1. EDM-Eigenschaften von Graphitmaterialien.
1.1.Entladungsbearbeitungsgeschwindigkeit.
Graphit ist ein nichtmetallisches Material mit einem sehr hohen Schmelzpunkt von 3.650 °C, während Kupfer einen Schmelzpunkt von 1.083 °C hat, sodass die Graphitelektrode höheren Stromeinstellungsbedingungen standhalten kann.
Wenn die Entladungsfläche und die Elektrodengröße größer sind, sind die Vorteile einer hocheffizienten Schruppbearbeitung von Graphitmaterial offensichtlicher.
Die Wärmeleitfähigkeit von Graphit beträgt 1/3 der von Kupfer, und die beim Entladungsprozess entstehende Wärme kann zur effektiveren Entfernung von Metallmaterialien genutzt werden. Daher ist die Verarbeitungseffizienz von Graphit bei mittlerer und feiner Verarbeitung höher als die von Kupferelektroden.
Den Verarbeitungserfahrungen zufolge ist die Entladungsverarbeitungsgeschwindigkeit der Graphitelektrode unter den richtigen Einsatzbedingungen 1,5 bis 2 Mal schneller als die der Kupferelektrode.
1.2.Elektrodenverbrauch.
Die Graphitelektrode hat den Charakter, dass sie den Hochstrombedingungen standhalten kann, außerdem unter der Bedingung einer geeigneten Schruppeinstellung, einschließlich Kohlenstoffstahlwerkstücken, die während der maschinellen Bearbeitung in Inhalt und Arbeitsflüssigkeit erzeugt werden, bei hoher Temperaturzersetzung von Kohlenstoffpartikeln, dem Polaritätseffekt, unter Durch die teilweise Entfernung des Inhalts haften Kohlenstoffpartikel an der Elektrodenoberfläche und bilden eine Schutzschicht. Dadurch entsteht bei der Graphitelektrode ein geringer Verlust bei der Grobbearbeitung oder sogar „kein Abfall“.
Der größte Elektrodenverlust beim Erodieren entsteht durch die Grobbearbeitung. Obwohl die Verlustrate bei den Einstellbedingungen der Endbearbeitung hoch ist, ist der Gesamtverlust aufgrund der geringen Bearbeitungszugabe für die Teile ebenfalls gering.
Im Allgemeinen ist der Verlust der Graphitelektrode bei der Grobbearbeitung mit hohem Strom geringer als der der Kupferelektrode und bei der Endbearbeitung etwas höher als der der Kupferelektrode. Der Elektrodenverlust der Graphitelektrode ist ähnlich.
1.3.Die Oberflächenqualität.
Der Partikeldurchmesser von Graphitmaterial beeinflusst direkt die Oberflächenrauheit von EDM. Je kleiner der Durchmesser ist, desto geringer kann die Oberflächenrauheit erzielt werden.
Vor ein paar Jahren konnte bei der Verwendung von Graphitmaterial mit einem Partikeldurchmesser von 5 Mikrometern die beste Oberfläche nur VDI18 edm (Ra0,8 Mikrometer) erreicht werden, heutzutage konnte der Korndurchmesser von Graphitmaterialien innerhalb von 3 Mikrometern des Phi, der besten Oberfläche, erreicht werden kann ein stabiles VDI12-EDM (Ra0,4 µm) oder ein anspruchsvolleres Niveau erreichen, aber die Graphitelektrode spiegelt EDM wider.
Das Kupfermaterial weist einen geringen spezifischen Widerstand und eine kompakte Struktur auf und kann unter schwierigen Bedingungen stabil verarbeitet werden. Die Oberflächenrauheit kann weniger als Ra0,1 m betragen und kann durch Spiegeln bearbeitet werden.
Wenn also bei der Entladungsbearbeitung eine extrem feine Oberfläche angestrebt wird, ist es besser geeignet, Kupfermaterial als Elektrode zu verwenden, was den Hauptvorteil der Kupferelektrode gegenüber der Graphitelektrode darstellt.
