1. Grafit anyagok szikraforgácsolási jellemzői.
1.1.Kiürítési megmunkálási sebesség.
A grafit egy nemfémes anyag, amelynek nagyon magas, 3650 °C-os olvadáspontja van, míg a réz olvadáspontja 1083 °C, így a grafitelektróda nagyobb árambeállítási körülményeket is elbír.
Amikor a kisülési terület és az elektróda méretaránya nagyobb, a grafit anyag nagy hatékonyságú durva megmunkálásának előnyei nyilvánvalóbbak.
A grafit hővezető képessége a rézék hővezető képességének 1/3-a, és a kisülési folyamat során keletkező hő hatékonyabban használható fel a fémanyagok eltávolítására. Ezért a grafit feldolgozási hatékonysága közepes és finom megmunkálás esetén magasabb, mint a rézelektródáké.
A feldolgozási tapasztalatok szerint a grafitelektróda kisülési sebessége megfelelő használati körülmények között 1,5–2-szer gyorsabb, mint a rézelektróda.
1.2.Elektródafogyasztás.
A grafitelektróda olyan tulajdonságokkal rendelkezik, hogy ellenáll a nagy áramerősségnek, megfelelő durva megmunkálási beállítások mellett, beleértve a megmunkálás során keletkező szénacél munkadarabokat is, a tartalom és a munkaközeg magas hőmérsékleten történő bomlása során a szénrészecskék polaritás hatására tapadnak az elektróda felületéhez, védőréteget képezve, biztosítva a grafitelektróda kis veszteségét a durva megmunkálás során, vagy akár a „nulla hulladékot”.
Az EDM során a fő elektródaveszteség a durva megmunkálásból származik. Bár a veszteségarány magas a simítás beállítási körülményei között, az összveszteség is alacsony a munkadarabok számára fenntartott kis megmunkálási ráhagyás miatt.
Általánosságban elmondható, hogy a grafitelektróda vesztesége nagy áramerősségű durva megmunkálásnál kisebb, mint a rézelektróda vesztesége, és valamivel nagyobb a simító megmunkálásnál, mint a rézelektróda vesztesége. A grafitelektróda vesztesége hasonló.
1.3.A felület minősége.
A grafitanyag részecskeátmérője közvetlenül befolyásolja az EDM felületi érdességét. Minél kisebb az átmérő, annál kisebb felületi érdesség érhető el.
Néhány évvel ezelőtt 5 mikronos phi részecskék átmérőjű grafitanyaggal a legjobb felületi minőség csak VDI18 szikraforgácsolást (Ra0,8 mikron) tudott elérni. Manapság a grafitanyagok szemcseátmérője 3 mikron phi-n belüli értéket tud elérni. A legjobb felületi minőség stabil VDI12 szikraforgácsolást (Ra0,4 μm) vagy kifinomultabb szintet érhet el, de a grafitelektródák tükörszikraforgácsolást igényelnek.
A rézanyag alacsony ellenállással és kompakt szerkezettel rendelkezik, nehéz körülmények között is stabilan megmunkálható. A felületi érdesség Ra0,1 m-nél kisebb lehet, és tükörrel megmunkálható.
Így, ha a szikraforgácsolás rendkívül finom felületet céloz meg, akkor célszerűbb réz elektródaként használni, ami a rézelektróda fő előnye a grafitelektródával szemben.
Nagy áramerősség mellett a rézelektróda felülete könnyen durvává válik, sőt repedések is megjelenhetnek, és a grafit anyagoknál ez a probléma nem jelentkezik. A VDI26 (Ra2,0 mikron) felületi érdességi követelmény a formafeldolgozás során. A grafitelektródával a durva megmunkálástól a finom megmunkálásig mindenféle felületi hatás érhető el, és a felületi hibák is eltüntethetők.
