1. Grafito medžiagų EDM charakteristikos.
1.1.Iškrovimo apdirbimo greitis.
Grafitas yra nemetalinė medžiaga, kurios lydymosi temperatūra yra labai aukšta – 3650 °C, o vario lydymosi temperatūra yra 1083 °C, todėl grafito elektrodas gali atlaikyti didesnes srovės nustatymo sąlygas.
Kai išlydžio plotas ir elektrodo dydžio skalė yra didesni, grafito medžiagos didelio efektyvumo grubaus apdirbimo privalumai yra akivaizdesni.
Grafito šilumos laidumas yra 1/3 vario, o iškrovimo proceso metu susidariusi šiluma gali būti panaudota efektyviau pašalinti metalines medžiagas. Todėl grafito apdorojimo efektyvumas yra didesnis nei vario elektrodų, atliekant vidutinio ir smulkaus apdorojimo darbus.
Remiantis apdorojimo patirtimi, grafito elektrodo iškrovimo apdorojimo greitis tinkamomis naudojimo sąlygomis yra 1,5–2 kartus didesnis nei vario elektrodo.
1.2.Elektrodų sunaudojimas.
Grafito elektrodas pasižymi savybėmis, kurios leidžia atlaikyti dideles sroves, be to, tinkamai apdirbant, įskaitant anglinio plieno ruošinius, pagamintus apdirbimo metu, pašalinant turinį ir darbinį skystį aukštoje temperatūroje, dėl anglies dalelių skaidymosi. Poliškumo efektas lemia dalinį turinio pašalinimą, dėl kurio anglies dalelės prilimpa prie elektrodo paviršiaus ir sudaro apsauginį sluoksnį, užtikrinantį mažus grafito elektrodo nuostolius grubaus apdirbimo metu arba netgi „nulinę atliekų“ susidarymą.
Pagrindiniai elektrodų nuostoliai EDM procese atsiranda dėl grubaus apdirbimo. Nors nuostolių lygis apdailos sąlygomis yra didelis, bendri nuostoliai taip pat yra maži dėl mažos apdirbimo tolerancijos, skirtos detalėms.
Apskritai, grubiai apdirbant didele srove grafito elektrodo nuostoliai yra mažesni nei vario elektrodo, o apdailos apdirbimo metu – šiek tiek didesni nei vario elektrodo. Grafito elektrodo nuostoliai yra panašūs.
1.3. Paviršiaus kokybė.
Grafito medžiagos dalelių skersmuo tiesiogiai veikia EDM paviršiaus šiurkštumą. Kuo mažesnis skersmuo, tuo mažesnis paviršiaus šiurkštumas.
Prieš kelerius metus naudojant grafito medžiagas su 5 mikronų skersmens dalelėmis, geriausias paviršius galėjo būti pasiektas tik VDI18 EDM (Ra0,8 mikrono). Šiais laikais grafito medžiagų grūdelių skersmuo gali siekti 3 mikronų phi, geriausias paviršius gali pasiekti stabilų VDI12 EDM (Ra0,4 μm) arba sudėtingesnį lygį, tačiau grafito elektrodas gali atspindėti EDM.
Vario medžiaga pasižymi mažu varžos koeficientu ir kompaktiška struktūra, todėl ją galima stabiliai apdoroti sudėtingomis sąlygomis. Paviršiaus šiurkštumas gali būti mažesnis nei Ra0,1 m, o apdirbimas gali būti atliekamas veidrodžiu.
Taigi, jei išlydžio apdirbimo metu siekiama itin smulkaus paviršiaus, tinkamesnis vario elektrodo naudojimas, o tai yra pagrindinis vario elektrodo pranašumas, palyginti su grafito elektrodu.
Tačiau esant didelei srovei, vario elektrodas lengvai šiurkštėja ir netgi įtrūksta, o grafito medžiagos neturi šios problemos. Paviršiaus šiurkštumo reikalavimas VDI26 (Ra2,0 mikronai) taikomas liejimo apdirbimui. Grafito elektrodu galima apdoroti nuo grubaus iki smulkaus paviršiaus, kad būtų pasiektas vienodas paviršiaus efektas ir paviršiaus defektai.