Unter der Bedingung einer hohen Stromstärke kann die Elektrodenoberfläche jedoch leicht rau werden und gleichmäßige Risse aufweisen. Bei Graphitmaterialien tritt dieses Problem nicht auf. Die Anforderungen an die Oberflächenrauheit gemäß VDI26 (Ra2,0 Mikrometer) gelten für die Formverarbeitung Eine Graphitelektrode kann von grob bis fein bearbeitet werden, wodurch ein gleichmäßiger Oberflächeneffekt und Oberflächenfehler erzielt werden.
Aufgrund der unterschiedlichen Struktur von Graphit und Kupfer ist der Oberflächenentladungskorrosionspunkt der Graphitelektrode außerdem regelmäßiger als der der Kupferelektrode. Wenn daher die gleiche Oberflächenrauheit von VDI20 oder höher verarbeitet wird, ist die Oberflächenkörnigkeit des mit der Graphitelektrode bearbeiteten Werkstücks ausgeprägter, und dieser Kornoberflächeneffekt ist besser als der Entladungsoberflächeneffekt der Kupferelektrode.
1.4.Die Bearbeitungsgenauigkeit.
Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Graphitmaterial ist klein, der Wärmeausdehnungskoeffizient von Kupfermaterial ist viermal so hoch wie der von Graphitmaterial, sodass die Graphitelektrode bei der Entladungsverarbeitung weniger anfällig für Verformungen ist als die Kupferelektrode, die stabiler und stabiler werden kann zuverlässige Verarbeitungsgenauigkeit.
Insbesondere wenn tiefe und schmale Rippen verarbeitet werden, führt die örtlich hohe Temperatur dazu, dass sich die Kupferelektrode leicht verbiegt, die Graphitelektrode jedoch nicht.
Bei Kupferelektroden mit einem großen Tiefen-Durchmesser-Verhältnis sollte ein bestimmter Wärmeausdehnungswert kompensiert werden, um die Größe während der Bearbeitungseinstellung zu korrigieren, während Graphitelektroden nicht erforderlich sind.
1.5.Elektrodengewicht.
Das Graphitmaterial ist weniger dicht als Kupfer und das Gewicht der Graphitelektrode bei gleichem Volumen beträgt nur 1/5 des Gewichts der Kupferelektrode.
Es ist ersichtlich, dass die Verwendung von Graphit sehr gut für Elektroden mit großem Volumen geeignet ist, wodurch die Belastung der Spindel einer Erodiermaschine erheblich reduziert wird. Aufgrund ihres großen Gewichts verursacht die Elektrode beim Spannen keine Unannehmlichkeiten und führt bei der Bearbeitung zu Durchbiegungsverschiebungen usw. Es ist ersichtlich, dass die Verwendung von Graphitelektroden bei der großtechnischen Formenbearbeitung von großer Bedeutung ist.
1.6. Schwierigkeiten bei der Elektrodenherstellung.
Die Bearbeitungsleistung von Graphitmaterial ist gut. Die Schnittfestigkeit beträgt nur 1/4 der von Kupfer. Unter den richtigen Verarbeitungsbedingungen ist die Effizienz beim Fräsen von Graphitelektroden zwei- bis dreimal so hoch wie die von Kupferelektroden.
Die Graphitelektrode lässt sich leicht abwinkeln und kann zur Bearbeitung des Werkstücks, das mit mehreren Elektroden bearbeitet werden soll, zu einer einzigen Elektrode verwendet werden.
Die einzigartige Partikelstruktur des Graphitmaterials verhindert das Auftreten von Graten nach dem Fräsen und Formen der Elektrode. Dies kann direkt den Verwendungsanforderungen gerecht werden, wenn die Grate bei der komplexen Modellierung nicht leicht entfernt werden können, wodurch der Prozess des manuellen Polierens der Elektrode entfällt und die Form vermieden wird Änderung und Größenfehler durch Polieren.
