1. Характеристики электроэрозионной обработки графитовых материалов.
1.1.Скорость обработки на выходе.
Графит — неметаллический материал с очень высокой температурой плавления 3650 °C, в то время как температура плавления меди составляет 1083 °C, поэтому графитовый электрод может выдерживать более высокие условия установки тока.
При увеличении площади разряда и масштаба размеров электрода преимущества высокоэффективной черновой обработки графитового материала становятся более очевидными.
Теплопроводность графита составляет 1/3 от теплопроводности меди, а тепло, выделяемое в процессе разряда, может быть использовано для более эффективного удаления металлических материалов. Поэтому эффективность обработки графита выше, чем у медного электрода при средней и тонкой обработке.
Согласно опыту обработки, скорость разрядной обработки графитового электрода в 1,5–2 раза выше, чем у медного электрода при правильных условиях использования.
1.2.Расход электродов.
Графитовый электрод обладает свойствами, позволяющими выдерживать высокие токи, кроме того, при условии соответствующей черновой обработки, включая заготовки из углеродистой стали, полученные во время механической обработки, удаление содержимого и разложение рабочей жидкости при высокой температуре, эффект полярности, под действием частичного удаления содержимого, частицы углерода будут прилипать к поверхности электрода, образуя защитный слой, обеспечивая графитовый электрод малыми потерями при черновой обработке или даже «нулевыми отходами».
Основные потери электрода в электроэрозионной обработке происходят при черновой обработке. Хотя скорость потерь высока в условиях настройки финишной обработки, общие потери также низки из-за небольшого припуска на обработку, зарезервированного для деталей.
В целом, потери графитового электрода меньше, чем у медного электрода при черновой обработке с большим током и немного больше, чем у медного электрода при чистовой обработке. Потери графитового электрода аналогичны.
1.3.Качество поверхности.
Диаметр частиц графитового материала напрямую влияет на шероховатость поверхности EDM. Чем меньше диаметр, тем ниже может быть получена шероховатость поверхности.
Несколько лет назад при использовании графитового материала с диаметром частиц φ 5 мкм наилучшая поверхность могла достигать только электроэрозионной обработки VDI18 (Ra0,8 мкм), в настоящее время диаметр зерна графитовых материалов может достигать 3 мкм от φ, наилучшая поверхность может достигать стабильного уровня электроэрозионной обработки VDI12 (Ra0,4 мкм) или более сложного уровня, но графитовый электрод обеспечивает зеркальную электроэрозионную обработку.
Медный материал имеет низкое удельное сопротивление и компактную структуру, может стабильно обрабатываться в сложных условиях. Шероховатость поверхности может быть менее Ra0,1 мкм, и его можно обрабатывать зеркально.
Таким образом, если при электроэрозионной обработке требуется получить чрезвычайно тонкую поверхность, то в качестве электрода более целесообразно использовать медный материал, что является основным преимуществом медного электрода перед графитовым электродом.
Но при сильном токе поверхность медного электрода легко становится шероховатой, на ней даже появляются трещины, а у графитовых материалов такой проблемы не возникает. Требования к шероховатости поверхности соответствуют стандарту VDI26 (Ra2,0 мкм) при обработке пресс-форм. С помощью графитового электрода можно выполнять грубую и тонкую обработку, реализуя равномерный поверхностный эффект и дефекты поверхности.
Кроме того, из-за разной структуры графита и меди точка коррозии разряда поверхности графитового электрода более равномерна, чем у медного электрода. Поэтому при обработке той же шероховатости поверхности VDI20 или выше зернистость поверхности заготовки, обработанной графитовым электродом, более выражена, и этот эффект поверхности зерна лучше, чем эффект поверхности разряда медного электрода.
1.4.Точность обработки.
Коэффициент теплового расширения графитового материала мал, коэффициент теплового расширения медного материала в 4 раза больше, чем у графитового материала, поэтому при разрядной обработке графитовый электрод менее склонен к деформации, чем медный электрод, что позволяет получить более стабильную и надежную точность обработки.
Особенно при обработке глубоких и узких ребер локальная высокая температура заставляет медный электрод легко изгибаться, а графитовый электрод — нет.
