کاربرد الکترود گرافیتی در تولید قالب، ماشینکاری تخلیه الکتریکی

1. ویژگی های EDM مواد گرافیتی.

1.1. سرعت ماشینکاری تخلیه.

گرافیت یک ماده غیر فلزی با نقطه ذوب بسیار بالا 3650 درجه سانتیگراد است، در حالی که مس دارای نقطه ذوب 1083 درجه سانتیگراد است، بنابراین الکترود گرافیت می تواند شرایط تنظیم جریان بیشتری را تحمل کند.
هنگامی که ناحیه تخلیه و مقیاس اندازه الکترود بزرگتر باشد، مزایای ماشینکاری خشن با راندمان بالا از مواد گرافیت آشکارتر است.
رسانایی گرمایی گرافیت 1/3 مس است و گرمای تولید شده در طول فرآیند تخلیه می تواند برای حذف مواد فلزی به طور موثرتری استفاده شود. بنابراین، راندمان پردازش گرافیت بالاتر از الکترود مس در پردازش متوسط ​​و ریز است.
با توجه به تجربه پردازش، سرعت پردازش تخلیه الکترود گرافیتی 1.5 تا 2 برابر سریعتر از الکترود مس در شرایط استفاده صحیح است.

1.2.مصرف الکترود.

الکترود گرافیتی دارای ویژگی است که می تواند در شرایط جریان بالا مقاومت کند، علاوه بر این، تحت شرایط تنظیم زبر مناسب، از جمله قطعات کار فولاد کربنی تولید شده در حین حذف ماشینکاری در محتوا و سیال کاری در دمای بالا تجزیه ذرات کربن، اثر قطبیت، تحت در اثر حذف جزئی در محتوا، ذرات کربن به سطح الکترود می‌چسبند تا یک لایه محافظ تشکیل دهند، اطمینان حاصل شود که الکترود گرافیت در ماشین‌کاری خشن از دست می‌دهد یا حتی «ضایعات صفر» را کاهش می‌دهد.
تلفات اصلی الکترود در EDM ناشی از ماشینکاری خشن است. اگرچه میزان تلفات در شرایط تنظیم تکمیلی بالا است، اما به دلیل مقدار کمی که برای ماشینکاری در نظر گرفته شده است، تلفات کلی نیز کم است.
به طور کلی، اتلاف الکترود گرافیتی کمتر از الکترود مسی در ماشینکاری خشن جریان زیاد و کمی بیشتر از الکترود مسی در ماشینکاری تکمیلی است. از دست دادن الکترود الکترود گرافیتی مشابه است.

1.3 کیفیت سطح.

قطر ذرات ماده گرافیت مستقیماً بر زبری سطح EDM تأثیر می گذارد. هرچه قطر کوچکتر باشد، زبری سطح کمتری به دست می آید.
چند سال پیش با استفاده از ذرات فی با قطر 5 میکرون مواد گرافیت، بهترین سطح فقط می‌توان به VDI18 edm (Ra0.8 میکرون) دست یافت، امروزه قطر دانه‌های مواد گرافیتی توانسته اند در عرض 3 میکرون فی، بهترین سطح را بدست آورند. می تواند پایدار VDI12 EDM (Ra0.4 mu متر) یا سطح پیچیده تر، اما الکترود گرافیت به آینه edm دست یابد.
ماده مس دارای مقاومت کم و ساختار فشرده است و می تواند در شرایط سخت به طور پایدار پردازش شود. زبری سطح می تواند کمتر از Ra0.1 متر باشد و می توان آن را با آینه پردازش کرد.

بنابراین، اگر ماشین‌کاری تخلیه سطح بسیار ریز را دنبال کند، استفاده از ماده مس به عنوان الکترود مناسب‌تر است که مزیت اصلی الکترود مس نسبت به الکترود گرافیتی است.
اما الکترود مسی تحت شرایط تنظیم جریان زیاد، سطح الکترود به راحتی زبر می شود، حتی ترک به نظر می رسد و مواد گرافیتی این مشکل را ندارند، نیاز به زبری سطح برای VDI26 (Ra2.0 میکرون) در مورد پردازش قالب، با استفاده از یک الکترود گرافیتی را می توان از پردازش درشت تا ریز انجام داد، اثر سطح یکنواخت، نقص سطح را درک می کند.
علاوه بر این، به دلیل ساختار متفاوت گرافیت و مس، نقطه خوردگی تخلیه سطحی الکترود گرافیتی نسبت به الکترود مسی منظم‌تر است. بنابراین، هنگامی که همان زبری سطح VDI20 یا بالاتر پردازش می شود، دانه بندی سطح قطعه کار پردازش شده توسط الکترود گرافیتی مشخص تر است و این اثر سطح دانه بهتر از اثر سطح تخلیه الکترود مس است.