Da es sich bei Graphit um eine Staubansammlung handelt, ist zu beachten, dass beim Mahlen von Graphit viel Staub entsteht. Daher muss die Fräsmaschine über eine Dichtung und eine Staubsammelvorrichtung verfügen.
Wenn zur Bearbeitung von Graphitelektroden edM verwendet werden muss, ist die Verarbeitungsleistung nicht so gut wie bei Kupfermaterial und die Schnittgeschwindigkeit ist etwa 40 % langsamer als bei Kupfer.
1.7.Installation und Verwendung der Elektrode.
Graphitmaterial hat gute Bindungseigenschaften. Es kann verwendet werden, um Graphit durch Fräsen der Elektrode und Entladen mit der Vorrichtung zu verbinden, wodurch das Bearbeiten von Schraubenlöchern im Elektrodenmaterial und die Arbeitszeit eingespart werden können.
Das Graphitmaterial ist relativ spröde, insbesondere die kleine, schmale und lange Elektrode, die bei äußerer Krafteinwirkung während des Gebrauchs leicht bricht, aber sofort erkennen kann, dass die Elektrode beschädigt wurde.
Wenn es sich um eine Kupferelektrode handelt, verbiegt sie sich nur und bricht nicht, was sehr gefährlich und im Gebrauchsprozess schwer zu finden ist und leicht zum Ausschuss des Werkstücks führt.
1.8.Preis.
Kupfermaterial ist eine nicht erneuerbare Ressource, die Preisentwicklung wird immer teurer, während sich der Preis für Graphitmaterial tendenziell stabilisiert.
Der Preis für Kupfermaterial ist in den letzten Jahren gestiegen, und die großen Hersteller von Graphit haben sich durch die Verbesserung des Prozesses bei der Herstellung von Graphit einen Wettbewerbsvorteil verschafft. Bei gleichem Volumen ist der Preis für Graphitelektrodenmaterial allgemein und der Preis für Kupferelektrodenmaterialien recht gering, aber Der Graphit kann eine effizientere Verarbeitung erreichen, als durch den Einsatz einer Kupferelektrode eine große Anzahl an Arbeitsstunden eingespart werden kann, was einer direkten Reduzierung der Produktionskosten entspricht.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass unter den 8 edM-Eigenschaften der Graphitelektrode ihre Vorteile offensichtlich sind: Die Effizienz der Fräselektrode und der Entladungsverarbeitung ist deutlich besser als die der Kupferelektrode; Die große Elektrode hat ein geringes Gewicht, eine gute Dimensionsstabilität, die dünne Elektrode lässt sich nicht leicht verformen und die Oberflächentextur ist besser als bei der Kupferelektrode.
Der Nachteil von Graphitmaterial besteht darin, dass es nicht für die feine Oberflächenentladungsverarbeitung gemäß VDI12 (Ra0,4 m) geeignet ist und die Effizienz der Verwendung von edM zur Herstellung von Elektroden gering ist.
Aus praktischer Sicht ist jedoch einer der wichtigsten Gründe für die wirksame Förderung von Graphitmaterialien in China, dass zum Fräsen von Elektroden spezielle Graphitverarbeitungsmaschinen erforderlich sind, was neue Anforderungen an die Verarbeitungsausrüstung von Formenbaubetrieben, einigen kleinen Unternehmen, stellt Möglicherweise liegt dieser Zustand nicht vor.
Im Allgemeinen decken die Vorteile von Graphitelektroden die überwiegende Mehrheit der edM-Verarbeitungsfälle ab und verdienen eine Popularisierung und Anwendung mit erheblichen langfristigen Vorteilen. Der Mangel an feiner Oberflächenbearbeitung kann durch den Einsatz von Kupferelektroden ausgeglichen werden.