Ezenkívül a grafit és a réz eltérő szerkezete miatt a grafitelektróda felületi kisülési korróziós pontja szabályosabb, mint a rézelektródaé. Ezért, ha ugyanolyan, VDI20 vagy annál nagyobb felületi érdességet dolgoznak fel, a grafitelektródával megmunkált munkadarab felületi szemcsézettsége jobban megkülönböztethető, és ez a szemcsefelületi hatás jobb, mint a rézelektróda kisülési felületi hatása.
1.4. A megmunkálási pontosság.
A grafit anyag hőtágulási együtthatója kicsi, a réz anyag hőtágulási együtthatója négyszerese a grafiténak, így a kisülési feldolgozás során a grafitelektróda kevésbé hajlamos a deformációra, mint a rézelektróda, ami stabilabb és megbízhatóbb feldolgozási pontosságot eredményezhet.
Különösen mély és keskeny bordák feldolgozásakor a helyi magas hőmérséklet könnyen meghajlítja a rézelektródát, míg a grafitelektróda nem.
Nagy mélység-átmérő arányú rézelektróda esetén a megmunkálás során a méret korrigálása érdekében bizonyos hőtágulási értéket kell kompenzálni, míg grafitelektróda használata nem szükséges.
1.5.Elektróda súlya.
A grafit anyaga kevésbé sűrű, mint a réz, és az azonos térfogatú grafitelektróda súlya csak 1/5-e a rézelektróda súlyának.
Látható, hogy a grafit használata nagyon alkalmas nagy térfogatú elektródákhoz, ami jelentősen csökkenti a szikraforgácsoló szerszámgép orsójának terhelését. Az elektróda nagy súlya miatt nem okoz kellemetlenséget a befogás során, és a feldolgozás során elhajlást okoz stb. Látható, hogy a grafitelektróda használata nagy jelentőséggel bír a nagyméretű formamegmunkálásban.
1.6.Elektródagyártási nehézségek.
A grafitanyag megmunkálási teljesítménye jó. A vágási ellenállása csak negyede a rézékének. Megfelelő feldolgozási körülmények között a grafitelektróda marási hatékonysága 2-3-szorosa a rézelektródának.
A grafitelektróda könnyen tisztítható szögben, és felhasználható a munkadarab feldolgozására, amelyet több elektródával kell egyetlen elektródává befejezni.
A grafitanyag egyedi részecskeszerkezete megakadályozza a sorják kialakulását az elektróda marása és alakítása után, ami közvetlenül megfelelhet a felhasználási követelményeknek, amikor a sorják nem könnyen eltávolíthatók az összetett modellezés során, így kiküszöböli az elektróda kézi polírozásának folyamatát, és elkerüli a polírozás okozta alakváltozást és mérethibát.
Meg kell jegyezni, hogy mivel a grafit porlerakódást okoz, a grafit őrlése sok port eredményez, ezért a marógépnek tömítéssel és porgyűjtő berendezéssel kell rendelkeznie.
Ha grafitelektróda feldolgozásához edM-et kell használni, a feldolgozási teljesítménye nem olyan jó, mint a réz anyagé, a vágási sebesség körülbelül 40%-kal lassabb, mint a rézem.
1.7.Elektróda beszerelése és használata.
A grafit anyag jó kötési tulajdonságokkal rendelkezik. Az elektróda marásával és kisütésével grafit köthető a rögzítendő tárgyhoz, ami megspórolhatja az elektróda anyagán a csavarfurat megmunkálásának folyamatát és munkaidőt takaríthat meg.
A grafit anyag viszonylag törékeny, különösen a kicsi, keskeny és hosszú elektróda, amely könnyen eltörik, ha használat közben külső erőhatás éri, de azonnal tudni lehet, hogy az elektróda sérült.
Ha rézelektródáról van szó, az csak hajlik, nem törik, ami nagyon veszélyes és nehezen megtalálható a használat során, és könnyen a munkadarab selejtjéhez vezethet.
1.8.Ár.
A réz anyag nem megújuló erőforrás, az ártrend egyre drágább lesz, míg a grafit anyag ára stabilizálódik.