Be to, dėl skirtingos grafito ir vario struktūros grafito elektrodo paviršiaus išlydžio korozijos taškas yra tolygesnis nei vario elektrodo. Todėl, kai apdorojamas tas pats paviršiaus šiurkštumas, lygus VDI20 arba didesnis, grafito elektrodu apdirbto ruošinio paviršiaus granuliuotumas yra ryškesnis, o grūdėtumo paviršiaus efektas yra geresnis nei vario elektrodo išlydžio paviršiaus efektas.
1.4. Apdirbimo tikslumas.
Grafito medžiagos šiluminio plėtimosi koeficientas yra mažas, vario medžiagos šiluminio plėtimosi koeficientas yra 4 kartus didesnis nei grafito medžiagos, todėl išlydžio apdorojimo metu grafito elektrodas yra mažiau linkęs deformuotis nei vario elektrodas, todėl apdorojimo tikslumas gali būti stabilesnis ir patikimesnis.
Ypač apdorojant gilius ir siaurus šonkaulius, vietinė aukšta temperatūra lengvai sulenkia vario elektrodą, o grafito elektrodas – ne.
Vario elektrodams, kurių gylio ir skersmens santykis yra didelis, apdirbimo metu reikia kompensuoti tam tikrą šiluminio plėtimosi vertę, kad būtų galima koreguoti dydį, o grafito elektrodas nebūtinas.
1.5. Elektrodo svoris.
Grafito medžiaga yra mažiau tanki nei varis, o to paties tūrio grafito elektrodo svoris yra tik 1/5 vario elektrodo svorio.
Matyti, kad grafito naudojimas labai tinka didelio tūrio elektrodams, o tai labai sumažina EDM staklių veleno apkrovą. Dėl didelio svorio elektrodas nesukels nepatogumų jį prispaudžiant, o apdirbimo metu sukels deformaciją ir pan. Matyti, kad grafito elektrodo naudojimas didelio masto liejimo formų apdirbime yra labai svarbus.
1.6. Elektrodų gamybos sunkumai.
Grafito medžiagos apdirbimo našumas yra geras. Pjovimo varža yra tik 1/4 vario. Tinkamomis apdorojimo sąlygomis grafito elektrodo frezavimo efektyvumas yra 2–3 kartus didesnis nei vario elektrodo.
Grafito elektrodą lengva valyti kampu, ir jis gali būti naudojamas ruošiniui, kuris turėtų būti apdirbtas keliais elektrodais, apdoroti į vieną elektrodą.
Unikali grafito medžiagos dalelių struktūra neleidžia atsirasti įbrėžimams po elektrodų frezavimo ir formavimo, o tai gali tiesiogiai atitikti naudojimo reikalavimus, kai sudėtingame modeliavime įbrėžimai nėra lengvai pašalinami, todėl nereikia rankinio elektrodo poliravimo proceso ir išvengiama poliravimo sukeltos formos keitimo bei dydžio paklaidos.
Reikėtų pažymėti, kad grafitas yra dulkių kaupimosi objektas, todėl frezuojant grafitą susidarys daug dulkių, todėl frezavimo staklės turi turėti sandarinimo ir dulkių surinkimo įtaisą.
Jei grafito elektrodui apdoroti reikia naudoti EDM, jo apdorojimo našumas nėra toks geras kaip vario, o pjovimo greitis yra apie 40 % mažesnis nei vario.
1.7. Elektrodų montavimas ir naudojimas.
Grafito medžiaga pasižymi geromis sukibimo savybėmis. Ji gali būti naudojama grafitui sujungti su tvirtinimo detale frezuojant elektrodą ir jį iškraunant, taip sutaupant laiko ir nereikia gręžti varžto skylės elektrodo medžiagoje.
Grafito medžiaga yra gana trapi, ypač mažas, siauras ir ilgas elektrodas, kurį naudojimo metu veikiant išorinei jėgai lengva sulaužyti, tačiau galima iš karto suprasti, kad elektrodas buvo pažeistas.
Jei tai varinis elektrodas, jis tik sulinks, o ne sulūš, o tai yra labai pavojinga ir sunkiai randama naudojimo procese, be to, tai lengvai sukels ruošinio laužą.
1.8.Kaina.
Vario medžiaga yra neatsinaujinantis išteklius, kainų tendencija taps vis brangesnė, o grafito medžiagos kaina linkusi stabilizuotis.
