1. EDM karakteristike grafitnih materijala.
1.1. Brzina obrade pražnjenjem.
Grafit je nemetalni materijal sa vrlo visokom tačkom topljenja od 3.650 °C, dok bakar ima tačku topljenja od 1.083 °C, tako da grafitna elektroda može izdržati veće uslove podešavanja struje.
Kada su površina pražnjenja i veličina elektrode veći, prednosti visokoefikasne grube obrade grafitnog materijala su očiglednije.
Toplotna provodljivost grafita je 1/3 toplotne provodljivosti bakra, a toplota generisana tokom procesa pražnjenja može se koristiti za efikasnije uklanjanje metalnih materijala. Stoga je efikasnost obrade grafita veća od efikasnosti obrade bakarne elektrode pri srednjoj i finoj obradi.
Prema iskustvu u obradi, brzina obrade pražnjenja grafitnih elektroda je 1,5 do 2 puta veća od brzine obrade bakrenih elektroda pod pravilnim uslovima upotrebe.
1.2. Potrošnja elektroda.
Grafitna elektroda ima karakteristike koje mogu izdržati uslove visoke struje, a osim toga, pod uslovom odgovarajućeg grubog podešavanja, uključujući i radni komad od ugljičnog čelika proizveden tokom obrade, uklanjanje sadržaja i razgradnja 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 kod EDM-a nastaje zbog grube obrade. Iako je stopa gubitaka visoka u uslovima završne obrade, ukupni gubitak je također nizak zbog malog dodatka za obradu rezervisanog 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. Kvalitet površine.
Prečnik čestica grafita direktno utiče na hrapavost površine kod EDM-a. Što je prečnik manji, to se može postići manja 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 stabilan VDI12 edm (Ra 0,4 μm) ili sofisticiraniji nivo, ali grafitna elektroda može se koristiti za ogledalsku edm obradu.
Bakarni materijal ima nisku otpornost i kompaktnu strukturu, te se može stabilno obrađivati u teškim uslovima. Hrapavost površine može biti manja od Ra0,1 m, a može se obrađivati ogledalom.
Dakle, ako se elektroerozivnom obradom želi postići izuzetno fina površina, pogodnije je koristiti bakar kao elektrodu, što je glavna prednost bakarne elektrode u odnosu na grafitnu elektrodu.
Međutim, pod uslovima velike struje, površina bakrene elektrode lako postaje hrapava, čak i pukotina, a grafitni materijali ne bi imali ovaj problem. Zahtjev za hrapavost površine prema VDI26 (Ra2.0 mikrona) za obradu kalupa omogućava korištenje grafitne elektrode od grube do fine obrade, čime se postiže ujednačen površinski efekat i uklanjaju površinski nedostaci.
Osim toga, zbog različite strukture grafita i bakra, tačka površinske korozije grafitne elektrode je pravilnija nego kod bakrene elektrode. Stoga, kada se obrađuje ista hrapavost površine VDI20 ili više, površinska granulacija radnog komada obrađenog grafitnom elektrodom je izraženija, a ovaj efekat površine zrna je bolji od efekta površine pražnjenja bakrene elektrode.
1.4. Tačnost obrade.
Koeficijent termičkog širenja grafitnog materijala je mali, dok je koeficijent termičkog širenja bakrenog materijala 4 puta veći od grafitnog materijala, tako da je prilikom obrade pražnjenjem grafitna elektroda manje sklona deformacijama od bakrene elektrode, što omogućava stabilniju i pouzdaniju tačnost obrade.
Posebno kada se obrađuje duboko i usko rebro, lokalna visoka temperatura uzrokuje lako savijanje bakrene elektrode, ali ne i grafitne elektrode.
Za bakarne elektrode s velikim odnosom dubine i prečnika, određena vrijednost termičkog širenja treba kompenzirati kako bi se korigovala veličina tokom podešavanja obrade, dok grafitna elektroda nije potrebna.