A réz anyagárak az elmúlt években emelkedtek, a grafit főbb gyártói pedig a grafit előállításának folyamatát fejlesztették, így versenyelőnyre tettek szert. Jelenleg, azonos mennyiség mellett a grafitelektróda anyagárak általánossága és a rézelektróda anyagára meglehetősen magas, de a grafit hatékonyabb feldolgozást tesz lehetővé, mint a rézelektróda használata, ami nagyszámú munkaórát takarít meg, ami közvetlenül csökkenti a termelési költségeket.
Összefoglalva, a grafitelektróda 8 edm jellemzője közül az előnyei nyilvánvalóak: az őrlőelektróda és a kisülési feldolgozás hatékonysága jelentősen jobb, mint a rézelektródáé; a nagy elektróda kis súlyú, jó méretstabilitású, a vékony elektróda nehezen deformálható, és a felületi textúra jobb, mint a rézelektródáé.
A grafit anyag hátránya, hogy VDI12 (Ra0,4 m) alatt nem alkalmas finom felületi kisülési feldolgozásra, és az edM elektróda előállításának hatékonysága alacsony.
Gyakorlati szempontból azonban a grafitanyagok hatékony kínai népszerűsítését befolyásoló egyik fontos ok az, hogy az elektródák őrléséhez speciális grafitfeldolgozó gépre van szükség, ami új követelményeket támaszt a penészgyártó vállalatok feldolgozó berendezéseivel szemben, egyes kisvállalkozásoknál ez a feltétel nem feltétlenül áll fenn.
Általánosságban elmondható, hogy a grafitelektródák előnyei lefedik az szikraforgácsolási feldolgozási esetek túlnyomó többségét, és jelentős hosszú távú előnyökkel járnak, így érdemesek a népszerűsítésre és az alkalmazásra. A finom felületmegmunkálás hiányosságait rézelektródák használata pótolhatja.
2. Grafitelektróda anyagok kiválasztása szikraforgácsoláshoz
Grafit anyagok esetében elsősorban a következő négy mutató határozza meg közvetlenül az anyagok teljesítményét:
1) Az anyag átlagos részecskeátmérője
Az anyag átlagos részecskeátmérője közvetlenül befolyásolja az anyag kisülési körülményeit.
Minél kisebb a grafitanyag átlagos részecskéje, annál egyenletesebb a kisülés, annál stabilabb a kisülési állapot, annál jobb a felületi minőség, és annál kisebb a veszteség.
Minél nagyobb az átlagos részecskeméret, annál jobb anyagleválasztási sebesség érhető el durva megmunkálás során, de a simítás felületi hatása gyenge, és az elektródaveszteség nagy.
2) Az anyag hajlítószilárdsága
Egy anyag hajlítószilárdsága közvetlenül tükrözi a szilárdságát, jelezve a belső szerkezetének tömörségét.
A nagy szilárdságú anyag viszonylag jó kisülési ellenállással rendelkezik. A nagy pontosságú elektródákhoz a lehető legnagyobb mértékben jó szilárdságú anyagot kell választani.
3) Az anyag Shore-keménysége
A grafit keményebb, mint a fémes anyagok, és a vágószerszám vesztesége nagyobb, mint a vágófémé.
Ugyanakkor a grafit anyag nagy keménysége a kisülési veszteség szabályozásában jobb.
4) Az anyag saját ellenállása
A nagy ellenállású grafit anyag kisülési sebessége lassabb lesz, mint az alacsony ellenállásúé.
Minél nagyobb a saját ellenállás, annál kisebb az elektródaveszteség, de minél nagyobb a saját ellenállás, annál inkább romlik a kisülés stabilitása.
Jelenleg a világ vezető grafitbeszállítóitól számos különböző minőségű grafit kapható.
A grafitanyagok átlagos részecskeátmérője szerint általában a ≤ 4 μm részecskeátmérőt finom grafitnak, az 5–10 μm-es részecskéket közepes grafitnak, a 10 μm feletti részecskéket pedig durva grafitnak tekintjük.