Для медного электрода с большим отношением глубины к диаметру необходимо компенсировать определенное значение теплового расширения для корректировки размера во время настройки обработки, тогда как для графитового электрода это не требуется.
1.5.Вес электрода.
Графитовый материал менее плотный, чем медь, и вес графитового электрода того же объема составляет всего 1/5 веса медного электрода.
Видно, что использование графита очень подходит для электрода с большим объемом, что значительно снижает нагрузку на шпиндель электроэрозионного станка. Электрод не будет создавать неудобств при зажиме из-за своего большого веса, а также не будет создавать прогибов при обработке и т. д. Видно, что использование графитового электрода имеет большое значение при обработке крупногабаритных пресс-форм.
1.6.Сложность изготовления электродов.
Графитовый материал имеет хорошие эксплуатационные характеристики. Сопротивление резанию составляет всего 1/4 от сопротивления меди. При правильных условиях обработки эффективность фрезерования графитового электрода в 2~3 раза выше, чем у медного электрода.
Графитовый электрод легко очищается под углом, и его можно использовать для обработки заготовки, которая должна быть обработана несколькими электродами, в один электрод.
Уникальная структура частиц графитового материала предотвращает появление заусенцев после фрезерования и формовки электрода, что может напрямую соответствовать требованиям использования, когда заусенцы трудно удалить при сложном моделировании, тем самым исключая процесс ручной полировки электрода и избегая изменения формы и погрешности размера, вызванных полировкой.
Следует отметить, что поскольку графит является накопителем пыли, при фрезеровании графита образуется много пыли, поэтому фрезерный станок должен быть оснащен уплотнением и устройством для сбора пыли.
Если для обработки графитового электрода необходимо использовать электроэрозионную резку, то ее производительность обработки не так хороша, как у медного материала, скорость резки примерно на 40% ниже, чем у меди.
1.7.Установка и использование электродов.
Графитовый материал обладает хорошими связующими свойствами. Его можно использовать для соединения графита с приспособлением путем фрезерования электрода и разрядки, что может сэкономить процедуру обработки резьбового отверстия в электродном материале и сэкономить рабочее время.
Графитовый материал относительно хрупкий, особенно небольшой, узкий и длинный электрод, который легко сломать при воздействии внешней силы во время использования, но можно сразу понять, что электрод поврежден.
Если это медный электрод, то он будет только гнуться, а не ломаться, что очень опасно и трудно обнаружить в процессе использования, и это легко приведет к браку заготовки.
1.8.Цена.
Медный материал является невозобновляемым ресурсом, его цена будет расти все больше и больше, в то время как цена графитового материала имеет тенденцию к стабилизации.
В последние годы цены на медный материал растут, основные производители графита совершенствуют процесс производства графита, делая его конкурентным преимуществом. Теперь, при том же объеме, общность цен на графитовый электродный материал и на медный электродный материал довольно велика, но графит может быть обработан более эффективно, чем использование медного электрода, что позволяет сэкономить большое количество рабочих часов, что эквивалентно непосредственному снижению себестоимости продукции.
Подводя итог, можно сказать, что среди 8 характеристик электроэрозионной обработки графитового электрода его преимущества очевидны: эффективность фрезерования электрода и электроэрозионной обработки значительно выше, чем у медного электрода; большой электрод имеет небольшой вес, хорошую размерную стабильность, тонкий электрод нелегко деформировать, а текстура поверхности лучше, чем у медного электрода.
Недостатком графитового материала является то, что он не пригоден для обработки тонкой поверхности разрядом при VDI12 (Ra0,4 мкм), а эффективность использования электроэрозионной обработки для изготовления электродов низкая.
Однако с практической точки зрения одной из важных причин, влияющих на эффективное продвижение графитовых материалов в Китае, является то, что для фрезерования электродов необходимы специальные машины для обработки графита, что выдвигает новые требования к технологическому оборудованию предприятий по производству форм, на некоторых малых предприятиях это условие может отсутствовать.
В целом, преимущества графитовых электродов охватывают подавляющее большинство случаев обработки edM и заслуживают популяризации и применения, со значительными долгосрочными преимуществами. Недостаток тонкой обработки поверхности может быть компенсирован использованием медных электродов.