2.Auswahl von Graphitelektrodenmaterialien für EDM
Bei Graphitmaterialien gibt es hauptsächlich die folgenden vier Indikatoren, die die Leistung der Materialien direkt bestimmen:
1) Durchschnittlicher Partikeldurchmesser des Materials
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Materials beeinflusst direkt den Austragszustand des Materials.
Je kleiner die durchschnittlichen Graphitmaterialpartikel sind, desto gleichmäßiger ist die Entladung, desto stabiler ist der Entladungszustand, desto besser ist die Oberflächenqualität und desto geringer ist der Verlust.
Je größer die durchschnittliche Partikelgröße ist, desto besser kann die Abtragsrate bei der Grobbearbeitung erreicht werden, aber der Oberflächeneffekt beim Schlichten ist schlecht und der Elektrodenverlust ist groß.
2) Die Biegefestigkeit des Materials
Die Biegefestigkeit eines Materials spiegelt direkt seine Festigkeit wider und zeigt die Festigkeit seiner inneren Struktur an.
Das Material mit hoher Festigkeit weist eine relativ gute Entladungsbeständigkeit auf. Für die Elektrode mit hoher Präzision sollte möglichst ein Material mit guter Festigkeit ausgewählt werden.
3) Shore-Härte des Materials
Graphit ist härter als Metallwerkstoffe und der Verlust des Schneidwerkzeugs ist größer als der des Schneidmetalls.
Gleichzeitig ist die hohe Härte des Graphitmaterials bei der Entladungsverlustkontrolle besser.
4) Der inhärente Widerstand des Materials
Die Entladungsrate von Graphitmaterial mit hohem Eigenwiderstand ist langsamer als die mit niedrigem spezifischem Widerstand.
Je höher der inhärente Widerstand ist, desto geringer ist der Elektrodenverlust, aber je höher der inhärente Widerstand, desto geringer ist die Stabilität der Entladung.
Derzeit sind viele verschiedene Graphitqualitäten von den weltweit führenden Graphitlieferanten erhältlich.
Im Allgemeinen wird entsprechend dem durchschnittlichen Partikeldurchmesser der zu klassifizierenden Graphitmaterialien ein Partikeldurchmesser ≤ 4 m als feiner Graphit definiert, Partikel in 5 bis 10 m werden als mittlerer Graphit definiert, Partikel in 10 m darüber werden als grober Graphit definiert.
Je kleiner der Partikeldurchmesser ist, desto teurer ist das Material und desto geeigneter kann Graphitmaterial entsprechend den Anforderungen und Kosten des Erodierens ausgewählt werden.
3. Herstellung einer Graphitelektrode
Die Graphitelektrode wird hauptsächlich durch Fräsen hergestellt.
Aus verarbeitungstechnischer Sicht handelt es sich bei Graphit und Kupfer um zwei unterschiedliche Werkstoffe, deren unterschiedliche Schneideigenschaften man beherrschen sollte.
Wenn die Graphitelektrode im Prozess der Kupferelektrode verarbeitet wird, treten zwangsläufig Probleme auf, wie z. B. ein häufiger Bruch des Blechs, der den Einsatz geeigneter Schneidwerkzeuge und Schneidparameter erfordert.
Bearbeitung von Graphitelektroden als Kupferelektroden-Werkzeugverschleiß. Aus wirtschaftlicher Sicht ist die Wahl eines Hartmetallwerkzeugs am wirtschaftlichsten. Wählen Sie ein Diamantbeschichtungswerkzeug (Graphitmesser genannt). Der Preis ist teurer, aber das Diamantbeschichtungswerkzeug hat eine lange Lebensdauer und eine hohe Verarbeitungsgenauigkeit. Der gesamtwirtschaftliche Nutzen ist gut.