Minél kisebb a részecskeátmérő, annál drágább az anyag, annál alkalmasabb grafitanyag választható a szikraforgácsolás követelményei és költségei alapján.
3. Grafitelektróda gyártása
A grafitelektródát főként marással állítják elő.
A feldolgozási technológia szempontjából a grafit és a réz két különböző anyag, és eltérő forgácsolási tulajdonságaikat elsajátítani kell.
Ha a grafitelektródát rézelektródával dolgozzák fel, elkerülhetetlenül problémák merülnek fel, például a lemez gyakori törése, ami megfelelő vágószerszámok és vágási paraméterek használatát igényli.
A grafitelektróda megmunkálása jobban kopik, mint a rézelektróda szerszáma. Gazdasági szempontból a keményfém szerszám a leggazdaságosabb választás. A gyémántbevonó szerszám (úgynevezett grafitkés) ára drágább, de a gyémántbevonó szerszám hosszú élettartamú, a megmunkálási pontosság magas, és az általános gazdasági haszon jó.
A szerszám elülső szögének mérete is befolyásolja az élettartamát, a szerszám 0°-os elülső szöge akár 50%-kal nagyobb lehet, mint a szerszám élettartamának 15°-os elülső szöge, a vágási stabilitás is jobb, de minél nagyobb a szög, annál jobb a megmunkálási felület, a szerszám 15°-os szögének használatával érhető el a legjobb megmunkálási felület.
A megmunkálás során a vágási sebesség az elektróda alakjától függően állítható, általában 10 m/perc, hasonlóan az alumínium vagy műanyag megmunkálásához. A vágószerszám közvetlenül a munkadarabra helyezhető és onnan levehető durva megmunkálás során, a simító megmunkálás során pedig könnyen előfordulhat a szögelfordulás és a széttöredezés jelensége, és gyakran alkalmazzák a könnyű kés gyorsjárását.
A grafitelektróda a forgácsolási folyamat során sok port termel. A grafitrészecskék orsóba és csavarba történő belélegzésének elkerülése érdekében jelenleg két fő megoldás létezik: az egyik egy speciális grafitfeldolgozó gép használata, a másik a hagyományos feldolgozóközpont felújítása, amely speciális porgyűjtő berendezéssel van felszerelve.
A piacon kapható speciális grafit nagysebességű marógép nagy őrlési hatékonysággal rendelkezik, és könnyedén képes komplex elektródák gyártására nagy pontossággal és jó felületi minőséggel.
Ha grafitelektróda előállításához szikraforgácsolásra van szükség, akkor kisebb részecskeátmérőjű finom grafitanyag használata ajánlott.
A grafit megmunkálási teljesítménye gyenge, minél kisebb a részecskeátmérő, annál nagyobb a vágási hatékonyság, és elkerülhetők a gyakori huzaltörés és a felületi rojtok.
4. Grafitelektróda EDM paraméterei
A grafit és a réz szikraforgácsolási paramétereinek kiválasztása meglehetősen eltérő.
Az EDM paraméterei főként az áramerősséget, az impulzusszélességet, az impulzusrést és a polaritást foglalják magukban.
A következőkben ismertetjük e főbb paraméterek racionális használatának alapjait.
A grafitelektróda áramsűrűsége általában 10~12 A/cm2, ami jóval nagyobb, mint a rézelektródáké. Ezért a megfelelő területen megengedett áramtartományon belül minél nagyobb áramot választunk, annál gyorsabb lesz a grafit kisülési feldolgozási sebessége, annál kisebb lesz az elektródaveszteség, de annál vastagabb lesz a felületi érdesség.
Minél nagyobb az impulzus szélessége, annál kisebb az elektródaveszteség.
A nagyobb impulzusszélesség azonban rontja a feldolgozási stabilitást, lassabbá teszi a feldolgozási sebességet és durvább felületet eredményez.
A durva megmunkálás során az alacsony elektródaveszteség biztosítása érdekében általában viszonylag nagy impulzusszélességet használnak, amely 100 és 300 US közötti érték esetén hatékonyan megvalósítja a grafitelektróda alacsony veszteségű megmunkálását.
