Hochleistungsgraphitelektroden, die Kupferelektroden im Formenbau ersetzen, verkürzen den Formenbauzyklus erheblich, steigern die Arbeitsproduktivität und senken die Kosten. Mit der Einführung von Präzisions- und Hocheffizienzformen (und damit einhergehend immer kürzeren Zykluszeiten) sind die Anforderungen an die Formenproduktion in den letzten Jahren stetig gestiegen. Kupferelektroden können aufgrund ihrer verschiedenen Einschränkungen den Entwicklungsanforderungen der Formenindustrie zunehmend nicht mehr gerecht werden. Graphit, als EDM-Elektrodenmaterial, findet aufgrund seiner Vorteile wie hoher Bearbeitbarkeit, geringem Gewicht, schneller Umformung, extrem niedriger Ausdehnung, geringem Materialverlust und einfacher Nachbearbeitung breite Anwendung in der Formenindustrie. Es ist daher unausweichlich, dass Graphit Kupferelektroden ersetzen wird.
1. Eigenschaften von Graphitelektrodenmaterialien
Die CNC-Bearbeitung zeichnet sich durch hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit, hervorragende Zerspanbarkeit und einfaches Nachbearbeiten aus. Graphitelektroden erreichen eine 3- bis 5-mal höhere Bearbeitungsgeschwindigkeit als Kupferelektroden, wobei die Präzision besonders herausragend ist. Zudem ist Graphit sehr robust. Selbst ultrahohe (50 bis 90 mm) und ultradünne (0,2 bis 0,5 mm) Elektroden verformen sich während der Bearbeitung kaum. Häufig ist eine sehr gute Oberflächenstruktur erforderlich. Dies setzt voraus, dass die Elektroden möglichst als Vollelektroden gefertigt werden. Bei der Herstellung von Vollelektroden entstehen jedoch diverse, schwer zugängliche Ecken. Dank der einfachen Nachbearbeitung von Graphit lässt sich dieses Problem leicht lösen und die Anzahl der benötigten Elektroden deutlich reduzieren – ein Vorteil, der bei Kupferelektroden nicht besteht.
2. Schnelles EDM-Formen, geringe Wärmeausdehnung und niedrige Verluste: Aufgrund der besseren elektrischen Leitfähigkeit von Graphit im Vergleich zu Kupfer ist seine Entladungsrate 3- bis 5-mal höher. Zudem kann es während der Entladung relativ hohe Ströme aushalten, was für die grobe Funkenerosion von Vorteil ist. Gleichzeitig wiegt Graphit bei gleichem Volumen nur ein Fünftel von Kupfer, wodurch die Belastung beim EDM-Verfahren deutlich reduziert wird. Dies bietet große Vorteile bei der Herstellung großer Elektroden und integrierter Gegenelektroden. Die Sublimationstemperatur von Graphit liegt bei 4200 °C und ist damit 3- bis 4-mal höher als die von Kupfer (1100 °C). Bei hohen Temperaturen ändert sich die Temperatur.
Graphitelektrode mit ultrahoher Leistung
Es ist extrem klein (nur 1/3 bis 1/5 so groß wie Kupfer unter gleichen elektrischen Bedingungen) und erweicht nicht. Die Entladungsenergie kann effizient und energiesparend auf das Werkstück übertragen werden. Da die Festigkeit von Graphit bei hohen Temperaturen sogar zunimmt, werden die Entladungsverluste effektiv reduziert (die Verluste von Graphit betragen nur 1/4 der von Kupfer), wodurch die Bearbeitungsqualität sichergestellt wird.
3. Geringes Gewicht und niedrige Kosten: Bei der Herstellung eines Formensatzes machen die CNC-Bearbeitungszeit, die EDM-Zeit und der Elektrodenverschleiß den größten Teil der Gesamtkosten aus. Diese Faktoren hängen maßgeblich vom Elektrodenmaterial ab. Graphit ist im Vergleich zu Kupfer 3- bis 5-mal schneller in der Bearbeitung und im EDM-Verfahren. Gleichzeitig reduziert der geringe Verschleiß und die Herstellung von Graphitelektroden aus einem Stück die Anzahl der benötigten Elektroden, wodurch Materialverbrauch und Bearbeitungszeit sinken. All dies trägt wesentlich zur Senkung der Formenherstellungskosten bei.
2. Anforderungen und Merkmale der mechanischen und elektrischen Bearbeitung von Graphitelektroden
1. Elektrodenherstellung: Die professionelle Herstellung von Graphitelektroden erfolgt hauptsächlich mit Hochgeschwindigkeits-Werkzeugmaschinen. Diese Maschinen müssen eine hohe Stabilität aufweisen und gleichmäßige, vibrationsfreie Drei-Achs-Bewegungen ermöglichen. Darüber hinaus ist eine möglichst hohe Rotationsgenauigkeit der Komponenten, wie beispielsweise der Hauptwelle, erforderlich. Die Elektroden können zwar auch auf herkömmlichen Werkzeugmaschinen bearbeitet werden, die Erstellung der Werkzeugbahn unterscheidet sich jedoch von der für Kupferelektroden.