Die Größe des vorderen Winkels des Werkzeugs beeinflusst auch seine Lebensdauer. Der 0°-Frontwinkel des Werkzeugs ist bis zu 50 % höher als der 15°-Frontwinkel der Werkzeuglebensdauer. Die Schnittstabilität ist ebenfalls besser, aber die Je größer der Winkel, desto besser die Bearbeitungsoberfläche. Durch die Verwendung eines 15°-Winkels des Werkzeugs kann die beste Bearbeitungsoberfläche erzielt werden.
Die Schnittgeschwindigkeit bei der Bearbeitung kann entsprechend der Form der Elektrode angepasst werden, normalerweise 10 m/min, ähnlich wie bei der Bearbeitung von Aluminium oder Kunststoff, das Schneidwerkzeug kann bei der Grobbearbeitung direkt auf und neben dem Werkstück sein und das Phänomen des Winkels Bei der Endbearbeitung kann es leicht zu Kollaps und Fragmentierung kommen, und häufig wird die Methode des schnellen Messergangs mit leichtem Messer angewendet.
Beim Schneiden von Graphitelektroden entsteht viel Staub. Um zu vermeiden, dass Graphitpartikel in die Maschinenspindel und -schnecke eingeatmet werden, gibt es derzeit zwei Hauptlösungen: Die eine ist die Verwendung einer speziellen Graphitverarbeitungsmaschine und die andere das normale Bearbeitungszentrum Refit, ausgestattet mit einer speziellen Staubsammelvorrichtung.
Die spezielle Graphit-Hochgeschwindigkeitsfräsmaschine auf dem Markt verfügt über eine hohe Fräseffizienz und kann die Herstellung komplexer Elektroden problemlos mit hoher Präzision und guter Oberflächenqualität abschließen.
Wenn für die Herstellung einer Graphitelektrode EDM erforderlich ist, empfiehlt es sich, ein feines Graphitmaterial mit einem kleineren Partikeldurchmesser zu verwenden.
Die Bearbeitungsleistung von Graphit ist schlecht. Je kleiner der Partikeldurchmesser ist, desto höher ist die Schneidleistung, und anormale Probleme wie häufiger Drahtbruch und Oberflächenfransen können vermieden werden.
4.EDM-Parameter der Graphitelektrode
Die Auswahl der EDM-Parameter von Graphit und Kupfer ist recht unterschiedlich.
Zu den Parametern des EDM gehören hauptsächlich Strom, Impulsbreite, Impulslücke und Polarität.
Im Folgenden werden die Grundlagen für die rationelle Nutzung dieser Hauptparameter beschrieben.
Die Stromdichte einer Graphitelektrode beträgt im Allgemeinen 10–12 A/cm2 und ist damit viel höher als die einer Kupferelektrode. Daher gilt innerhalb des im entsprechenden Bereich zulässigen Strombereichs: Je größer der Strom gewählt wird, desto schneller ist die Verarbeitungsgeschwindigkeit der Graphitentladung, desto geringer ist der Elektrodenverlust, aber die Oberflächenrauheit ist dicker.
Je größer die Pulsbreite ist, desto geringer ist der Elektrodenverlust.
Eine größere Impulsbreite verschlechtert jedoch die Verarbeitungsstabilität, die Verarbeitungsgeschwindigkeit verringert sich und die Oberfläche wird rauer.
Um bei der Grobbearbeitung einen geringen Elektrodenverlust zu gewährleisten, wird üblicherweise eine relativ große Impulsbreite verwendet, die bei einem Wert zwischen 100 und 300 US effektiv eine verlustarme Bearbeitung der Graphitelektrode realisieren kann.
Um eine feine Oberfläche und einen stabilen Entladungseffekt zu erzielen, sollte eine kleinere Impulsbreite gewählt werden.
Im Allgemeinen ist die Impulsbreite einer Graphitelektrode etwa 40 % geringer als die einer Kupferelektrode
Die Impulslücke beeinflusst hauptsächlich die Entladungsbearbeitungsgeschwindigkeit und die Bearbeitungsstabilität. Je größer der Wert, desto besser ist die Bearbeitungsstabilität, was für eine bessere Oberflächengleichmäßigkeit hilfreich ist, allerdings wird die Bearbeitungsgeschwindigkeit verringert.