2.Выбор материалов графитовых электродов для электроэрозионной обработки
Для графитовых материалов существуют в основном следующие четыре показателя, которые напрямую определяют эксплуатационные характеристики материалов:
1) Средний диаметр частиц материала
Средний диаметр частиц материала напрямую влияет на состояние выброса материала.
Чем меньше средний размер частиц графитового материала, тем равномернее разряд, тем стабильнее условия разряда, тем лучше качество поверхности и тем меньше потери.
Чем больше средний размер частиц, тем выше скорость съема материала при черновой обработке, однако при этом снижается качество поверхности и увеличиваются потери электрода.
2) Прочность материала на изгиб
Прочность материала на изгиб является прямым отражением его прочности, указывая на герметичность его внутренней структуры.
Материал с высокой прочностью имеет относительно хорошие показатели сопротивления разряду. Для электрода с высокой точностью следует выбирать материал с хорошей прочностью, насколько это возможно.
3) Твёрдость материала по Шору
Графит тверже металлических материалов, а потери режущего инструмента больше, чем потери режущего металла.
В то же время высокая твердость графитового материала обеспечивает лучший контроль потерь при разряде.
4) Собственное удельное сопротивление материала
Скорость разряда графитового материала с высоким собственным удельным сопротивлением будет ниже, чем у материала с низким удельным сопротивлением.
Чем выше собственное сопротивление, тем меньше потери на электродах, но чем выше собственное сопротивление, тем ниже стабильность разряда.
В настоящее время ведущие мировые поставщики графита предлагают множество различных марок графита.
Как правило, в соответствии со средним диаметром частиц графитовых материалов, подлежащих классификации, диаметр частиц ≤ 4 мкм определяется как мелкий графит, частицы диаметром 5~10 мкм определяются как средний графит, частицы диаметром 10 мкм и более определяются как крупный графит.
Чем меньше диаметр частиц, тем дороже материал, тем более подходящий графитовый материал можно выбрать в соответствии с требованиями и стоимостью электроэрозионной обработки.
3.Изготовление графитового электрода
Графитовый электрод в основном изготавливается методом фрезерования.
С точки зрения технологии обработки графит и медь — это два разных материала, и необходимо освоить их различные режущие свойства.
Если графитовый электрод обрабатывать тем же способом, что и медный электрод, неизбежно возникнут проблемы, такие как частое разрушение листа, что требует использования соответствующих режущих инструментов и параметров резки.
Обработка графитовым электродом изнашивает инструмент, чем медный электрод, по экономическим соображениям выбор твердосплавного инструмента является наиболее экономичным, выбор инструмента с алмазным покрытием (так называемый графитовый нож) стоит дороже, но инструмент с алмазным покрытием служит дольше, точность обработки выше, общая экономическая выгода хорошая.
Размер переднего угла инструмента также влияет на его срок службы, передний угол инструмента 0° будет на 50% выше, чем передний угол 15° срока службы инструмента, стабильность резания также лучше, но чем больше угол, тем лучше обрабатываемая поверхность, использование угла 15° инструмента может обеспечить наилучшую обрабатываемую поверхность.
Скорость резания при обработке можно регулировать в зависимости от формы электрода, обычно она составляет 10 м/мин, что аналогично обработке алюминия или пластика. При черновой обработке режущий инструмент может находиться непосредственно на заготовке и вне ее. При чистовой обработке легко возникает явление разрушения и фрагментации угла, поэтому часто применяется метод легкого быстрого перемещения ножа.
Графитовый электрод в процессе резки будет производить много пыли. Чтобы избежать вдыхания частиц графита в шпиндель и винт станка, в настоящее время существуют два основных решения: одно из них - использование специального станка для обработки графита, другое - переоборудование обычного обрабатывающего центра, оснащенного специальным устройством для сбора пыли.
Специальный графитовый высокоскоростной фрезерный станок, представленный на рынке, отличается высокой эффективностью фрезерования и может легко выполнять изготовление сложных электродов с высокой точностью и хорошим качеством поверхности.
Если для изготовления графитового электрода требуется электроэрозионная обработка, рекомендуется использовать мелкодисперсный графитовый материал с меньшим диаметром частиц.
Графит плохо поддается обработке резанием, но чем меньше диаметр частиц, тем выше эффективность резки и можно избежать таких нетипичных проблем, как частый обрыв проволоки и поверхностная бахрома.