Finom felület és stabil kisülési hatás eléréséhez kisebb impulzusszélességet kell választani.
Általánosságban elmondható, hogy a grafitelektróda impulzusszélessége körülbelül 40%-kal kisebb, mint a rézelektróda impulzusszélessége.
Az impulzusrés főként a kisüléses megmunkálási sebességet és a megmunkálási stabilitást befolyásolja. Minél nagyobb az érték, annál jobb a megmunkálási stabilitás, ami segít a jobb felületi egyenletesség elérésében, de a megmunkálási sebesség csökken.
A feldolgozási stabilitás biztosítása mellett a nagyobb feldolgozási hatékonyság kisebb impulzusrés kiválasztásával érhető el, de instabil kisülési állapot esetén a nagyobb feldolgozási hatékonyság nagyobb impulzusrés kiválasztásával érhető el.
Grafitelektróda-kisüléses megmunkálásnál az impulzusrést és az impulzusszélességet általában 1:1-re állítják be, míg rézelektróda-megmunkálásnál az impulzusrést és az impulzusszélességet általában 1:3-ra állítják be.
Stabil grafitfeldolgozás esetén az impulzusrés és az impulzusszélesség közötti illesztési arány 2:3-ra állítható.
Kis impulzus-hézag esetén előnyös egy fedőréteget kialakítani az elektróda felületén, ami segít csökkenteni az elektródaveszteséget.
A grafitelektróda polaritásválasztása az EDM-ben alapvetően megegyezik a rézelektróda polaritásának kiválasztásával.
Az EDM polaritáshatása szerint a szerszámacél megmunkálásakor általában pozitív polaritású megmunkálást alkalmaznak, azaz az elektródát a tápegység pozitív pólusához, a munkadarabot pedig a tápegység negatív pólusához csatlakoztatják.
Nagy áramerősség és impulzusszélesség alkalmazásával a pozitív polaritású megmunkálás kiválasztásával rendkívül alacsony elektródaveszteség érhető el. Ha a polaritás helytelen, az elektródaveszteség nagyon megnő.
Csak akkor alkalmazzák a negatív polaritású megmunkálást a jobb felületminőség elérése érdekében, ha a felületet VDI18-nál (Ra0,8 m) kisebb finommegmunkálással kell megmunkálni, és az impulzusszélesség nagyon kicsi, de az elektródaveszteség nagy.
A CNC szikraforgácsoló szerszámgépek ma már grafitkisüléses megmunkálási paraméterekkel vannak felszerelve.
Az elektromos paraméterek használata intelligens, és a szerszámgép szakértői rendszere automatikusan generálhatja azokat.
A gép általában a programozás során konfigurálhatja az optimalizált feldolgozási paramétereket az anyagpár, az alkalmazás típusa, a felületi érdesség értékének kiválasztásával, valamint a feldolgozási terület, a feldolgozási mélység, az elektróda méretskálájának stb. megadásával.
A grafitelektródákhoz tartozó szerszámgépek gazdag feldolgozási paraméterkönyvtárának köszönhetően az anyagtípus durva grafitból, grafitból és a grafit a munkadarab anyagának megfelelően választható, így az alkalmazás típusa felosztható standard, mélyhornyú, éles hegyű, nagy felületű, nagy üregű, például finom, alacsony veszteségű, standard, nagy hatásfokú és így tovább, így sokféle feldolgozási prioritás közül választhat.
5. Következtetés
Az új grafitelektróda anyagot érdemes erőteljesen népszerűsíteni, és előnyeit fokozatosan elismeri és elfogadja a hazai formagyártó ipar.
A grafitelektróda anyagok helyes kiválasztása és a kapcsolódó technológiai kapcsolatok fejlesztése nagy hatékonyságot, kiváló minőséget és alacsony költségeket eredményez a penészgyártó vállalkozások számára.
Közzététel ideje: 2020. dec. 4.