1.5. Težina elektrode.
Grafitni materijal je manje gustoće od bakra, a težina grafitne elektrode iste zapremine je samo 1/5 težine bakrene elektrode.
Može se vidjeti da je upotreba grafita vrlo pogodna za elektrode velikog volumena, što znatno smanjuje opterećenje vretena EDM alatne mašine. Elektroda neće uzrokovati poteškoće pri stezanju zbog svoje velike težine, niti će izazvati otklon i pomak tokom 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 pravilnim uslovima obrade, efikasnost glodanja grafitnih elektroda je 2~3 puta veća od bakarnih elektroda.
Grafitna elektroda se lako čisti pod uglom i može se koristiti za obradu radnog komada koji treba završiti s više elektroda u jednu elektrodu.
Jedinstvena struktura čestica grafita sprječava pojavu neravnina nakon glodanja i oblikovanja elektrode, što može direktno zadovoljiti zahtjeve upotrebe kada se neravnine ne mogu lako ukloniti u složenom modeliranju, čime se eliminira proces ručnog poliranja elektrode i izbjegavaju greške u promjeni oblika i veličini uzrokovane poliranjem.
Treba napomenuti da, budući da grafit stvara prašinu, glodanje grafita proizvodi mnogo prašine, tako da glodalica mora imati zaptivač i uređaj za sakupljanje prašine.
Ako je potrebno koristiti eroziju za obradu grafitnih elektroda, njene performanse obrade nisu tako dobre kao kod bakrenog materijala, brzina rezanja je oko 40% sporija od bakra.
1.7. Ugradnja i upotreba elektrode.
Grafitni materijal ima dobra svojstva vezivanja. Može se koristiti za vezivanje grafita sa uređajem 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 tokom upotrebe, ali odmah se može prepoznati da je elektroda oštećena.
Ako je u pitanju bakrena elektroda, ona će se samo savijati, a neće se lomiti, 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 bakra raste posljednjih godina, a glavni proizvođači grafita poboljšavaju proces proizvodnje grafita i stvaraju konkurentsku prednost. Sada, pri istoj količini, cijena grafitnih elektroda je prilično ista kao i cijena bakarnih elektroda. Međutim, obrada grafita može se postići efikasnije nego korištenjem bakarnih elektroda, što direktno smanjuje troškove proizvodnje.
Ukratko, među 8 EDM karakteristika grafitnih elektroda, njihove prednosti su očigledne: efikasnost glodanja elektrode i obrade pražnjenjem je znatno bolja od bakarne elektrode; velika elektroda ima malu težinu, dobru dimenzionalnu stabilnost, tanka elektroda se ne deformiše lako, a tekstura površine je bolja od bakarne elektrode.
Nedostatak grafitnog materijala je što nije pogodan za finu površinsku obradu pražnjenja prema VDI12 (Ra 0,4 m), a efikasnost korištenja edM-a za izradu elektrode je niska.
Međutim, sa praktične tačke gledišta, jedan od važnih razloga koji utiču na efikasnu promociju grafitnih materijala u Kini je taj što je potrebna posebna mašina za obradu grafita za glodanje elektroda, što postavlja nove zahtjeve za opremu za obradu u preduzećima za proizvodnju kalupa, dok neka mala preduzeća možda nemaju ovaj uslov.
Općenito, prednosti grafitnih elektroda pokrivaju veliku većinu slučajeva erozijske obrade i zaslužuju popularizaciju i primjenu, sa značajnim dugoročnim koristima. Nedostatak fine obrade površine može se nadoknaditi upotrebom bakarnih elektroda.
2. Izbor materijala grafitnih elektroda za EDM
Za grafitne materijale, uglavnom postoje sljedeća četiri pokazatelja koja direktno određuju performanse materijala:
1) Prosječni prečnik čestica materijala
Prosječni prečnik čestica materijala direktno utiče na uslove pražnjenja materijala.