Pastaraisiais metais vario medžiagų kainoms kylant, pagrindiniai grafito gamintojai tobulina grafito gamybos procesą, kad įgytų konkurencinį pranašumą. Dabar, esant tokiam pačiam kiekiui, grafito elektrodų medžiagų kainos yra gana panašios į vario elektrodų medžiagų kainas, tačiau grafitas gali būti apdorojamas efektyviau nei vario elektrodų naudojimas, sutaupant daug darbo valandų, o tai tiesiogiai sumažina gamybos sąnaudas.
Apibendrinant galima teigti, kad tarp 8 grafito elektrodo EDM charakteristikų jo privalumai yra akivaizdūs: frezavimo elektrodo ir išlydžio apdorojimo efektyvumas yra žymiai geresnis nei vario elektrodo; didelis elektrodas yra mažo svorio, geras matmenų stabilumas, plonas elektrodas nėra lengvai deformuojamas, o paviršiaus tekstūra yra geresnė nei vario elektrodo.
Grafito medžiagos trūkumas yra tas, kad ji netinka smulkiam paviršiaus išlydžio apdorojimui pagal VDI12 (Ra0,4 m), o EDM naudojimo elektrodams gaminti efektyvumas yra mažas.
Tačiau praktiniu požiūriu viena iš svarbių priežasčių, turinčių įtakos veiksmingam grafito medžiagų reklamavimui Kinijoje, yra ta, kad elektrodams frezuoti reikalinga speciali grafito apdorojimo mašina, o tai kelia naujus reikalavimus liejimo įmonių apdorojimo įrangai, o kai kurios mažos įmonės gali neturėti šios sąlygos.
Apskritai grafito elektrodų privalumai apima daugumą EDM apdorojimo atvejų ir yra verti populiarinimo bei taikymo, nes jie duoda didelę ilgalaikę naudą. Smulkaus paviršiaus apdorojimo trūkumą galima kompensuoti naudojant varinius elektrodus.
2. Grafito elektrodų medžiagų parinkimas EDM
Grafito medžiagoms daugiausia yra šie keturi rodikliai, kurie tiesiogiai lemia medžiagų eksploatacines savybes:
1) Vidutinis medžiagos dalelių skersmuo
Vidutinis medžiagos dalelių skersmuo tiesiogiai veikia medžiagos išleidimo sąlygas.
Kuo mažesnė vidutinė grafito medžiagos dalelė, tuo tolygesnis iškrovimas, tuo stabilesnė iškrovimo sąlyga, geresnė paviršiaus kokybė ir mažesni nuostoliai.
Kuo didesnis vidutinis dalelių dydis, tuo geresnis pašalinimo greitis grubiai apdirbant, tačiau paviršiaus apdailos efektas yra prastas, o elektrodo nuostoliai dideli.
2) Medžiagos lenkimo stipris
Medžiagos lenkimo stipris yra tiesioginis jos stiprumo atspindys, rodantis jos vidinės struktūros sandarumą.
Didelio stiprumo medžiaga pasižymi gana geru išlydžio atsparumu. Didelio tikslumo elektrodams reikia kuo labiau pasirinkti gero stiprumo medžiagą.
3) Medžiagos kietumas pagal Šorą
Grafitas yra kietesnis už metalines medžiagas, o pjovimo įrankio nuostoliai yra didesni nei pjovimo metalo.
Tuo pačiu metu, didelis grafito medžiagos kietumas išleidimo nuostolių kontrolėje yra geresnis.
4) Medžiagos būdingasis varžos koeficientas
Grafito medžiagos, turinčios didelę varžą, iškrovimo greitis bus lėtesnis nei tos, kurios varža maža.
Kuo didesnė savoji varža, tuo mažesni elektrodo nuostoliai, tačiau kuo didesnė savoji varža, tuo labiau paveiks išlydžio stabilumas.
Šiuo metu iš pirmaujančių pasaulyje grafito tiekėjų galima įsigyti daug įvairių rūšių grafito.
Paprastai pagal vidutinį grafito medžiagų dalelių skersmenį, dalelių skersmuo ≤ 4 μm apibrėžiamas kaip smulkus grafitas, dalelės, kurių skersmuo 5–10 μm, apibrėžiamos kaip vidutinio dydžio grafitas, dalelės, kurių skersmuo 10 μm didesnis, apibrėžiamos kaip stambus grafitas.