Unter der Bedingung, dass die Verarbeitungsstabilität gewährleistet ist, kann eine höhere Verarbeitungseffizienz durch Wahl einer kleineren Impulslücke erreicht werden. Wenn der Entladungszustand jedoch instabil ist, kann eine höhere Verarbeitungseffizienz durch Wahl einer größeren Impulslücke erzielt werden.
Bei der Entladungsbearbeitung mit Graphitelektroden werden Impulsabstand und Impulsbreite normalerweise auf 1:1 eingestellt, während bei der Bearbeitung mit Kupferelektroden Impulsabstand und Impulsbreite normalerweise auf 1:3 eingestellt werden.
Bei stabiler Graphitverarbeitung kann das Anpassungsverhältnis zwischen Impulslücke und Impulsbreite auf 2:3 eingestellt werden.
Bei geringem Impulsabstand ist es vorteilhaft, eine Abdeckschicht auf der Elektrodenoberfläche zu bilden, die zur Reduzierung des Elektrodenverlusts beiträgt.
Die Polaritätsauswahl der Graphitelektrode beim EDM ist grundsätzlich dieselbe wie die der Kupferelektrode.
Entsprechend dem Polaritätseffekt von EDM wird bei der Bearbeitung von Gesenkstahl üblicherweise eine Bearbeitung mit positiver Polarität verwendet, d. h. die Elektrode wird an den Pluspol der Stromversorgung angeschlossen und das Werkstück wird an den Minuspol der Stromversorgung angeschlossen.
Bei Verwendung eines großen Stroms und einer großen Impulsbreite kann durch Auswahl einer Bearbeitung mit positiver Polarität ein äußerst geringer Elektrodenverlust erzielt werden. Bei falscher Polarität wird der Elektrodenverlust sehr groß.
Nur wenn eine Feinbearbeitung der Oberfläche mit weniger als VDI18 (Ra0,8 m) erforderlich ist und die Impulsbreite sehr klein ist, wird die Bearbeitung mit negativer Polarität verwendet, um eine bessere Oberflächenqualität zu erzielen, der Elektrodenverlust ist jedoch groß.
Jetzt sind CNC-EDM-Werkzeugmaschinen mit Graphitentladungsbearbeitungsparametern ausgestattet.
Der Einsatz elektrischer Parameter ist intelligent und kann vom Expertensystem der Werkzeugmaschine automatisch generiert werden.
Im Allgemeinen kann die Maschine die optimierten Bearbeitungsparameter konfigurieren, indem sie während der Programmierung das Materialpaar, den Anwendungstyp, den Oberflächenrauheitswert und die Eingabe des Bearbeitungsbereichs, der Bearbeitungstiefe, der Skalierung der Elektrodengröße usw. auswählt.
Für die Graphitelektrode der Erodiermaschinenbibliothek werden umfangreiche Verarbeitungsparameter eingestellt. Der Materialtyp kann zwischen grobem Graphit, Graphit und Graphit ausgewählt werden, der einer Vielzahl von Werkstückmaterialien entspricht, um den Anwendungstyp für Standard, tiefe Nut, scharfe Spitze und große zu unterteilen Fläche, großer Hohlraum, wie fein, bietet auch geringe Verluste, Standard, hohe Effizienz und so weiter die vielen Arten der Verarbeitungsprioritätswahl.
5. Fazit
Es lohnt sich, das neue Graphitelektrodenmaterial energisch bekannt zu machen, und seine Vorteile werden nach und nach von der heimischen Formenbauindustrie erkannt und akzeptiert.
Die richtige Auswahl von Graphitelektrodenmaterialien und die Verbesserung der damit verbundenen technologischen Verbindungen werden den Formenbauunternehmen hohe Effizienz, hohe Qualität und niedrige Kostenvorteile bringen
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 04.12.2020