Što je prosječna čestica grafita manja, to je pražnjenje ravnomjernije, stabilniji su uslovi pražnjenja, bolji je kvalitet površine i manji su gubici.
Što je prosječna veličina čestica veća, to se može postići bolja brzina uklanjanja materijala pri gruboj obradi, ali je površinski učinak završne obrade slab, a gubitak elektrode veliki.
2) Čvrstoća materijala na savijanje
Fleksibilna čvrstoća materijala je direktan odraz njegove čvrstoće, što ukazuje na čvrstoću njegove unutrašnje strukture.
Materijal visoke čvrstoće ima relativno dobre performanse otpornosti na pražnjenje. Za elektrodu visoke preciznosti, treba odabrati materijal dobre čvrstoće koliko god je to 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 visokom inherentnom otpornošću bit će sporija od one s niskom otpornošću.
Što je veća inherentna otpornost, to je manji gubitak na elektrodi, ali što je veća inherentna otpornost, to će utjecati na stabilnost pražnjenja.
Trenutno je dostupno mnogo različitih vrsta grafita od vodećih svjetskih dobavljača grafita.
Generalno, prema prosječnom prečniku čestica grafita koji se klasifikuju, čestice prečnika ≤ 4 µm se definišu kao fini grafit, čestice prečnika 5~ 10 µm se definišu kao srednji grafit, a čestice prečnika 10 µm i više se definišu kao grubi grafit.
Što je manji prečnik čestica, to je materijal skuplji i može se odabrati pogodniji grafitni materijal prema zahtjevima i troškovima EDM-a.
3. Izrada grafitne elektrode
Grafitna elektroda se uglavnom izrađuje glodanjem.
Sa stanovišta tehnologije obrade, grafit i bakar su dva različita materijala, te treba savladati njihove različite karakteristike rezanja.
Ako se grafitna elektroda obrađuje postupkom bakrene elektrode, neminovno će se pojaviti problemi, poput čestog loma lima, što zahtijeva upotrebu odgovarajućih alata za rezanje i parametara rezanja.
Obrada grafitnih elektroda u odnosu na bakrene elektrode troši alat. Iz ekonomskog razloga, izbor karbidnog alata je najekonomičniji. Izbor alata za dijamantski premaz (tzv. grafitni nož) je skuplji, ali alat za dijamantski premaz ima dug vijek trajanja, visoku preciznost obrade i ukupnu ekonomsku korist.
Veličina prednjeg ugla alata također utiče na njegov vijek trajanja. Prednji ugao alata od 0° bit će do 50% veći od prednjeg ugla od 15° vijeka trajanja alata. Stabilnost rezanja je također bolja. Što je veći ugao, to je bolja površina obrade. Korištenjem ugla 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 direktno na i van obratka pri gruboj obradi, a fenomen ugaonog kolapsa i fragmentacije lako se javlja pri završnoj obradi, te se često usvaja način brzog hodanja laganog noža.
Grafitna elektroda u procesu rezanja proizvodi mnogo prašine. Kako bi se izbjeglo udisanje čestica grafita u vreteno i vijak mašine, trenutno postoje dva glavna rješenja: jedno je korištenje posebne mašine za obradu grafita, a drugo je preuređenje uobičajenog centra za obradu, opremljenog posebnim uređajem za sakupljanje prašine.
Specijalna grafitna glodalica velike brzine na tržištu ima visoku efikasnost glodanja i može lako završiti proizvodnju složenih elektroda s visokom preciznošću i dobrim kvalitetom površine.
Ako je za izradu grafitne elektrode potrebna EDM obrada, preporučuje se upotreba finog grafitnog materijala s manjim promjerom čestica.
Performanse obrade grafita su loše, što je manji prečnik čestica, to se može postići veća efikasnost rezanja i mogu se izbjeći abnormalni problemi poput čestog lomljenja žice i površinskih resa.
4. EDM parametri grafitne elektrode
Izbor EDM parametara grafita i bakra je sasvim drugačiji.