1.4. دقت ماشینکاری.

ضریب انبساط حرارتی مواد گرافیت کوچک است، ضریب انبساط حرارتی مواد مس 4 برابر مواد گرافیت است، بنابراین در پردازش تخلیه، الکترود گرافیتی کمتر در معرض تغییر شکل نسبت به الکترود مس است که می تواند پایدارتر و پایدارتر باشد. دقت پردازش قابل اعتماد
به خصوص هنگامی که دنده عمیق و باریک پردازش می شود، دمای بالای محلی باعث می شود که الکترود مس به راحتی خم شود، اما الکترود گرافیتی اینطور نیست.
برای الکترود مسی با نسبت عمق به قطر زیاد، مقدار انبساط حرارتی معینی باید جبران شود تا اندازه در طول تنظیم ماشینکاری اصلاح شود، در حالی که الکترود گرافیتی مورد نیاز نیست.

1.5 وزن الکترود.

چگالی مواد گرافیتی کمتر از مس است و وزن الکترود گرافیتی با همان حجم تنها 1/5 وزن الکترود مس است.
مشاهده می شود که استفاده از گرافیت برای الکترود با حجم زیاد بسیار مناسب است که بار دوک ماشین ابزار EDM را بسیار کاهش می دهد. الکترود به دلیل وزن زیاد خود باعث ایجاد ناراحتی در گیره نمی شود و در پردازش و غیره جابجایی انحراف ایجاد می کند. می توان مشاهده کرد که استفاده از الکترود گرافیتی در پردازش قالب در مقیاس بزرگ از اهمیت بالایی برخوردار است.

1.6. دشواری ساخت الکترود.

عملکرد ماشینکاری مواد گرافیت خوب است. مقاومت برش فقط 1/4 مقاومت مس است. تحت شرایط پردازش صحیح، راندمان الکترود گرافیتی آسیاب 2 تا 3 برابر الکترود مس است.
الکترود گرافیتی به آسانی زاویه را پاک می کند و می توان از آن برای پردازش قطعه کار استفاده کرد که باید توسط چندین الکترود به یک الکترود واحد تبدیل شود.
ساختار ذرات منحصر به فرد مواد گرافیتی از ایجاد فرزها پس از آسیاب و شکل‌گیری الکترود جلوگیری می‌کند، که می‌تواند مستقیماً الزامات استفاده را برآورده کند، زمانی که فرزها به راحتی در مدل‌سازی پیچیده برداشته نمی‌شوند، در نتیجه فرآیند پرداخت دستی الکترود را حذف می‌کند و از شکل‌گیری اجتناب می‌کند. خطای تغییر و اندازه ناشی از پولیش.

لازم به ذکر است که چون گرافیت انباشته گرد و غبار است، گرافیت آسیاب گرد و غبار زیادی تولید خواهد کرد، بنابراین دستگاه فرز باید دارای دستگاه آب بندی و گردگیری باشد.
اگر لازم است از edM برای پردازش الکترود گرافیتی استفاده شود، عملکرد پردازش آن به خوبی مواد مس نیست، سرعت برش حدود 40٪ کمتر از مس است.

1.7. نصب و استفاده الکترود.

ماده گرافیت خاصیت پیوند خوبی دارد. می توان از آن برای اتصال گرافیت با فیکسچر با آسیاب کردن الکترود و تخلیه استفاده کرد که می تواند فرآیند ماشینکاری سوراخ پیچ روی مواد الکترود را نجات دهد و در زمان کار صرفه جویی کند.
ماده گرافیت نسبتا شکننده است، به خصوص الکترود کوچک، باریک و بلند، که به راحتی در هنگام استفاده در معرض نیروی خارجی شکسته می شود، اما می توان بلافاصله متوجه شد که الکترود آسیب دیده است.
اگر الکترود مسی باشد فقط خم می شود و نمی شکند که در فرآیند استفاده بسیار خطرناک و سخت است و به راحتی منجر به ضایعات قطعه کار می شود.

1.8.قیمت.