Kuo mažesnis dalelių skersmuo, tuo brangesnė medžiaga, tuo tinkamesnę grafito medžiagą galima pasirinkti pagal EDM reikalavimus ir kainą.
3. Grafito elektrodo gamyba
Grafito elektrodas daugiausia gaminamas frezavimo būdu.
Apdorojimo technologijos požiūriu grafitas ir varis yra dvi skirtingos medžiagos, todėl reikėtų įvaldyti jų skirtingas pjovimo savybes.
Jei grafito elektrodas apdorojamas vario elektrodo būdu, neišvengiamai kils problemų, tokių kaip dažnas lakšto lūžis, todėl reikia naudoti tinkamus pjovimo įrankius ir pjovimo parametrus.
Grafito elektrodo apdirbimo įrankių nusidėvėjimas yra mažesnis nei vario elektrodo. Ekonominiu požiūriu karbido įrankių pasirinkimas yra ekonomiškiausias. Deimantinio dengimo įrankio (vadinamo grafito peiliu) kaina yra didesnė, tačiau deimantinio dengimo įrankio tarnavimo laikas yra ilgas, apdorojimo tikslumas didelis, o bendra ekonominė nauda yra gera.
Įrankio priekinio kampo dydis taip pat turi įtakos jo tarnavimo laikui, įrankio priekinis kampas, kai kampas yra 0°, bus iki 50 % didesnis nei įrankio priekinis kampas, kai kampas yra 15°, įrankio tarnavimo laikas bus iki 50 % didesnis, pjovimo stabilumas taip pat bus geresnis, tačiau kuo didesnis kampas, tuo geresnis apdirbimo paviršius, naudojant įrankio 15° kampą, galima pasiekti geriausią apdirbimo paviršių.
Pjovimo greitis apdirbant gali būti reguliuojamas pagal elektrodo formą, paprastai 10 m/min., panašiai kaip apdirbant aliuminį ar plastiką. Grubiai apdirbant pjovimo įrankį galima tiesiogiai uždėti ant ruošinio ir nuo jo, o apdailos apdirbimo metu lengvai atsiranda kampo griūties ir suskaidymo reiškinys, dažnai naudojamas greitas peilio ėjimas.
Pjovimo procese grafito elektrodas išskiria daug dulkių. Siekiant išvengti grafito dalelių įkvėpimo į staklių veleną ir sraigtą, šiuo metu yra du pagrindiniai sprendimai: naudoti specialią grafito apdirbimo staklę arba naudoti įprastą apdirbimo centrą su specialiu dulkių surinkimo įtaisu.
Specialios rinkoje esančios grafito greitaeigės frezavimo staklės pasižymi dideliu frezavimo našumu ir gali lengvai pagaminti sudėtingus elektrodus, užtikrinant didelį tikslumą ir gerą paviršiaus kokybę.
Jei grafito elektrodui pagaminti reikia naudoti EDM, rekomenduojama naudoti smulkaus grafito medžiagą su mažesniu dalelių skersmeniu.
Grafito apdirbimo našumas yra prastas, kuo mažesnis dalelių skersmuo, tuo didesnis pjovimo efektyvumas ir išvengiama dažnų vielos lūžių ir paviršiaus briaunų, tokių kaip nenormalios problemos.
4. Grafito elektrodo EDM parametrai
Grafito ir vario EDM parametrų pasirinkimas yra gana skirtingas.
EDM parametrai daugiausia apima srovę, impulso plotį, impulso tarpą ir poliškumą.
Toliau aprašomas šių pagrindinių parametrų racionalaus naudojimo pagrindas.
Grafito elektrodo srovės tankis paprastai yra 10–12 A/cm2, daug didesnis nei vario elektrodo. Todėl, atsižvelgiant į atitinkamoje srityje leidžiamą srovės diapazoną, kuo didesnė srovė parenkama, tuo greitesnis bus grafito išlydžio apdorojimo greitis, tuo mažesni bus elektrodo nuostoliai, tačiau paviršiaus šiurkštumas bus didesnis.
Kuo didesnis impulso plotis, tuo mažesni elektrodo nuostoliai.
Tačiau didesnis impulso plotis pablogins apdorojimo stabilumą, sumažins apdorojimo greitį ir padarys paviršių šiurkštesnį.