4.Параметры электроэрозионной обработки графитового электрода
Выбор параметров электроэрозионной обработки графита и меди существенно различается.
Параметры электроэрозионной обработки в основном включают ток, ширину импульса, зазор между импульсами и полярность.
Ниже описаны основы рационального использования этих основных параметров.
Плотность тока графитового электрода обычно составляет 10~12 А/см2, что намного больше, чем у медного электрода. Поэтому в пределах допустимого в соответствующей области диапазона тока, чем больше выбирается ток, тем выше будет скорость обработки разряда графита, тем меньше будут потери электрода, но шероховатость поверхности будет толще.
Чем больше ширина импульса, тем меньше будут потери на электроде.
Однако большая ширина импульса ухудшит стабильность обработки, снизит скорость обработки и сделает поверхность более шероховатой.
Для обеспечения низких потерь электрода во время черновой обработки обычно используется относительно большая ширина импульса, которая может эффективно реализовать обработку графитового электрода с низкими потерями, когда значение составляет от 100 до 300 US.
Для получения чистой поверхности и стабильного эффекта разряда следует выбирать меньшую ширину импульса.
В целом, ширина импульса графитового электрода примерно на 40% меньше, чем у медного электрода.
Интервал импульсов в основном влияет на скорость обработки разряда и стабильность обработки. Чем больше значение, тем лучше будет стабильность обработки, что полезно для получения лучшей однородности поверхности, но скорость обработки будет снижена.
При условии обеспечения стабильности обработки более высокую эффективность обработки можно получить, выбрав меньший межимпульсный промежуток, но при нестабильном состоянии разряда более высокую эффективность обработки можно получить, выбрав больший межимпульсный промежуток.
При электроэрозионной обработке графитовых электродов зазор между импульсами и ширина импульса обычно устанавливаются в соотношении 1:1, тогда как при обработке медных электродов зазор между импульсами и ширина импульса обычно устанавливаются в соотношении 1:3.
При стабильной обработке графита соотношение между зазором между импульсами и шириной импульса можно отрегулировать до 2:3.
В случае небольшого зазора импульса целесообразно сформировать на поверхности электрода защитный слой, что способствует снижению потерь электрода.
Выбор полярности графитового электрода при электроэрозионной обработке в основном такой же, как и у медного электрода.
В зависимости от эффекта полярности электроэрозионной обработки при обработке штампованной стали обычно применяется обработка с положительной полярностью, то есть электрод подключается к положительному полюсу источника питания, а заготовка — к отрицательному полюсу источника питания.
Используя большой ток и ширину импульса, выбирая обработку с положительной полярностью, можно достичь чрезвычайно низких потерь электрода. Если полярность неправильная, потери электрода станут очень большими.
Только в тех случаях, когда требуется тонкая обработка поверхности менее VDI18 (Ra0,8 мкм) и ширина импульса очень мала, для получения лучшего качества поверхности используется обработка отрицательной полярностью, но при этом велики потери электрода.
Теперь электроэрозионные станки с ЧПУ оснащены параметрами электроэрозионной обработки графита.
Использование электрических параметров является интеллектуальным и может быть автоматически сгенерировано экспертной системой станка.
Как правило, машина может настраивать оптимизированные параметры обработки путем выбора пары материалов, типа применения, значения шероховатости поверхности и ввода области обработки, глубины обработки, масштабирования размера электрода и т. д. во время программирования.
Набор для графитового электрода станка EDM с богатой библиотекой параметров обработки, тип материала можно выбрать из грубого графита, графита, графит соответствует различным материалам заготовки, подразделяя тип применения на стандартный, глубокий паз, острый конец, большую площадь, большую полость, например, мелкий, также обеспечивает низкие потери, стандартный, высокоэффективный и так далее, множество видов выбора приоритета обработки.
5.Заключение
Новый материал для электродов из графита заслуживает активной популяризации, и его преимущества будут постепенно признаны и приняты отечественной промышленностью по производству пресс-форм.
Правильный выбор материалов для графитовых электродов и совершенствование связанных с ними технологических связей принесут предприятиям по производству пресс-форм высокую эффективность, высокое качество и низкую себестоимость.
Время публикации: 04.12.2020