ماده مس یک منبع تجدید ناپذیر است، روند قیمت روز به روز گرانتر می شود، در حالی که قیمت مواد گرافیت به سمت ثبات می رود.
افزایش قیمت مواد مس در سال های اخیر، سازندگان عمده گرافیت با بهبود فرآیند تولید گرافیت مزیت رقابتی خود را ایجاد کرده اند، در حال حاضر، تحت همین حجم، عمومیت قیمت مواد الکترود گرافیتی و قیمت مواد الکترود مس کاملاً است، اما گرافیت می تواند به پردازش کارآمد دست یابد، از استفاده از الکترود مس برای صرفه جویی در تعداد زیادی از ساعات کاری، معادل کاهش هزینه تولید به طور مستقیم.

به طور خلاصه، در میان ویژگی های 8 edM الکترود گرافیتی، مزایای آن آشکار است: راندمان الکترود آسیاب و پردازش تخلیه به طور قابل توجهی بهتر از الکترود مس است. الکترود بزرگ وزن کمی دارد، ثبات ابعادی خوبی دارد، الکترود نازک به راحتی تغییر شکل نمی دهد و بافت سطح بهتر از الکترود مسی است.
نقطه ضعف مواد گرافیت این است که برای پردازش تخلیه سطحی ریز تحت VDI12 (Ra0.4 m) مناسب نیست و راندمان استفاده از edM برای ساخت الکترود کم است.
با این حال، از نقطه نظر عملی، یکی از دلایل مهمی که بر ترویج موثر مواد گرافیتی در چین تأثیر می گذارد این است که دستگاه پردازش گرافیت ویژه برای الکترودهای آسیاب مورد نیاز است، که الزامات جدیدی را برای تجهیزات پردازش شرکت های قالب، برخی از شرکت های کوچک مطرح می کند. ممکن است این شرایط را نداشته باشد.
به طور کلی، مزایای الکترودهای گرافیتی اکثریت قریب به اتفاق موارد پردازش edM را پوشش می‌دهد، و ارزش محبوبیت و کاربرد، با مزایای بلندمدت قابل توجهی را دارد. کمبود پردازش سطح ریز را می توان با استفاده از الکترودهای مس جبران کرد.

2. انتخاب مواد الکترود گرافیتی برای EDM

برای مواد گرافیت، عمدتاً چهار شاخص زیر وجود دارد که مستقیماً عملکرد مواد را تعیین می کند:

1) متوسط ​​قطر ذرات مواد

متوسط ​​قطر ذرات ماده مستقیماً بر وضعیت تخلیه مواد تأثیر می گذارد.
هرچه میانگین ذرات گرافیت کوچکتر باشد، تخلیه یکنواخت تر، شرایط تخلیه پایدارتر، کیفیت سطح بهتر و تلفات کمتر است.
هرچه اندازه متوسط ​​ذرات بزرگتر باشد، سرعت حذف بهتری را می توان در ماشینکاری خشن به دست آورد، اما اثر سطحی تکمیل ضعیف است و اتلاف الکترود زیاد است.

2) استحکام خمشی مواد

استحکام خمشی یک ماده بازتاب مستقیم استحکام آن است که نشان دهنده محکم بودن ساختار داخلی آن است.
مواد با استحکام بالا عملکرد مقاومت نسبتا خوبی در برابر تخلیه دارد. برای الکترود با دقت بالا، مواد با استحکام خوب باید تا حد امکان انتخاب شود.

3) سختی سطح مواد

گرافیت سخت تر از مواد فلزی است و از دست دادن ابزار برش بیشتر از فلز برش است.
در عین حال، سختی بالای مواد گرافیت در کنترل تلفات تخلیه بهتر است.

4) مقاومت ذاتی ماده

نرخ تخلیه مواد گرافیتی با مقاومت ذاتی بالا کندتر از آن با مقاومت کم خواهد بود.
هرچه مقاومت ذاتی بیشتر باشد، تلفات الکترود کمتر است، اما هر چه مقاومت ذاتی بیشتر باشد، پایداری تخلیه تحت تأثیر قرار می گیرد.

در حال حاضر، گرافیت‌های مختلفی از گرافیت‌های مختلف از سوی تامین‌کنندگان پیشرو گرافیت در جهان موجود است.
به طور کلی با توجه به میانگین قطر ذرات مواد گرافیتی که باید طبقه بندی شوند، قطر ذرات ≤ 4 متر به عنوان گرافیت ریز، ذرات در 5 تا 10 متر به عنوان گرافیت متوسط، ذرات در 10 متر بالا به عنوان گرافیت درشت تعریف می شوند.
هرچه قطر ذرات کوچکتر باشد، ماده گرانتر باشد، می توان مواد گرافیت مناسب تری را با توجه به الزامات و هزینه EDM انتخاب کرد.