Parametri EDM-a uglavnom uključuju struju, širinu impulsa, impulsni razmak i polaritet.
U nastavku je opisana osnova za racionalnu upotrebu ovih glavnih parametara.
Gustoća struje grafitne elektrode je uglavnom 10~12 A/cm2, što je mnogo više od gustoće struje bakarne elektrode. Stoga, unutar raspona struje dozvoljenog u odgovarajućem području, što se odabere veća struja, to će biti veća brzina obrade pražnjenja grafita, manji će biti gubici na elektrodi, ali će hrapavost površine biti veća.
Što je širina impulsa veća, to će biti manji gubitak na elektrodi.
Međutim, veća širina impulsa će pogoršati stabilnost obrade, usporiti brzinu obrade i učiniti površinu hrapavijom.
Da bi se osigurali mali gubici elektrode tokom grube obrade, obično se koristi relativno velika širina impulsa, što može efikasno ostvariti obradu grafitnih elektroda sa malim gubicima kada je vrijednost između 100 i 300 US.
Da bi se dobila fina površina i stabilan efekat pražnjenja, treba odabrati manju širinu impulsa.
Općenito, širina impulsa grafitne elektrode je oko 40% manja od širine impulsa bakrene elektrode.
Pulsni jaz uglavnom utiče 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 brzina obrade biti smanjena.
Pod uslovom da se osigura stabilnost obrade, veća efikasnost obrade može se postići odabirom manjeg impulsnog razmaka, ali kada je stanje pražnjenja nestabilno, veća efikasnost obrade može se postići odabirom većeg impulsnog razmaka.
Kod obrade grafitnih elektroda pražnjenjem, razmak impulsa i širina impulsa obično se postavljaju na 1:1, dok se kod obrade bakrenih elektroda razmak impulsa i širina impulsa obično postavljaju na 1:3.
Pri stabilnoj obradi grafita, odnos usklađivanja između impulsnog razmaka i širine impulsa može se podesiti na 2:3.
U slučaju malog razmaka impulsa, korisno je formirati zaštitni sloj na površini elektrode, što pomaže u smanjenju gubitaka na elektrodi.
Izbor polariteta grafitne elektrode u EDM-u je u osnovi isti kao i kod bakrene elektrode.
Prema efektu polariteta EDM-a, obrada pozitivnog polariteta se obično koristi pri obradi čelika za kalupe, 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 može se postići izuzetno mali gubitak elektrode. Ako je polaritet pogrešan, gubitak elektrode će postati 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 kako bi se dobio bolji kvalitet površine, ali su gubici elektrode veliki.
Sada su CNC erodirane mašine opremljene parametrima obrade grafitnim pražnjenjem.
Upotreba električnih parametara je inteligentna i može se automatski generirati pomoću ekspertskog sistema alatne mašine.
Generalno, mašina može konfigurisati optimizovane parametre obrade odabirom para materijala, vrste primjene, vrijednosti hrapavosti površine i unosom područja obrade, dubine obrade, skaliranja veličine elektrode itd. tokom programiranja.
Postavljeni parametri obrade za grafitne elektrode u biblioteci alatnih mašina za erodiranje bogati su bibliotekom. Vrsta materijala može se odabrati između grubog grafita i grafita. Grafit odgovara raznim materijalima obratka. Tip primjene se dijeli na standardne, duboke žljebove, oštre vrhove, velike površine, velike šupljine, kao što je fina obrada, a također pruža niske gubitke, standardne, visoke efikasnosti i tako dalje.
5. Zaključak
Novi materijal za grafitne elektrode zaslužuje snažnu popularizaciju, a njegove prednosti će postepeno biti prepoznate i prihvaćene od strane domaće industrije proizvodnje kalupa.
Ispravan odabir materijala za grafitne elektrode i poboljšanje srodnih tehnoloških veza donijet će visoku efikasnost, visok kvalitet i niske troškove preduzećima za proizvodnju kalupa.
Vrijeme objave: 04.12.2020.