2. Graphitelektroden beim Funkenerosionsbearbeiten (EDM) sind Kohlenstoffelektroden. Da Graphit eine gute elektrische Leitfähigkeit besitzt, kann beim Funkenerosionsbearbeiten viel Zeit gespart werden, was auch einer der Gründe für die Verwendung von Graphit als Elektrode ist.
3. Verarbeitungseigenschaften von Graphitelektroden: Industriegraphit ist hart und spröde, was bei der CNC-Bearbeitung zu relativ hohem Werkzeugverschleiß führt. Im Allgemeinen empfiehlt sich die Verwendung von Werkzeugen mit Hartmetall- oder Diamantbeschichtung. Bei der Schruppbearbeitung von Graphit kann das Werkzeug direkt auf das Werkstück aufgesetzt und wieder abgenommen werden. Bei der Schlichtbearbeitung hingegen werden zur Vermeidung von Ausbrüchen und Rissen häufig leichte Werkzeuge und schnelle Vorschubverfahren eingesetzt.
Im Allgemeinen bricht Graphit selten bei Schnitttiefen unter 0,2 mm, und es lässt sich eine bessere Oberflächenqualität der Seitenwände erzielen. Der beim CNC-Bearbeiten von Graphitelektroden entstehende Staub ist relativ groß und kann in die Führungsschienen, Gewindespindeln und Spindeln der Werkzeugmaschine eindringen. Daher muss die Werkzeugmaschine für die Graphitbearbeitung über entsprechende Vorrichtungen zur Graphitstaubabsaugung verfügen. Aufgrund der Toxizität von Graphit ist zudem eine gute Abdichtung der Werkzeugmaschine erforderlich. Graphitpulver ist ein sehr reaktionsempfindlicher Stoff. Sein spezifischer Widerstand ändert sich in unterschiedlichen Umgebungen. Eines bleibt jedoch konstant: Graphitpulver ist ein hervorragendes nichtmetallisches leitfähiges Material. Solange Graphitpulver ununterbrochen in einem isolierenden Objekt, beispielsweise als dünner Faden, aufbewahrt wird, leitet es Strom. Doch wie hoch ist der spezifische Widerstand? Auch hierfür gibt es keinen festen Wert, da die Feinheit des Graphitpulvers variiert und der spezifische Widerstand in unterschiedlichen Materialien und Umgebungen unterschiedlich ist.
Wussten Sie vielleicht noch nicht, dass hochreines Graphitpulver auch als leitfähiges Material verwendet wird?
Gummi ist im Allgemeinen isolierend. Wird elektrische Leitfähigkeit benötigt, müssen leitfähige Substanzen hinzugefügt werden. Graphitpulver besitzt hervorragende elektrische Leitfähigkeit und schmierende Entformungseigenschaften. Graphit wird zu Graphitpulver verarbeitet, das ebenfalls hervorragende Schmier- und Leitfähigkeitseigenschaften aufweist. Je höher die Reinheit des Graphitpulvers, desto besser seine Leitfähigkeit. Viele Hersteller von Spezialgummiprodukten benötigen leitfähigen Gummi. Kann man also Graphitpulver zu Gummi hinzufügen, um ihn elektrisch leitfähig zu machen? Die Antwort lautet: Ja. Doch welche Menge Graphitpulver ist im Gummi optimal? Einige Unternehmen verwenden einen Anteil von maximal 30 %, der beispielsweise bei verschleißfesten Gummiprodukten wie Autoreifen zum Einsatz kommt. Andere Hersteller verwenden hingegen 100 % Graphitpulver. Nur solche Produkte sind elektrisch leitfähig. Das Grundprinzip der Leitfähigkeit besteht darin, dass ein Leiter, wie ein Draht, nicht unterbrochen werden darf. Wird er in der Mitte unterbrochen, leitet er keinen Strom mehr. Das leitfähige Graphitpulver im Gummi ist der Leiter. Wird das Graphitpulver durch isolierenden Gummi blockiert, ist es nicht mehr leitfähig. Ist der Anteil an Graphitpulver zu gering, ist die Leitfähigkeit wahrscheinlich schlecht.
Graphitpulver ist ein Stoff, der sehr empfindlich auf chemische Reaktionen reagiert. Sein spezifischer Widerstand ändert sich in unterschiedlichen Umgebungen, d. h. sein Widerstandswert variiert. Eines bleibt jedoch konstant: Hochreines Graphitpulver zählt zu den hervorragenden nichtmetallischen Leitern. Solange Graphitpulver ununterbrochen in einem isolierenden Material, beispielsweise als dünner Faden, aufbewahrt wird, leitet es Strom. Doch welchen Widerstandswert hat es genau? Auch hierfür gibt es keine feste Angabe, da die Feinheit des Graphitpulvers variiert und der Widerstandswert je nach Material und Umgebung unterschiedlich ist.
Veröffentlichungsdatum: 09. Mai 2025