3.ساخت الکترود گرافیتی

الکترود گرافیتی عمدتاً توسط آسیاب ساخته می شود.
از نقطه نظر فناوری پردازش، گرافیت و مس دو ماده متفاوت هستند و باید بر ویژگی های مختلف برش آنها تسلط داشت.
اگر الکترود گرافیتی توسط فرآیند الکترود مسی پردازش شود، ناگزیر مشکلاتی مانند شکستگی مکرر ورق ایجاد می شود که نیاز به استفاده از ابزارهای برش مناسب و پارامترهای برش دارد.

ماشینکاری الکترود گرافیتی نسبت به سایش ابزار الکترود مسی، از نظر اقتصادی، انتخاب ابزار کاربید مقرون به صرفه ترین است، ابزار پوشش الماس (به نام چاقوی گرافیت) را انتخاب کنید قیمت گران تر است، اما ابزار پوشش الماس عمر طولانی، دقت پردازش بالا، سود اقتصادی کلی خوب است.
اندازه زاویه جلوی ابزار نیز بر عمر مفید آن تأثیر می گذارد، زاویه 0 درجه جلوی ابزار تا 50 درصد بیشتر از زاویه 15 درجه جلوی عمر ابزار خواهد بود، پایداری برش نیز بهتر است، اما هرچه زاویه بیشتر باشد، سطح ماشینکاری بهتر باشد، استفاده از زاویه 15 درجه ابزار می تواند بهترین سطح ماشینکاری را به دست آورد.
سرعت برش در ماشینکاری را می توان با توجه به شکل الکترود، معمولاً 10 متر در دقیقه، مشابه ماشینکاری آلومینیوم یا پلاستیک، تنظیم کرد، ابزار برش می تواند به طور مستقیم روی قطعه کار در ماشینکاری خشن و پدیده زاویه قرار گیرد. فروپاشی و تکه تکه شدن در ماشینکاری تکمیلی به راحتی رخ می دهد و روش راه رفتن سریع چاقوی سبک اغلب اتخاذ می شود.

الکترود گرافیت در فرآیند برش گرد و غبار زیادی تولید می کند، به منظور جلوگیری از استنشاق ذرات گرافیت دوک و پیچ ماشین، دو راه حل اصلی در حال حاضر وجود دارد، یکی استفاده از یک دستگاه پردازش گرافیت ویژه، دیگری مرکز پردازش معمولی است. تعمیر، مجهز به دستگاه مخصوص جمع آوری گرد و غبار.
دستگاه فرز مخصوص گرافیت پرسرعت موجود در بازار دارای راندمان فرز بالایی است و می تواند به راحتی ساخت الکترودهای پیچیده را با دقت بالا و کیفیت سطح خوب تکمیل کند.

اگر برای ساخت الکترود گرافیتی به EDM نیاز است، توصیه می شود از مواد گرافیت ریز با قطر ذرات کوچکتر استفاده شود.
عملکرد ماشینکاری گرافیت ضعیف است، هرچه قطر ذرات کوچکتر باشد، راندمان برش بیشتر می شود و از مشکلات غیرعادی مانند شکستن مکرر سیم و حاشیه سطح جلوگیری می شود.

4. پارامترهای EDM الکترود گرافیتی

انتخاب پارامترهای EDM گرافیت و مس کاملاً متفاوت است.
پارامترهای EDM عمدتاً شامل جریان، عرض پالس، شکاف پالس و قطبیت است.
در زیر اساس استفاده منطقی از این پارامترهای اصلی را شرح می دهد.

چگالی جریان الکترود گرافیتی به طور کلی 10 تا 12 A/cm2 است که بسیار بزرگتر از الکترود مس است. بنابراین، در محدوده جریان مجاز در ناحیه مربوطه، هرچه جریان بزرگتر انتخاب شود، سرعت پردازش تخلیه گرافیت سریعتر خواهد بود، تلفات الکترود کمتر خواهد بود، اما زبری سطح ضخیم تر خواهد بود.

