parem, kuid mida suurem on nurk, seda parem on töötlemispind. Tööriista 15° nurga kasutamisel saab saavutada parima töötlemispinna.
Töötlemise lõikekiirust saab reguleerida vastavalt elektroodi kujule, tavaliselt 10 m/min, sarnaselt alumiiniumi või plasti töötlemisele. Lõikeriista saab töötlemata töötlemisel otse töödeldavale detailile asetada ja sellelt eemaldada. Viimistlustöötlemisel on nurga kokkuvarisemise ja killustumise nähtus lihtne. Sageli kasutatakse kerge noaga kiiret kõndimist.
Grafiitelektrood lõikamisprotsessis tekitab palju tolmu. Grafiidiosakeste sissehingamise vältimiseks masina spindlil ja kruvil on praegu kaks peamist lahendust: üks on spetsiaalse grafiiditöötlusmasina kasutamine ja teine on tavalise töötlemiskeskuse ümberehitamine, mis on varustatud spetsiaalse tolmukogumisseadmega.
Turul olev spetsiaalne grafiidist kiire freespink on kõrge freesimistõhususega ja suudab hõlpsalt toota keerukaid elektroode suure täpsuse ja hea pinnakvaliteediga.
Kui grafiitelektroodi valmistamiseks on vaja elektroforeesi, on soovitatav kasutada peenemat grafiitmaterjali, mille osakeste läbimõõt on väiksem.
Grafiidi töötlemisomadused on halvad. Mida väiksem on osakeste läbimõõt, seda suurem on lõikamise efektiivsus ja välditakse sagedast traadi purunemist ja pinna ebanormaalseid probleeme.
4. Grafiitelektroodi EDM-parameetrid
Grafiidi ja vase EDM-parameetrite valik on üsna erinev.
EDM-i parameetrite hulka kuuluvad peamiselt voolutugevus, impulsi laius, impulsi vahe ja polaarsus.
Järgnevalt kirjeldatakse nende peamiste parameetrite ratsionaalse kasutamise alust.
Grafiitelektroodi voolutihedus on üldiselt 10–12 A/cm2, mis on palju suurem kui vaskelektroodi oma. Seega, mida suurem on vastavas piirkonnas lubatud vooluvahemik, seda kiirem on grafiidi tühjenemise töötlemiskiirus, seda väiksem on elektroodi kadu, kuid seda suurem on pinna karedus.
Mida suurem on impulsi laius, seda väiksem on elektroodi kadu.
Suurem impulsi laius halvendab aga töötlemise stabiilsust, aeglustab töötlemiskiirust ja muudab pinna karedaks.
Madala elektroodikadu tagamiseks töötlemata töötlemise ajal kasutatakse tavaliselt suhteliselt suurt impulsi laiust, mis võimaldab grafiitelektroodi madala kadudega töötlemist tõhusalt saavutada, kui väärtus on vahemikus 100 kuni 300 USA.
Peene pinna ja stabiilse tühjenemisefekti saavutamiseks tuleks valida väiksem impulsi laius.
Üldiselt on grafiitelektroodi impulsi laius umbes 40% väiksem kui vaskelektroodi oma.
Impulsi vahe mõjutab peamiselt tühjendustöötlemise kiirust ja töötlemise stabiilsust. Mida suurem on väärtus, seda parem on töötlemise stabiilsus, mis aitab saavutada parema pinna ühtluse, kuid vähendab töötlemiskiirust.
Töötlemise stabiilsuse tagamise tingimustes saab suurema töötlemise efektiivsuse saavutada väiksema impulsi vahe valimisega, kuid ebastabiilse tühjenemisseisundi korral saab suurema töötlemise efektiivsuse saavutada suurema impulsi vahe valimisega.
Grafiitelektroodide töötlemisel seatakse impulsi vahe ja impulsi laius tavaliselt suhteks 1:1, vaskelektroodide töötlemisel aga impulsi vahe ja impulsi laius tavaliselt suhteks 1:3.
Stabiilse grafiidi töötlemise korral saab impulsi vahe ja impulsi laiuse vastavussuhet reguleerida väärtuseni 2:3.
Väikese impulsi kliirensi korral on kasulik moodustada elektroodi pinnale kattekiht, mis aitab vähendada elektroodi kadu.
Grafiitelektroodi polaarsuse valik EDM-is on põhimõtteliselt sama, mis vaskelektroodi puhul.
EDM-i polaarsuse efekti kohaselt kasutatakse stantsterase töötlemisel tavaliselt positiivse polaarsusega töötlemist, st elektrood on ühendatud toiteallika positiivse poolusega ja toorik on ühendatud toiteallika negatiivse poolusega.
Suure voolutugevuse ja impulsi laiuse korral saab positiivse polaarsusega töötlemise abil saavutada äärmiselt väikese elektroodikadu. Vale polaarsuse korral muutuvad elektroodikadud väga suureks.
Ainult siis, kui pinda on vaja peentöödelda vähem kui VDI18 (Ra0,8 m) ja impulsi laius on väga väike, kasutatakse parema pinnakvaliteedi saavutamiseks negatiivse polaarsusega töötlemist, kuid elektroodi kadu on suur.
Nüüd on CNC eM-pingid varustatud grafiidist väljavooluga töötlemise parameetritega.
Elektriliste parameetrite kasutamine on intelligentne ja tööpingi ekspertsüsteem saab need automaatselt genereerida.
Üldiselt saab masin optimeeritud töötlemisparameetreid konfigureerida, valides programmeerimise ajal materjalipaari, rakendustüübi, pinnakareduse väärtuse ning sisestades töötlemisala, töötlemissügavuse, elektroodi suuruse skaleerimise jne.
EDM-tööpinkide grafiitelektroodide raamatukogu rikkalike töötlemisparameetrite jaoks saab materjali tüübi valida jämeda grafiidi, grafiidi ja mitmesuguste tooriku materjalide vahel. Rakendustüübid jagunevad standardseteks, sügava soonega, teravateks, suurteks õõnsusteks, näiteks peenteks, pakkudes ka väikese kadu, standardseid, kõrge efektiivsusega ja muid töötlemisprioriteete.
5. Kokkuvõte
Uut grafiitelektroodimaterjali tasub jõuliselt populariseerida ning selle eeliseid hakkab kodumaine vormitööstus järk-järgult tunnustama ja aktsepteerima.
Grafiitelektroodimaterjalide õige valik ja nendega seotud tehnoloogiliste ühenduste täiustamine toob hallituse tootmisettevõtetele kaasa suure efektiivsuse, kõrge kvaliteedi ja madalad kulud.
Postituse aeg: 04. detsember 2020