Siekiant užtikrinti mažus elektrodų nuostolius grubaus apdirbimo metu, paprastai naudojamas gana didelis impulsų plotis, kuris gali efektyviai užtikrinti mažų grafito elektrodų apdirbimo nuostolių, kai vertė yra nuo 100 iki 300 JAV.
Norint gauti puikų paviršių ir stabilų išlydžio efektą, reikia pasirinkti mažesnį impulso plotį.
Apskritai grafito elektrodo impulsų plotis yra apie 40% mažesnis nei vario elektrodo.
Impulsų tarpas daugiausia veikia išlydžio apdirbimo greitį ir apdirbimo stabilumą. Kuo didesnė vertė, tuo geresnis apdirbimo stabilumas, o tai padeda gauti geresnį paviršiaus tolygumą, tačiau apdirbimo greitis sumažės.
Užtikrinant apdorojimo stabilumą, didesnį apdorojimo efektyvumą galima pasiekti pasirinkus mažesnį impulsų tarpą, tačiau kai iškrovos būsena nestabili, didesnį apdorojimo efektyvumą galima pasiekti pasirinkus didesnį impulsų tarpą.
Grafito elektrodų išlydžio apdirbimo procese impulsų tarpas ir impulsų plotis paprastai nustatomi 1:1, o vario elektrodų apdirbimo procese impulsų tarpas ir impulsų plotis paprastai nustatomi 1:3.
Stabilaus grafito apdorojimo metu impulsų tarpo ir impulsų pločio atitikimo santykį galima reguliuoti iki 2:3.
Esant mažam impulsų tarpui, naudinga ant elektrodo paviršiaus suformuoti dengiamąjį sluoksnį, kuris padeda sumažinti elektrodo nuostolius.
Grafito elektrodo poliškumo pasirinkimas EDM procese iš esmės yra toks pat kaip vario elektrodo.
Pagal EDM poliškumo efektą, apdirbant plieną iš štampo paprastai naudojamas teigiamo poliškumo apdirbimas, t. y. elektrodas prijungiamas prie maitinimo šaltinio teigiamo poliaus, o ruošinys – prie maitinimo šaltinio neigiamo poliaus.
Naudojant didelę srovę ir impulsų plotį, pasirinkus teigiamo poliškumo apdirbimą, galima pasiekti itin mažus elektrodų nuostolius. Jei poliškumas neteisingas, elektrodų nuostoliai taps labai dideli.
Tik tada, kai reikia tiksliai apdoroti paviršių, mažesniu nei VDI18 (Ra0,8 m), o impulso plotis yra labai mažas, naudojamas neigiamo poliškumo apdorojimas, siekiant geresnės paviršiaus kokybės, tačiau elektrodo nuostoliai yra dideli.
Dabar CNC edM staklės turi grafito išlydžio apdirbimo parametrus.
Elektrinių parametrų naudojimas yra intelektualus ir gali būti automatiškai generuojamas staklių ekspertų sistemos.
Paprastai mašina gali konfigūruoti optimizuotus apdorojimo parametrus programavimo metu pasirinkdama medžiagų porą, taikymo tipą, paviršiaus šiurkštumo vertę ir įvesdama apdorojimo plotą, apdorojimo gylį, elektrodo dydžio mastelį ir kt.
Grafito elektrodų rinkinys EDM staklių bibliotekoje turi daug apdorojimo parametrų. Medžiagos tipą galima pasirinkti iš šiurkščios grafito, grafito, grafitas atitinka įvairias ruošinio medžiagas, kad būtų galima suskirstyti taikymo tipą į standartinį, gilų griovelį, aštrų tašką, didelį plotą, didelę ertmę, pvz., smulkų, taip pat užtikrina mažus nuostolius, standartinį, didelį efektyvumą ir t. t., todėl galima pasirinkti daugybę apdorojimo prioritetų.
5. Išvada
Naujoji grafito elektrodų medžiaga verta energingo populiarinimo, o jos privalumus palaipsniui pripažins ir priims vidaus liejimo formų gamybos pramonė.
Teisingas grafito elektrodų medžiagų pasirinkimas ir susijusių technologinių ryšių tobulinimas užtikrins didelį efektyvumą, aukštą kokybę ir mažą kainą pelėsių gamybos įmonėms.
Įrašo laikas: 2020 m. gruodžio 4 d.