هرچه عرض پالس بزرگتر باشد، تلفات الکترود کمتر خواهد بود.
با این حال، عرض پالس بزرگ‌تر، پایداری پردازش را بدتر می‌کند و سرعت پردازش را کندتر و سطح را ناهموارتر می‌کند.
به منظور اطمینان از تلفات کم الکترود در حین ماشینکاری خشن، معمولاً از عرض پالس نسبتاً بزرگی استفاده می‌شود که می‌تواند به طور مؤثر ماشینکاری کم اتلاف الکترود گرافیتی را زمانی که مقدار آن بین 100 تا 300 آمریکا باشد، محقق کند.
برای به دست آوردن سطح ریز و اثر تخلیه پایدار، باید عرض پالس کمتری انتخاب شود.
به طور کلی عرض پالس الکترود گرافیتی حدود 40 درصد کمتر از الکترود مسی است.

شکاف پالس عمدتاً بر سرعت ماشین‌کاری تخلیه و پایداری ماشین‌کاری تأثیر می‌گذارد. هر چه مقدار بیشتر باشد، پایداری ماشینکاری بهتر خواهد بود، که برای به دست آوردن یکنواختی سطح بهتر مفید است، اما سرعت ماشینکاری کاهش می یابد.
در شرایط اطمینان از پایداری پردازش، با انتخاب یک شکاف پالس کوچکتر، راندمان پردازش بالاتری را می توان به دست آورد، اما زمانی که حالت تخلیه ناپایدار است، با انتخاب یک شکاف پالس بزرگتر، راندمان پردازش بالاتر را می توان به دست آورد.
در ماشینکاری تخلیه الکترود گرافیتی، فاصله پالس و عرض پالس معمولاً 1:1 تنظیم می شود، در حالی که در ماشینکاری الکترود مسی، فاصله پالس و عرض پالس معمولاً 1:3 تنظیم می شود.
تحت پردازش گرافیت پایدار، نسبت تطبیق بین شکاف پالس و عرض پالس را می توان به 2:3 تنظیم کرد.
در مورد فاصله پالس کوچک، تشکیل یک لایه پوششی روی سطح الکترود مفید است که برای کاهش اتلاف الکترود مفید است.

انتخاب قطبی الکترود گرافیتی در EDM اساساً همانند الکترود مسی است.
با توجه به اثر قطبی EDM، معمولاً هنگام ماشینکاری فولاد قالبی از ماشینکاری با قطب مثبت استفاده می شود، یعنی الکترود به قطب مثبت منبع تغذیه و قطعه کار به قطب منفی منبع تغذیه متصل می شود.
با استفاده از جریان و عرض پالس زیاد، انتخاب ماشینکاری با قطبیت مثبت می تواند به اتلاف الکترود بسیار کم دست یابد. اگر قطبیت اشتباه باشد، از دست دادن الکترود بسیار زیاد خواهد شد.
فقط زمانی که سطح نیاز به پردازش دقیق کمتر از VDI18 (Ra0.8 متر) باشد و عرض پالس بسیار کوچک باشد، پردازش قطبیت منفی برای به دست آوردن کیفیت سطح بهتر استفاده می شود، اما اتلاف الکترود زیاد است.

اکنون ماشین ابزار CNC edM به پارامترهای ماشینکاری تخلیه گرافیت مجهز شده است.
استفاده از پارامترهای الکتریکی هوشمند است و می تواند به طور خودکار توسط سیستم متخصص ماشین ابزار تولید شود.
به طور کلی، دستگاه می تواند پارامترهای پردازش بهینه را با انتخاب جفت مواد، نوع کاربرد، مقدار زبری سطح و وارد کردن ناحیه پردازش، عمق پردازش، مقیاس اندازه الکترود و غیره در طول برنامه ریزی پیکربندی کند.
مجموعه ای برای الکترود گرافیتی از پارامترهای پردازش غنی کتابخانه ماشین ابزار EDM، نوع ماده می تواند در گرافیت درشت، گرافیت، گرافیت مربوط به انواع مواد قطعه کار، برای تقسیم نوع برنامه برای استاندارد، شیار عمیق، نقطه تیز، بزرگ انتخاب کنید. منطقه، حفره بزرگ، مانند خوب، همچنین تلفات کم، استاندارد، راندمان بالا و غیره انواع مختلفی از انتخاب اولویت پردازش را فراهم می کند.

5. نتیجه گیری

ماده جدید الکترود گرافیتی ارزش محبوبیت شدیدی دارد و مزایای آن به تدریج توسط صنعت تولید قالب داخلی شناسایی و پذیرفته خواهد شد.
انتخاب صحیح مواد الکترود گرافیتی و بهبود پیوندهای تکنولوژیکی مرتبط، کارایی بالا، کیفیت بالا و سود کم هزینه را برای شرکت‌های تولید قالب به ارمغان می‌آورد.